Interlocking Concrete Pavements (ICP) have been successfully used in many pavement applications all across the world. ICP design and analysis methods, construction practices and materials specifications have been developed. However, there is very limited field data to quantify structural performance with respect to traffic and environmental loadings. The interaction between traffic loadings and environmental factors needs to be explored in order to improve relationships between pavement performance and response. Pavement performance prediction in terms of fatigue cracking and surface rutting are essential for any mechanistically-based pavement design method. The estimation of the expected fatigue performance in the field is based on the quantification of the maximum tensile strain in bound base layers and the expected rutting performance is based on maximum vertical stress/strain in granular layers. This thesis presents an innovative research project involving the design, construction, instrumentation, performance modeling and distress evaluation of seven ICP crosswalks with four different design assemblies. The research projects were constructed at the Centre for Pavement and Transportation Technology (CPATT) test track and at the University of Waterloo ring road. Each of the test sections is instrumented with structural and environmental sensors of sensors to monitor the pavement performance under heavy truck traffic, typical municipal loadings and to quantify environmental effects. A database is generated and the measured stress, strain, temperature and moisture measurements are analysed to evaluate the expected long-term performance of the structural components of ICP crosswalk designs.

Interlocking Concrete Pavements (ICP) have been successfully used in many pavement applications all across the world. ICP design and analysis methods, construction practices and materials specifications have been developed. However, there is very limited field data to quantify structural performance with respect to traffic and environmental loadings. The interaction between traffic loadings and environmental factors needs to be explored in order to improve relationships between pavement performance and response. Pavement performance prediction in terms of fatigue cracking and surface rutting are essential for any mechanistically-based pavement design method. The estimation of the expected fatigue performance in the field is based on the quantification of the maximum tensile strain in bound base layers and the expected rutting performance is based on maximum vertical stress/strain in granular layers. This thesis presents an innovative research project involving the design, construction, instrumentation, performance modeling and distress evaluation of seven ICP crosswalks with four different design assemblies. The research projects were constructed at the Centre for Pavement and Transportation Technology (CPATT) test track and at the University of Waterloo ring road. Each of the test sections is instrumented with structural and environmental sensors of sensors to monitor the pavement performance under heavy truck traffic, typical municipal loadings and to quantify environmental effects. A database is generated and the measured stress, strain, temperature and moisture measurements are analysed to evaluate the expected long-term performance of the structural components of ICP crosswalk designs.

Dentre a vasta gama de alternativas estruturais possíveis para a construção de pavimentos, os revestimentos com blocos pré-moldados de concreto têm sua aplicação consolidada em pavimentação de áreas portuárias. Além disso, em muitos países, este tipo de pavimento tem sido utilizado com sucesso em aplicações rodoviárias, aeroportuárias, em pátios industriais e em demais aplicações para tráfegos veiculares e de pedestres. No Brasil, no entanto, devido a insucessos em sua utilização, motivados, muitas vezes, pela inobservância de parâmetros técnicos relevantes a essa tecnologia, contribuíram para que este tipo de pavimento tenha sido subutilizado. Todavia, as recentes revisões nas normas nacionais que tratam deste tema, a criação de novas normatizações e a recente construção de importantes rodovias utilizando este tipo de revestimento, contribuem para o aperfeiçoamento de profissionais e a diminuição do prejulgamento desta tecnologia. Neste sentido, é de suma importância estudar o comportamento estrutural e funcional deste tipo de pavimento. De modo que, neste trabalho, foram estudadas quatro seções de dois trechos experimentais construídos entre julho e setembro de 2010. Foram realizadas avaliações destrutivas e não destrutivas para análise dos materiais, suas espessuras e confronto com os parâmetros construtivos oriundos do projeto e da literatura, bem como a verificação das condições para realização de retroanálise dos módulos de resiliência das camadas do pavimento. Os levantamentos deflectométricos apresentaram patamares muito elevados de deflexões reversíveis em todas as seções estudadas. Das aberturas de cavas e confronto com a estrutura de projeto, verificou-se incompatibilidades entre os materiais e espessuras das camadas do pavimento projetado x pavimento construído, destacando-se a condição verificada na camada de base por apresentar significativa desagregação do material, cujo projeto indicava utilização de concreto compactado com rolo (CCR), o que evidencia problemas no controle tecnológico dos materiais e falhas no gerenciamento da obra. Por meio das retroanálises foram verificadas diminuições significativas dos módulos de resiliência das camadas do pavimento, quando comparado com os parâmetros de projeto. Os índices de condições do pavimento (ICP) apontaram condições distintas nas seções avaliadas mesmo sujeitas ao mesmo tráfego de veículos. / Among the wide range of possible structural alternatives for the construction of pavements, interlocking concrete pavements are the orthodox solution for paving ports. Furthermore, in many countries, this type of pavement has been successfully used in highways, airport applications, in industrial areas and other applications for vehicular traffic and pedestrians. In Brazil, however, due to failures in its use, driven often by the lack of relevant technical parameters to this technology, contributed to the fact that this type of pavement has been misused. Although, recent reviews from the national standards that deal with this type of pavement, the creation of new standards and the recent construction of important highways using this type of structure, have contributed to the improvement of professionals and decreased the prejudice of this technology. In this sense, it is extremely important to study the structural and functional behavior of this type of pavement. Therefore, in this research it was studied two experimental sections built between July and September 2010 that carried out destructive and nondestructive evaluations for the analysis of materials, their thicknesses and constructive confrontation with the parameters derived from the project and the literature, as well verifying the conditions to accomplish the back calculation of the elastic modulus of the pavement layers. The displacement tests surveys demonstrated very high levels of reversible displacements in all studied sections. From the inspection pits openings and confrontation with the project structure, there is incompatibility between the materials and thicknesses of the layers of the designed pavement versus constructed pavement, the condition verified highlighting the base layer for introducing significant breakdown of the material, which design indicated use of roller-compacted concrete (RCC), which indicates problems in the quality control of materials and failures in the management. The back calculation showed that decreases were observed elastic modulus of the pavement layers when compared with the design parameters. Surveys concerning pavement condition index (PCI) showed different conditions for the evaluated sections even supporting the same traffic.

