Thesis (M.S.)--Brigham Young University. Dept. of Civil and Environmental Engineering, 2006. / Includes bibliographical references (p. 43-46).

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:23:29Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2008-03-28Bitstream added on 2014-06-13T19:50:12Z : No. of bitstreams: 1 silva_scc_me_bauru.pdf: 852083 bytes, checksum: ac164d42c6d5526cc944c7194152c4ef (MD5) / A mistura asfáltica, pode ser usinado a quente e pré-misturado a frio. A mistura denominada pré-misturado, empregada no revestimento de pavimento é a mistura a frio, tendo como composição agregado mineral graduado, material de enchimento e emulsão asfáltica espalhada e comprimida a frio. Esse trabalho irá abordar a mistura asfástica pré-misturado a frio, tendo como objetivo comparar os resultados baseados em ensaios da mistura asfáltica e a caracterização do comportamento da mistura quando preparada com a adição de borracha reciclada de pneus usados. A pesquisa visa qualificar e otimizar o desempenho da mistura asfáltica que receberá a borracha moída com adições de 3%, 4% e 5% em relação à massa total de agregados minerais, comparando-as com a mistura de referência, sem a adição da borracha. A destinação final da borracha constitui em todo o mundo em um grande desafio, em virtude de suas peculiaridades, como seu tempo de degradação, estimado em aproximadamente 600 anos. Além da quantidade gerada nos dias de hoje, volume, peso e principalmente grande dificuldade de alternativas consideradas ecologicamente corretas e economicamente viáveis. Os ensaios realizados baseiam-se em uma faixa de pré-misturado a frio, onde os corpos de prova foram produzidos em laboratório com emulsão asfáltica catiônica. A adição da borracha moída e os teores de emulsão asfáltica foram definidos e analisados após ensaio de Dosagem Marshall a Frio. As características e comportamento das misturas foram avaliados pela densidade da mistura asfáltica, estabilidade e fluência Marshall. Dessa forma, buscando uma alternativa a atender as normas brasileiras e resultados de desempenho dessas misturas asfálticas, conclui-se que... / The asphalt paving mixture can be produced in the heat and premixed in cold. The mixture called premixed, having as mineral aggregate composition graduated, stuffing material and the asphalt emulsion compressed in cold. This work will go to approach the premixed in cold of the asphalt misture, having as objective to compare the results based on assays of the asphalt mixture and the behavior misture characterization when it prepared with the recycled rubber of old tires. The research seeks to qualify and optimize the performance of the asphalt mixture thet will receive the crushed rubber with additions of 3%, 4% and 5% in relation to the total agregate mineral mass, comparing them with the reference mixture, without the rubber addition. The final destination of the rubber to consist of a great challenge all over the world, in virtue of its peculiarities, as its time of degradation, approximately esttmed in 600 years. Beyond the generated amount nowadays, volume, weight and mainly great difficult of considered alternatives correct ecologically and viable economically. The accomplishment rehearsals based on in a strip premixed in cold, called dense strip, where the specimens were produced on the lab wiyh the cationic asphalt emulsion. The crushed rubber addition and the asphalt emulsion texts had been defined and analyzed after rehearsal of in cold Marshall Dosage. The mixture characteristics and behaviour had been evaluated by the stability, Marshall fluency and asphalt mixture density. In the way, looking for an alternative to attend the Brazillians rules and results of performance of these asphalt paving mixture, it follows that the rubber addition benefits are considerable, where the line with 3% addition rubber it presented the smallest index of emptiness, to smallest fluency, the biggest stability Marshall, the biggest apparent density, the biggest relationship polishemptiness and the smallest tenor of emulsion asphalt.

