Este trabalho de pesquisa foi realizado na busca de melhor entendimento do comportamento estrutural de pavimentos de concreto no que tange a transferência de carga em juntas, de quais os fatores que influenciam essa transferência de esforços nas juntas e a determinação, em caráter preliminar, de como as condições climáticas vigentes na área tropical dos estudos afeta o fenômeno. Para a realização dos experimentos foi empregada a pista experimental USP/FAPESP, construída em 1999, e até então não empregada para a determinação dos efeitos de transferência de cargas em juntas com e sem barra de transferência de carga. Paralelamente, para retroanalisar os parâmetros de transferência de carga, foram necessárias a avaliação e a análise estrutural de respostas a carregamentos dinâmicos das placas de concreto da pista experimental, possibilitando a determinação de diversos parâmetros em jogo, em especial, do módulo de elasticidade de concretos e do módulo de reação do subleito. Os estudos permitiram determinar que a ausência de barras de transferência de cargas em juntas transversais torna menos eficiente tal transferência além de apresentar nesse caso forte dependência da temperatura do concreto. Em juntas com barras de transferência de carga, para qualquer época do ano, a transferência de cargas é sempre igual ou superior a 90%, aproximadamente, independentemente da geometria das placas. Não existindo tais dispositivos o valor da transferência de cargas variou de 60 a 75%. Não foram observadas dependências importantes quanto a diferentes níveis de carregamento durante os testes, bem como para espessuras de placas de concreto, em placas com barras de transferência. Observou-se, também, embora em escala inferior ao que se narra na literatura passada, que o módulo de reação do subleito para carga de borda é maior que aquele para carga de centro. As faixas de valores de módulos de elasticidade para concretos de placas e para concretos compactados com rolo em sub-bases coincidiram com as faixas de valores encontrados em laboratório com medidas efetuadas na época da construção dos pavimentos. O processo de retroanálise com o programa ISLAB2000 mostrou-se um recurso valioso para a parametrização dos pavimentos de concreto estudados. / This research was proposed aiming an in deep study of the mechanism of load transfer across concrete pavement joints including the analysis of which factors influence such load transfers with special regards to the climate factors as concrete temperature. The concrete pavements under study were built in 1999 as a research supported by FAPESP, whose experimental sections has not been used before for such a goal. Backcalculation techniques were employed to analyze deflection data collected with FWD tests over the slabs and it was possible to define values for the test sections materials parameters like concrete modulus of elasticity and the modulus of subgrade reaction. Tests detected loss of load transfer efficiency on the dependence of concrete temperature for non dowelled joints. For dowelled joints, whatever the season of the year or period of the day, joint load transfer efficiency was at least 90% approximately. However, without dowels, efficiency ranged from 60 to 75%. No expressive dependence on the load level was observed during tests, as well as on the slab thicknesses, for cases of dowelled joints. It was observed the increase in the value of the modulus of subgrade reaction when loads were applied in joint position, although not so expressive as sometimes described in the literature. Ranges for concrete and rolled compacted concrete modulus of elasticity resulted similar to former values got from the construction period in laboratory. Therefore, backcalculation procedures using ISLAB2000 software is understood as a valuable tool for concrete slab characterization.