Dentre a vasta gama de alternativas estruturais possíveis para a construção de pavimentos, os revestimentos com blocos pré-moldados de concreto têm sua aplicação consolidada em pavimentação de áreas portuárias. Além disso, em muitos países, este tipo de pavimento tem sido utilizado com sucesso em aplicações rodoviárias, aeroportuárias, em pátios industriais e em demais aplicações para tráfegos veiculares e de pedestres. No Brasil, no entanto, devido a insucessos em sua utilização, motivados, muitas vezes, pela inobservância de parâmetros técnicos relevantes a essa tecnologia, contribuíram para que este tipo de pavimento tenha sido subutilizado. Todavia, as recentes revisões nas normas nacionais que tratam deste tema, a criação de novas normatizações e a recente construção de importantes rodovias utilizando este tipo de revestimento, contribuem para o aperfeiçoamento de profissionais e a diminuição do prejulgamento desta tecnologia. Neste sentido, é de suma importância estudar o comportamento estrutural e funcional deste tipo de pavimento. De modo que, neste trabalho, foram estudadas quatro seções de dois trechos experimentais construídos entre julho e setembro de 2010. Foram realizadas avaliações destrutivas e não destrutivas para análise dos materiais, suas espessuras e confronto com os parâmetros construtivos oriundos do projeto e da literatura, bem como a verificação das condições para realização de retroanálise dos módulos de resiliência das camadas do pavimento. Os levantamentos deflectométricos apresentaram patamares muito elevados de deflexões reversíveis em todas as seções estudadas. Das aberturas de cavas e confronto com a estrutura de projeto, verificou-se incompatibilidades entre os materiais e espessuras das camadas do pavimento projetado x pavimento construído, destacando-se a condição verificada na camada de base por apresentar significativa desagregação do material, cujo projeto indicava utilização de concreto compactado com rolo (CCR), o que evidencia problemas no controle tecnológico dos materiais e falhas no gerenciamento da obra. Por meio das retroanálises foram verificadas diminuições significativas dos módulos de resiliência das camadas do pavimento, quando comparado com os parâmetros de projeto. Os índices de condições do pavimento (ICP) apontaram condições distintas nas seções avaliadas mesmo sujeitas ao mesmo tráfego de veículos. / Among the wide range of possible structural alternatives for the construction of pavements, interlocking concrete pavements are the orthodox solution for paving ports. Furthermore, in many countries, this type of pavement has been successfully used in highways, airport applications, in industrial areas and other applications for vehicular traffic and pedestrians. In Brazil, however, due to failures in its use, driven often by the lack of relevant technical parameters to this technology, contributed to the fact that this type of pavement has been misused. Although, recent reviews from the national standards that deal with this type of pavement, the creation of new standards and the recent construction of important highways using this type of structure, have contributed to the improvement of professionals and decreased the prejudice of this technology. In this sense, it is extremely important to study the structural and functional behavior of this type of pavement. Therefore, in this research it was studied two experimental sections built between July and September 2010 that carried out destructive and nondestructive evaluations for the analysis of materials, their thicknesses and constructive confrontation with the parameters derived from the project and the literature, as well verifying the conditions to accomplish the back calculation of the elastic modulus of the pavement layers. The displacement tests surveys demonstrated very high levels of reversible displacements in all studied sections. From the inspection pits openings and confrontation with the project structure, there is incompatibility between the materials and thicknesses of the layers of the designed pavement versus constructed pavement, the condition verified highlighting the base layer for introducing significant breakdown of the material, which design indicated use of roller-compacted concrete (RCC), which indicates problems in the quality control of materials and failures in the management. The back calculation showed that decreases were observed elastic modulus of the pavement layers when compared with the design parameters. Surveys concerning pavement condition index (PCI) showed different conditions for the evaluated sections even supporting the same traffic.