[pt] Este estudo apresenta a caracterização de cinzas obtidas da incineração de Resíduo Sólido Urbano (RSU) em usina geradora de energia elétrica, tendo como objetivo avaliar sua aplicabilidade em camadas de base de pavimentos rodoviários, através da mistura destas cinzas a um solo argiloso não.laterítico regional. Foram realizados ensaios de caracterização química, física e mecânica, para o solo puro e para o mesmo com a adição de diferentes teores de cinzas (20 e 40%), bem como o dimensionamento mecanístico.empírico para uma estrutura típica de pavimento. As misturas com inserção de cinzas apresentaram um comportamento mecânico compatível com as exigências de um pavimento de baixo volume de tráfego. A cinza volante diminuiu a expansibilidade do material, apresentando um aumento substancial no valor de CBR. Os resultados obtidos demonstram que o módulo resiliente do solo em estudo é dependente da tensão desviadora e que a inserção de cinza volante e cura prévia da mistura dobram o valor do módulo resiliente, o que resulta em diminuição da espessura da camada de base em comparação ao solo puro, para um mesmo nível de carregamento e mesmos critérios de dimensionamento. Os resultados obtidos foram satisfatórios, sendo dependentes do teor e do tipo de cinza utilizado, ressaltando o emprego positivo da cinza volante de RSU para aplicação em camadas de base de pavimentos rodoviários, minimizando problemas atuais de disposição de resíduos em lixões e aterros sanitários, dando um fim mais nobre a este material. Ressalta.se que estudos sobre a utilização deste tipo de resíduos em pavimentação são raros no país e esta pesquisa agrega um conhecimento exploratório do potencial de sua aplicabilidade. / [en] This study presents the characteristics of Municipal Solid Waste (MSW) incineration ash obtained from electric energy generation place, to evaluate the MSW ash applicability road base as a pavement layer through the ash mixture with a non.lateritic regional clay soil. Chemical, physical, mechanical tests and the mechanistic.empirical design for a typical pavement structure were carried out on the pure soil and also in the soil mixture with the addition of different ash content (20 and 40%). The addition of MSW ash had a consistent mechanical behavior to be used on low traffic volume road pavements. Fly ash reduced the expansion of the material, showing a substantial increase in the CBR value. The results show that the resilient modulus of soil is dependent on the deviator stress and the fly ash addition with a mixture cure increase the value of resilient modulus, which is revealed by the decrease in thickness of the base layer, compared to pure soil for the same level of loading and the same design requirements. The results were satisfactory, being dependent on the content and type of ash used, highlighting the positive work of MSW fly ash for use in base road pavement layers, minimizing the current problems of waste disposal in landfills, giving a noble use for this material. It is noteworthy that studies on the use of such waste in pavements are rare and this research adds to an exploratory knowledge of its potential applicability.

O crescente aumento do tráfego rodoviário comercial demanda o desenvolvimento de novas tecnologias que proporcione pavimentos de elevado desempenho e durabilidade. Nesse contexto, desde 2006 se estuda, no laboratório de pavimentação da UFRGS, melhorias em propriedades de concretos asfálticos devidas à incorporação de cal. Este estudo complementa o estudo relatado por Bock (2012) que evidenciou o aumento do módulo de resiliência, da resistência à tração, das resistências às deformações permanentes e ao dano por umidade induzida, nesta dissertação são apresentados e analisados os resultados de ensaios de fadiga. Foram realizados no modo tensão controlada, em corpos-de-prova cilíndricos de seis misturas constituídas por agregado de basalto, ligante convencional (CAP 50/70) ou polimerizado (CAP E 60/85), com e sem adição de cales (calcítica ou dolomítica). Os resultados foram modelados em função da tensão de tração, da diferença de tensões e, principalmente, da deformação específica no início do ensaio. Empregaram-se os modelos de fadiga obtidos no estudo, e através de curvas, constatou-se que: nos concretos asfálticos elaborados com ligante convencional, a adição de 1% de cal calcítica aumentou-se a vida de fadiga cerca de 4,5 vezes no caso de revestimentos delgados (5 e 10 cm) e em 2,9 vezes e 1,9 vezes no caso de revestimentos mais espessos (15 e 20 cm, respectivamente). A adição de cal dolomítica a misturas com CAP 50/70 afetou a vida de fadiga de forma ainda mais notável, com aumentos que variaram de 42 vezes para revestimentos com 5 cm a 2,7 vezes para revestimentos com 20 cm. Quando são analisados o efeito da adição de cales em misturas em ligante polimerizado constatou-se comportamento homogêneo, com aumento de vida de fadiga entre 31 (revestimento de 5 cm) e 35 vezes (revestimento de 20 cm), quando a cal adicionada é calcítica, e com ligeira redução (10%) na vida de fadiga quando se adicionou cal dolomítica. Como esperado, os concretos asfálticos com ligante modificado apresentaram vida de fadiga maiores, sendo o efeito do ligante ainda maior quando se acrescentou cal calcítica. Os resultados sugerem que há interação química entre o tipo de ligante e o tipo de cal. Globalmente, os resultados da pesquisa mostraram que a incorporação da cal calcítica sempre aumentou a vida de fadiga dos concretos asfálticos, e que quando se empregou ligante convencional (CAP 50/70) também podem-se obter aumentos expressivos com cal dolomítica. Aliados aos benefícios na resistência a deformação permanente, e ao dano por umidade induzida já conhecidos para as misturas estudadas, os resultados apresentados nesta dissertação permitem concluir que a incorporação de cal permite obter concretos asfálticos de elevados desempenho e durabilidade. / Increasing commercial road traffic demands the development of new technologies to provide higher performance and durable pavements. In this context, since 2006 it‟s been studied, in the pavements laboratory of UFRGS, improvements in asphalt concrete properties due to the lime incorporation. Following previous study reported by Bock (2012) which showed an increase of resilient modulus, tensile strength, the resistance to permanent deformation and damage induced by moisture, in this dissertation is presented and analyzed the results of fatigue tests. They were performed in controlled stress mode, in cylindrical specimens, consisting of six asphalt mixtures with basalt aggregate, conventional binder (CAP 50/70) or modified binder (CAP E 60/85) with and without addition of lime (calcitic or dolomitic). The results were modeled as a function of tensile stress, the stress difference, and especially the specific strain at baseline. Employing the fatigue models obtained in the study through curves it was found that: on the asphaltic concrete made with the conventional binder, the addition of 1% of calcitic lime increased fatigue life about 4.5 times in the case of thin asphalt layer (5 and 10 cm) and 2.9 times and 1.9 times in the case of thicker asphalt layer (15 and 20 cm, respectively). The addition of dolomitic lime mixtures with CAP 50/70 affect the fatigue life in a even more remarkable way with an increase ranging from 42 times to asphalt concrete with 5 cm to 2.7 times to 20 cm. When are examined the effect of adding lime in polymerized binder mixtures, it was found that the behavior was homogeneous, with increased fatigue life between 31 (5 cm asphalt mixture) and 35 times (20 cm asphalt mixture) when the added lime is calcitic, and with slight decrease (10%) in fatigue life when dolomitic lime was added. As expected, the modified binder asphalt concrete presented greater fatigue life, and the effect was further identified when calcitic lime was added. The results suggest that there is a chemical interaction between the type of binder and the type of lime. Overall, the research results showed that the incorporation of calcitic lime always increased the fatigue life of asphalt concrete, which was used when the conventional binder (CAP 50/70) may also obtain significant increases with dolomitic lime. In addition to the benefits in resistance to permanent deformation, and induced by moisture damage already expected for the mixtures studied, the results presented in this thesis can be concluded that the incorporation of lime allows to obtain asphalt concrete with high-performance and durability.