O concreto seco, também chamado de concreto sem abatimento (no-slump) é utilizado na produção de artefatos de cimento, como por exemplo em peças de concreto para pavimentação, blocos para alvenaria e tubos de concreto e ainda como camada de subbase de pavimentos com a técnica de concreto compactado a rolo. A técnica de conformar concretos com reduzido teor de umidade através de equipamentos que aplicam simultaneamente compressão e vibração é amplamente utilizada na produção de artefatos de concreto, como as peças de concreto para pavimentação intertravada. Para as peças de concreto o desafio é ainda maior, pois as especificações de resistência característica à compressão podem chegar a 50 MPa. A principal característica do concreto seco é o baixo teor de água e elevada coesão, necessitando de energia de compactação e vibração para a eliminação de vazios e o concreto assumir a forma desejada. Esta técnica permite a desfôrma imediata, que garante elevada produtividade e consequente diminuição dos custos de produção. Já a compactação permite obter componentes de concreto com menor consumo de cimento se comparados ao concreto plástico. Diferentemente de toda literatura e metodologias de dosagem encontradas para o concreto plástico, o concreto seco encontra barreiras técnicas para a aplicação de metodologias que otimizem sua dosagem, em formulações empíricas que não levam em conta de forma adequada as características dos agregados, características estas diretamente ligadas à compacidade das peças, que por sua vez tem grande influência nas características do produto final. Além disto, há poucos estudos do comportamento reológico do concreto seco, que influenciam a fluidez e coesão da do concreto e que irão determinar a produtividade e qualidade da produção. Dessa forma, neste trabalho é apresentado uma metodologia para caracterização do concreto seco nos estados fresco e endurecido que permite o desenvolvimento sistemático de formulações com maior facilidade de compactação e que também resulte na melhoria do desempenho das peças e diminuindo a necessidade de testes em escala real. O método se baseia em produzir em laboratório um corpo de prova que reproduz as condições de moldagem de uma vibroprensa, eliminando-se a variável da vibração e padronizando as condições de compressão. Nos corpos-de-prova são avaliadas características nos estados fresco e endurecido, além de aspectos do comportamento reológico do concreto, através de técnicas de reologia compressiva. Para aferir a metodologia foram utilizadas amostras de referência produzidas em uma fábrica de peças de concreto. Com a metodologia proposta, foi possível atingir 90% da resistência mecânica das peças produzidas em uma vibroprensa de alta compactação. Sendo assim esta metodologia poderá ser utilizada em estudos de dosagem de concreto seco, portanto o trabalho desenvolvido é indicado na utilização de dosagens de concreto seco, obtendo-se maior ecoeficiência, a medida que otimiza o consumo de cimento da mistura e facilita o estudo de dosagem de materiais alternativos em substituição aos agregados convencionais. / The dry concrete, also known as earth moist concrete or no-slump concrete, is most used to manufacture precast concrete products, as paving blocks, masonry blocks and concrete tubes, and also in rolled compacted concrete pavement. Its most important property is the low water content, and it requires mechanical equipment for its compactation. Paving blocks are normally manufactured using vibrocompression equipment, which at the same time applies both compaction and vibration resulting in paving blocks with high durability and mechanical resistance. Even though this technique is highly used it still lacks studies on some important steps of the manufacturing process. The mix design techniques are mostly empirical and dont deeply consider the aggregate characteristics, that are connected with its compacity and, by that, the characteristics of the paving block. Also, there are only a few studies of the rheology characteristics of dry concrete, which relates with de manufacturing process and the easiness that the mix is compacted. So, the object of this study is to develop a dry concrete characterization methodology that allows the systematic development of mix designs that are easily compacted and also improves the performance of the paving blocks.