abstract: Asphalt concrete is the most recycled material in the United States and its reclamation allows the positive reuse of the constituent aggregates and asphalt binder, contributing to the long-term sustainability of the transportation infrastructure; decreasing costs, and the total energy and greenhouse emissions embodied into new materials and infrastructure. Although the national trends in Reclaimed Asphalt Pavements (RAP) usage are encouraging, the environmental conditions in Phoenix, Arizona are extreme and needs further consideration. The objective of this research study was to evaluate the viability of using RAP in future pavement maintenance and rehabilitation projects for the City. Agencies in the State of Arizona have been slow adopting the use of RAP as a regular practice. While the potential benefits are great, there is some concern on the impact to long-term pavement performance. RAP millings were sampled from the city’s stockpiles; processed RAP and virgin materials were provided by a local plant. Two asphalt binders were used: PG 70-10 and PG 64-16. RAP variability was evaluated by aggregate gradations; extracted and recovered binder was tested for properties and grading. A mixture design procedure based on the City’s specifications was defined to establish trial blends. RAP incorporation was based on national and local practices. Four different RAP contents were studied 10%, 15%, 25%, and 25% content with a softer binder, in addition to a control mix (0% RAP). Performance tests included: dynamic modulus to evaluate stiffness; Flow Number, to assess susceptibility for permanent deformation (rutting); and Tensile Strength Ratio as a measure of susceptibility to moisture damage. Binder testing showed very stiff recovered asphalts and variable contents with a reasonable variability on aggregate gradations. Performance test results showed slightly higher modulus as RAP content increases, showing a slight improvement related to rutting as well. For moisture damage potential, all mixtures performed well showing improvement for RAP mixtures in most cases. Statistical analysis showed that 0%, 10%, 15% and 25% with softer binder do not present significant statistical difference among mixtures, indicating that moderate RAP contents are feasible to use within the City paving operations and will not affect greatly nor negatively the pavement performance. / Dissertation/Thesis / Masters Thesis Civil, Environmental and Sustainable Engineering 2018

O crescente aumento do tráfego rodoviário comercial demanda o desenvolvimento de novas tecnologias que proporcione pavimentos de elevado desempenho e durabilidade. Nesse contexto, desde 2006 se estuda, no laboratório de pavimentação da UFRGS, melhorias em propriedades de concretos asfálticos devidas à incorporação de cal. Este estudo complementa o estudo relatado por Bock (2012) que evidenciou o aumento do módulo de resiliência, da resistência à tração, das resistências às deformações permanentes e ao dano por umidade induzida, nesta dissertação são apresentados e analisados os resultados de ensaios de fadiga. Foram realizados no modo tensão controlada, em corpos-de-prova cilíndricos de seis misturas constituídas por agregado de basalto, ligante convencional (CAP 50/70) ou polimerizado (CAP E 60/85), com e sem adição de cales (calcítica ou dolomítica). Os resultados foram modelados em função da tensão de tração, da diferença de tensões e, principalmente, da deformação específica no início do ensaio. Empregaram-se os modelos de fadiga obtidos no estudo, e através de curvas, constatou-se que: nos concretos asfálticos elaborados com ligante convencional, a adição de 1% de cal calcítica aumentou-se a vida de fadiga cerca de 4,5 vezes no caso de revestimentos delgados (5 e 10 cm) e em 2,9 vezes e 1,9 vezes no caso de revestimentos mais espessos (15 e 20 cm, respectivamente). A adição de cal dolomítica a misturas com CAP 50/70 afetou a vida de fadiga de forma ainda mais notável, com aumentos que variaram de 42 vezes para revestimentos com 5 cm a 2,7 vezes para revestimentos com 20 cm. Quando são analisados o efeito da adição de cales em misturas em ligante polimerizado constatou-se comportamento homogêneo, com aumento de vida de fadiga entre 31 (revestimento de 5 cm) e 35 vezes (revestimento de 20 cm), quando a cal adicionada é calcítica, e com ligeira redução (10%) na vida de fadiga quando se adicionou cal dolomítica. Como esperado, os concretos asfálticos com ligante modificado apresentaram vida de fadiga maiores, sendo o efeito do ligante ainda maior quando se acrescentou cal calcítica. Os resultados sugerem que há interação química entre o tipo de ligante e o tipo de cal. Globalmente, os resultados da pesquisa mostraram que a incorporação da cal calcítica sempre aumentou a vida de fadiga dos concretos asfálticos, e que quando se empregou ligante convencional (CAP 50/70) também podem-se obter aumentos expressivos com cal dolomítica. Aliados aos benefícios na resistência a deformação permanente, e ao dano por umidade induzida já conhecidos para as misturas estudadas, os resultados apresentados nesta dissertação permitem concluir que a incorporação de cal permite obter concretos asfálticos de elevados desempenho e durabilidade. / Increasing commercial road traffic demands the development of new technologies to provide higher performance and durable pavements. In this context, since 2006 it‟s been studied, in the pavements laboratory of UFRGS, improvements in asphalt concrete properties due to the lime incorporation. Following previous study reported by Bock (2012) which showed an increase of resilient modulus, tensile strength, the resistance to permanent deformation and damage induced by moisture, in this dissertation is presented and analyzed the results of fatigue tests. They were performed in controlled stress mode, in cylindrical specimens, consisting of six asphalt mixtures with basalt aggregate, conventional binder (CAP 50/70) or modified binder (CAP E 60/85) with and without addition of lime (calcitic or dolomitic). The results were modeled as a function of tensile stress, the stress difference, and especially the specific strain at baseline. Employing the fatigue models obtained in the study through curves it was found that: on the asphaltic concrete made with the conventional binder, the addition of 1% of calcitic lime increased fatigue life about 4.5 times in the case of thin asphalt layer (5 and 10 cm) and 2.9 times and 1.9 times in the case of thicker asphalt layer (15 and 20 cm, respectively). The addition of dolomitic lime mixtures with CAP 50/70 affect the fatigue life in a even more remarkable way with an increase ranging from 42 times to asphalt concrete with 5 cm to 2.7 times to 20 cm. When are examined the effect of adding lime in polymerized binder mixtures, it was found that the behavior was homogeneous, with increased fatigue life between 31 (5 cm asphalt mixture) and 35 times (20 cm asphalt mixture) when the added lime is calcitic, and with slight decrease (10%) in fatigue life when dolomitic lime was added. As expected, the modified binder asphalt concrete presented greater fatigue life, and the effect was further identified when calcitic lime was added. The results suggest that there is a chemical interaction between the type of binder and the type of lime. Overall, the research results showed that the incorporation of calcitic lime always increased the fatigue life of asphalt concrete, which was used when the conventional binder (CAP 50/70) may also obtain significant increases with dolomitic lime. In addition to the benefits in resistance to permanent deformation, and induced by moisture damage already expected for the mixtures studied, the results presented in this thesis can be concluded that the incorporation of lime allows to obtain asphalt concrete with high-performance and durability.

O crescente aumento do tráfego rodoviário comercial demanda o desenvolvimento de novas tecnologias que proporcione pavimentos de elevado desempenho e durabilidade. Nesse contexto, desde 2006 se estuda, no laboratório de pavimentação da UFRGS, melhorias em propriedades de concretos asfálticos devidas à incorporação de cal. Este estudo complementa o estudo relatado por Bock (2012) que evidenciou o aumento do módulo de resiliência, da resistência à tração, das resistências às deformações permanentes e ao dano por umidade induzida, nesta dissertação são apresentados e analisados os resultados de ensaios de fadiga. Foram realizados no modo tensão controlada, em corpos-de-prova cilíndricos de seis misturas constituídas por agregado de basalto, ligante convencional (CAP 50/70) ou polimerizado (CAP E 60/85), com e sem adição de cales (calcítica ou dolomítica). Os resultados foram modelados em função da tensão de tração, da diferença de tensões e, principalmente, da