Partial-infiltration permeable pavement (PP) systems provide environmental benefits by increasing infiltration, attenuating storm flows and improving stormwater quality. This thesis focuses on the performance and operation of partial-infiltration PP systems over low permeability soil in Ontario. Three PP, AquaPave®, Eco-Optiloc® and Hydromedia® Pervious Concrete were monitored over two years and their performance was evaluated relative to an impermeable Asphalt control. Field data was collected from the Kortright PP pilot parking lot in Vaughan, Ontario. Through the use of restrictor valves on underdrains the PP systems were shown to provide substantial hydrologic benefits by eliminating stormwater outflow for rain events less than 7mm, reducing peak flows by 91% and reducing total stormwater volume by 43%. Stormwater quality was analyzed for winter and non-winter seasons. The PP were shown to greatly reduce the concentration and total loading of suspended solids, nutrients, hydrocarbons and most heavy metals. Some water quality data, such as pH, K, or Sr levels, indicate that the quality of PP effluent will change as the system ages. Study of PP sample boxes at the University of Guelph highlighted the role that construction materials have on effluent quality and showed that pollutants introduced by the pavement and aggregate are almost entirely in a dissolved form and decline very rapidly after a season of exposure to rainfall. Benefits to water quality were sustained during winter months. The partial-infiltration PP systems were shown to provide buffering of Na and Cl concentrations. Small and large-scale maintenance practices for PP systems were investigated. Small-sized equipment testing found that vacuum cleaning and pressure-washing have good potential to improve infiltration capacity. Testing of full-sized streetsweeping trucks demonstrated that permeability can be partially restored on PICP by suction-based sweeping. Vacuum-sweeping was beneficial on a PC pavement which had experienced large permeability losses. Results of this study indicate that partial-infiltration PP systems can be effective measures for maintaining or restoring infiltration functions on parking lots and other low volume traffic areas, even in areas with low permeability soils.

O concreto seco, também chamado de concreto sem abatimento (no-slump) é utilizado na produção de artefatos de cimento, como por exemplo em peças de concreto para pavimentação, blocos para alvenaria e tubos de concreto e ainda como camada de subbase de pavimentos com a técnica de concreto compactado a rolo. A técnica de conformar concretos com reduzido teor de umidade através de equipamentos que aplicam simultaneamente compressão e vibração é amplamente utilizada na produção de artefatos de concreto, como as peças de concreto para pavimentação intertravada. Para as peças de concreto o desafio é ainda maior, pois as especificações de resistência característica à compressão podem chegar a 50 MPa. A principal característica do concreto seco é o baixo teor de água e elevada coesão, necessitando de energia de compactação e vibração para a eliminação de vazios e o concreto assumir a forma desejada. Esta técnica permite a desfôrma imediata, que garante elevada produtividade e consequente diminuição dos custos de produção. Já a compactação permite obter componentes de concreto com menor consumo de cimento se comparados ao concreto plástico. Diferentemente de toda literatura e metodologias de dosagem encontradas para o concreto plástico, o concreto seco encontra barreiras técnicas para a aplicação de metodologias que otimizem sua dosagem, em formulações empíricas que não levam em conta de forma adequada as características dos agregados, características estas diretamente ligadas à compacidade das peças, que por sua vez tem grande influência nas características do produto final. Além disto, há poucos estudos do comportamento reológico do concreto seco, que influenciam a fluidez e coesão da do concreto e que irão determinar a produtividade e qualidade da produção. Dessa forma, neste trabalho é apresentado uma metodologia para caracterização do concreto seco nos estados fresco e endurecido que permite o desenvolvimento sistemático de formulações com maior facilidade de compactação e que também resulte na melhoria do desempenho das peças e diminuindo a necessidade de testes em escala real. O método se baseia em produzir em laboratório um corpo de prova que reproduz as condições de moldagem de uma vibroprensa, eliminando-se a variável da vibração e padronizando as condições de compressão. Nos corpos-de-prova são avaliadas características nos estados fresco e endurecido, além de aspectos do comportamento reológico do concreto, através de técnicas de reologia compressiva. Para aferir a metodologia foram utilizadas amostras de referência produzidas em uma fábrica de peças de concreto. Com a metodologia proposta, foi possível atingir 90% da resistência mecânica das peças produzidas em uma vibroprensa de alta compactação. Sendo assim esta metodologia poderá ser utilizada em estudos de dosagem de concreto seco, portanto o trabalho desenvolvido é indicado na utilização de dosagens de concreto seco, obtendo-se maior ecoeficiência, a medida que otimiza o consumo de cimento da mistura e facilita o estudo de dosagem de materiais alternativos em substituição aos agregados convencionais. / The dry concrete, also known as earth moist concrete or no-slump concrete, is most used to manufacture precast concrete products, as paving blocks, masonry blocks and concrete tubes, and also in rolled compacted concrete pavement. Its most important property is the low water content, and it requires mechanical equipment for its compactation. Paving blocks are normally manufactured using vibrocompression equipment, which at the same time applies both compaction and vibration resulting in paving blocks with high durability and mechanical resistance. Even though this technique is highly used it still lacks studies on some important steps of the manufacturing process. The mix design techniques are mostly empirical and dont deeply consider the aggregate characteristics, that are connected with its compacity and, by that, the characteristics of the paving block. Also, there are only a few studies of the rheology characteristics of dry concrete, which relates with de manufacturing process and the easiness that the mix is compacted. So, the object of this study is to develop a dry concrete characterization methodology that allows the systematic development of mix designs that are easily compacted and also improves the performance of the paving blocks.