deformação específica no início do ensaio. Empregaram-se os modelos de fadiga obtidos no estudo, e através de curvas, constatou-se que: nos concretos asfálticos elaborados com ligante convencional, a adição de 1% de cal calcítica aumentou-se a vida de fadiga cerca de 4,5 vezes no caso de revestimentos delgados (5 e 10 cm) e em 2,9 vezes e 1,9 vezes no caso de revestimentos mais espessos (15 e 20 cm, respectivamente). A adição de cal dolomítica a misturas com CAP 50/70 afetou a vida de fadiga de forma ainda mais notável, com aumentos que variaram de 42 vezes para revestimentos com 5 cm a 2,7 vezes para revestimentos com 20 cm. Quando são analisados o efeito da adição de cales em misturas em ligante polimerizado constatou-se comportamento homogêneo, com aumento de vida de fadiga entre 31 (revestimento de 5 cm) e 35 vezes (revestimento de 20 cm), quando a cal adicionada é calcítica, e com ligeira redução (10%) na vida de fadiga quando se adicionou cal dolomítica. Como esperado, os concretos asfálticos com ligante modificado apresentaram vida de fadiga maiores, sendo o efeito do ligante ainda maior quando se acrescentou cal calcítica. Os resultados sugerem que há interação química entre o tipo de ligante e o tipo de cal. Globalmente, os resultados da pesquisa mostraram que a incorporação da cal calcítica sempre aumentou a vida de fadiga dos concretos asfálticos, e que quando se empregou ligante convencional (CAP 50/70) também podem-se obter aumentos expressivos com cal dolomítica. Aliados aos benefícios na resistência a deformação permanente, e ao dano por umidade induzida já conhecidos para as misturas estudadas, os resultados apresentados nesta dissertação permitem concluir que a incorporação de cal permite obter concretos asfálticos de elevados desempenho e durabilidade. / Increasing commercial road traffic demands the development of new technologies to provide higher performance and durable pavements. In this context, since 2006 it‟s been studied, in the pavements laboratory of UFRGS, improvements in asphalt concrete properties due to the lime incorporation. Following previous study reported by Bock (2012) which showed an increase of resilient modulus, tensile strength, the resistance to permanent deformation and damage induced by moisture, in this dissertation is presented and analyzed the results of fatigue tests. They were performed in controlled stress mode, in cylindrical specimens, consisting of six asphalt mixtures with basalt aggregate, conventional binder (CAP 50/70) or modified binder (CAP E 60/85) with and without addition of lime (calcitic or dolomitic). The results were modeled as a function of tensile stress, the stress difference, and especially the specific strain at baseline. Employing the fatigue models obtained in the study through curves it was found that: on the asphaltic concrete made with the conventional binder, the addition of 1% of calcitic lime increased fatigue life about 4.5 times in the case of thin asphalt layer (5 and 10 cm) and 2.9 times and 1.9 times in the case of thicker asphalt layer (15 and 20 cm, respectively). The addition of dolomitic lime mixtures with CAP 50/70 affect the fatigue life in a even more remarkable way with an increase ranging from 42 times to asphalt concrete with 5 cm to 2.7 times to 20 cm. When are examined the effect of adding lime in polymerized binder mixtures, it was found that the behavior was homogeneous, with increased fatigue life between 31 (5 cm asphalt mixture) and 35 times (20 cm asphalt mixture) when the added lime is calcitic, and with slight decrease (10%) in fatigue life when dolomitic lime was added. As expected, the modified binder asphalt concrete presented greater fatigue life, and the effect was further identified when calcitic lime was added. The results suggest that there is a chemical interaction between the type of binder and the type of lime. Overall, the research results showed that the incorporation of calcitic lime always increased the fatigue life of asphalt concrete, which was used when the conventional binder (CAP 50/70) may also obtain significant increases with dolomitic lime. In addition to the benefits in resistance to permanent deformation, and induced by moisture damage already expected for the mixtures studied, the results presented in this thesis can be concluded that the incorporation of lime allows to obtain asphalt concrete with high-performance and durability.

Orientador: João Virgilio Merighi / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Civil, Arquitetura e Urbanismo / Made available in DSpace on 2018-08-14T08:55:45Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Luis_AndreDenis_M.pdf: 9014700 bytes, checksum: b97f4cb26221bdd835d39342c297c2b8 (MD5) Previous issue date: 2009 / Resumo: Esta pesquisa versa sobre a utilização do equipamento FWD - Falling Weight Deflectometer, sendo analisados os diversos aspectos que influenciam nos resultados dos ensaios com o equipamento FWD. Dificuldade de interpretações das especificidades de tipos distintos de estruturas de pavimentos e uma vasta gama de correlações com a Viga Benkelman, as quais foram deduzidas por autores de diversas nacionalidades, demonstram que não há regra harmônica para os estudos. Assim, faz se imprescindível a percepção acurada, a consciência e experiência adquirida do engenheiro de projeto em cada situação. Esta hipótese foi corroborada pelo estudo dos ensaios realizados em malha viária experimental, abordados nesta dissertação. São propostos ainda temas relevantes para futuro desenvolvimento que possam agregar em confiabilidade e em economia dos projetos de pavimentação na Engenharia Nacional. Este trabalho foi desenvolvido utilizando-se a bibliografia sobre deflectometria internacional e brasileira, abrangendo os editais de concessões rodoviárias estaduais e federais. / Abstract: This research is about the use of equipment FWO - Falling Weight Deflectometer, and analyzed the various aspects that influence the results of tests with the FWO equipment. Difficulty in interpretation of the peculiarities of different types of pavement structures and a wide range of correlations with the Benkelman beam, which were derived by authors from different nationalities, shows that there is no rule for harmonic studies. Thus, it is essential to accurate perception, awareness and experience of the design engineer in every situation. This hypothesis was confirmed by the study of tests on experimental road network, discussed in this dissertation. Are still relevant topics proposed for future development that can add reliability and economy of paving projects in the National Engineering. This work was developed using the literature on international and Brazilian deflection, covering the tenders for state andfederal road concessions. / Mestrado / Transportes / Mestre em Engenharia Civil

O objetivo desta tese de doutorado foi desenvolver modelos de previsão de desempenho de pavimentos asfálticos para a malha rodoviária do Estado da Bahia. Os modelos de desempenho foram desenvolvidos para pavimentos em concreto asfáltico usinado a quente e em tratamento superficial duplo. Foram utilizadas informações de um banco de dados de gerência de rodovias do DERBA, coletados em 2004, e foram coletados dados complementares de irregularidade longitudinal em 2009, após o desenvolvimento de um planejamento fatorial específico para essa finalidade. Foram utilizadas duas formas de análise estatística dos dados para avaliar a significância dos fatores e definir os parâmetros dos modelos de desempenho: a Análise Exploratória de Dados (AED) e a Análise da Variância (ANOVA). Os fatores considerados foram a idade do pavimento, o tráfego e a pluviometria e os resultados da análise exploratória de dados corroboraram os resultados encontrados pela análise da variância, tanto em relação aos efeitos dos fatores como das interações. Os modelos de previsão do desempenho foram desenvolvidos para as variáveis dependentes Índice de Condição do Pavimento Flexível (ICPF) e Área Total de Trincas (ATT), para os pavimentos em concreto asfáltico usinado a quente, e os modelos de previsão de desempenho de Área de Desgaste (ADesg) e Irregularidade Longitudinal (IRI BA), para os trechos em tratamento superficial duplo. Para a irregularidade longitudinal, também foram desenvolvidos modelos de desempenho em separado, para regiões de clima semiárido a seco (IRIBAs) e clima subúmido a úmido (IRI BAÚ). Para a verificação da adequação dos modelos de previsão de desempenho foram utilizadas a análise de resíduos, o coeficiente de correlação (r) e o coeficiente de determinação (\'R POT.2\'). Os modelos de desempenho, desenvolvidos neste trabalho para a Área Total de Trinca (ATT) e para a Irregularidade Longitudinal, foram comparados com modelos de desempenho empíricos, utilizados em programas de gerência de pavimentos por organismos rodoviários, do Brasil e do exterior, e apresentaram melhores resultados. O modelo de Irregularidade Longitudinal (IRI BA) para a rede de rodovias em tratamento superficial duplo também foi comparado com modelo desenvolvido pelo Departamento de Infraestrutura de Transportes da Bahia - DERBA, com base em levantamentos para a priorização de trechos candidatos a atividades de manutenção e reabilitação, e apresentou melhor ajuste aos dados observados. No entanto, para que sejam obtidos ainda melhores resultados, quanto à previsão de desempenho dos pavimentos da rede de rodovias pavimentadas do Estado da Bahia, é necessário que sejam realizados novos levantamentos para alimentação do banco de dados, sugerindo-se estudos complementares que incluam fatores que não puderam ser considerados neste trabalho, como a capacidade estrutural, por exemplo. Recomenda-se que o método utilizado neste trabalho, baseado no planejamento fatorial, na Análise Exploratória de Dados e na Análise de Variância, seja repetido, pois se mostrou capaz de reduzir os custos da coleta de dados sem comprometer a precisão e acurácia dos modelos de desempenho obtidos. / The objective of this thesis was to develop performance prediction models for asphalt pavements in the State of Bahia. The performance models were developed for hot-mix asphalt (HMA) and double surface treatment (ST). Information was obtained from a database maintained by DERBA (State of Bahia Department of Transportation), with data collected in 2004, and from additional collection of data, mainly of pavement roughness, performed in 2009 and that was based on an experimental design for this specific purpose. Two statistical analyses were used to assess the significant factors and define the parameters of the performance models: Exploratory Data Analysis (EDA) and Analysis of Variance (ANOVA). The factors considered were age of the pavement, traffic volume and rainfall, and the results of the exploratory data analysis corroborated the results found by the analysis of variance, both in relation to the effects of factors such as of their interactions. The performance prediction models were developed for the dependent variables Pavement Condition Index (PCI) and Area of Total Cracks (ATC) for HMA pavements, and Raveling (R) and roughness (IRI BA) for ST pavements. For roughness, performance models were also developed considering, separately, two climate conditions: semiarid to arid (IRI BAa) and sub-humid to humid (IRI BAh). Residue analysis and calculation of correlation coefficient (r) and coefficient of determination (\'R POT.2\') were performed to verify the adequacy of performance prediction models. The performance models developed in this work for Area of Total Cracks (ATC) and roughness (IRI) were compared with empirical performance models used for pavement management in Brazilian and foreign highway agencies, and they presented the best results. The performance model for roughness (IRI BA) in ST pavements was also compared to a prediction model developed by DERBA using data collected by a maintenance and rehabilitation activities prioritization program and it presented the best fit to the observed data. However, to obtain even better results regarding the performance prediction of asphalt pavements in the State of Bahia, it is necessary to conduct new field surveys to feed the database and be used in further studies that include factors that could not be considered in this work, as structural capacity, for example. It is recommended that the method used in this work, based on factorial design, Exploratory Data Analysis and ANOVA, be repeated, because it proved capable of reducing the costs of data collection without compromising precision and accuracy of the obtained performance prediction models.

abstract: Several ways exist to improve pavement performance over time. One suggestion is to tailor the asphalt pavement mix design according to certain specified specifications, set up by each state agency. Another option suggests the addition of modifiers that are known to improve pavement performance, such as crumb rubber and fibers. Nowadays, improving asphalt pavement structures to meet specific climate conditions is a must. In addition, time and cost are two crucial settings and are very important to consider; these factors sometimes play a huge role in modifying the asphalt mix design needed to be set into place, and therefore alter the desired pavement performance over the expected life span of the structure. In recent studies, some methods refer to predicting pavement performance based on the asphalt mixtures volumetric properties. In this research, an effort was undertaken to gather and collect most recent asphalt mixtures’ design data and compare it to historical data such as those available in the Long-Term Pavement Performance (LTPP), maintained by the Federal Highway Administration (FHWA). The new asphalt mixture design data was collected from 25 states within the United States and separated according to the four suggested climatic regions. The previously designed asphalt mixture designs in the 1960’s present in the LTPP Database implemented for the test sections were compared with the recently designed pavement mixtures gathered, and pavement performance was assessed using predictive models. Three predictive models were studied in this research. The models were related to three major asphalt pavement distresses: Rutting, Fatigue Cracking and Thermal Cracking. Once the performance of the asphalt mixtures was assessed, four ranking criteria were developed to support the assessment of the mix designs quality at hand; namely, Low, Satisfactory, Good or Excellent. The evaluation results were reasonable and deemed acceptable. Out of the 48 asphalt mixtures design evaluated, the majority were between Satisfactory and Good. The evaluation methodology and criteria developed are helpful tools in determining the quality of asphalt mixtures produced by the different agencies. They provide a quick insight on the needed improvement/modification against the potential development of distress during the lifespan of the pavement structure. / Dissertation/Thesis / Masters Thesis Civil, Environmental and Sustainable Engineering 2020