Este trabalho de pesquisa foi realizado na busca de melhor entendimento do comportamento estrutural de pavimentos de concreto no que tange a transferência de carga em juntas, de quais os fatores que influenciam essa transferência de esforços nas juntas e a determinação, em caráter preliminar, de como as condições climáticas vigentes na área tropical dos estudos afeta o fenômeno. Para a realização dos experimentos foi empregada a pista experimental USP/FAPESP, construída em 1999, e até então não empregada para a determinação dos efeitos de transferência de cargas em juntas com e sem barra de transferência de carga. Paralelamente, para retroanalisar os parâmetros de transferência de carga, foram necessárias a avaliação e a análise estrutural de respostas a carregamentos dinâmicos das placas de concreto da pista experimental, possibilitando a determinação de diversos parâmetros em jogo, em especial, do módulo de elasticidade de concretos e do módulo de reação do subleito. Os estudos permitiram determinar que a ausência de barras de transferência de cargas em juntas transversais torna menos eficiente tal transferência além de apresentar nesse caso forte dependência da temperatura do concreto. Em juntas com barras de transferência de carga, para qualquer época do ano, a transferência de cargas é sempre igual ou superior a 90%, aproximadamente, independentemente da geometria das placas. Não existindo tais dispositivos o valor da transferência de cargas variou de 60 a 75%. Não foram observadas dependências importantes quanto a diferentes níveis de carregamento durante os testes, bem como para espessuras de placas de concreto, em placas com barras de transferência. Observou-se, também, embora em escala inferior ao que se narra na literatura passada, que o módulo de reação do subleito para carga de borda é maior que aquele para carga de centro. As faixas de valores de módulos de elasticidade para concretos de placas e para concretos compactados com rolo em sub-bases coincidiram com as faixas de valores encontrados em laboratório com medidas efetuadas na época da construção dos pavimentos. O processo de retroanálise com o programa ISLAB2000 mostrou-se um recurso valioso para a parametrização dos pavimentos de concreto estudados. / This research was proposed aiming an in deep study of the mechanism of load transfer across concrete pavement joints including the analysis of which factors influence such load transfers with special regards to the climate factors as concrete temperature. The concrete pavements under study were built in 1999 as a research supported by FAPESP, whose experimental sections has not been used before for such a goal. Backcalculation techniques were employed to analyze deflection data collected with FWD tests over the slabs and it was possible to define values for the test sections materials parameters like concrete modulus of elasticity and the modulus of subgrade reaction. Tests detected loss of load transfer efficiency on the dependence of concrete temperature for non dowelled joints. For dowelled joints, whatever the season of the year or period of the day, joint load transfer efficiency was at least 90% approximately. However, without dowels, efficiency ranged from 60 to 75%. No expressive dependence on the load level was observed during tests, as well as on the slab thicknesses, for cases of dowelled joints. It was observed the increase in the value of the modulus of subgrade reaction when loads were applied in joint position, although not so expressive as sometimes described in the literature. Ranges for concrete and rolled compacted concrete modulus of elasticity resulted similar to former values got from the construction period in laboratory. Therefore, backcalculation procedures using ISLAB2000 software is understood as a valuable tool for concrete slab characterization.

Concrete pavements are a suitable alternative for high-traffic volume roads, concentrated loads and roads exposed to severe weather conditions. In Sweden, among other reasons, the scarcity of concrete pavements is attributed to the need for more national knowledge and expertise in the field. The most recent concrete pavement was constructed seventeen years ago in Uppsala. Concrete pavements are renowned for their longevity and durability. Jointed plain concrete pavements (JPCP) are the most frequent type of concrete pavements. However, it is important to note that the joints in concrete pavements are critical components that can lead to various distresses, necessitating rehabilitation. Rehabilitating concrete pavements is particularly challenging in areas with heavy traffic and requires substitute routes because of the imperative to maintain traffic flow during construction. Developing effective detours might involve significant alterations to the existing routes or building temporary roads, which entails substantial cost investment and time consumption. A literature review has been conducted to study the available methods that can be used to repair concrete pavements. The strategy for selecting a repair technique is based on rehabilitating the concrete pavement within a short work window, deterring traffic congestion and ensuring the long service life of the pavements. The study showed that the precast concrete technology based on the precast slab is a promising technology that effectively shortens the lane closure for repairing damaged pavements and produces durable pavements, thereby extending the service life of pavements. However, the construction or rehabilitation cost of concrete pavement using precast slabs is 1.6 to 4 times higher than that of conventional cast-in-place concrete. Therefore, rehabilitation using precast slabs is inappropriate for low-traffic roads and temporary routes. Joints are crucial for the rehabilitation of concrete pavements with precast slabs. The structural performance of concrete pavement is, however, greatly affected by the joints, as the presence of joints creates a discontinuity between adjacent slabs and thus diminishes the load transfer to the abutting slab. To maintain the structural integrity of the pavement system, dowel bars are used at the transverse joints. A numerical study has been conducted to evaluate the influence of various dowel-related parameters on the interaction between adjacent concrete slabs. The study revealed that the dowel bar’s position, mislocation and diameter had an obvious effect on joint efficiency, while the bond between the concrete slab and the dowel bar slightly affected the load transfer efficiency. It was also investigated that the dowel bar’s intended performance, i.e., load transfer efficiency, was reduced as the joint gap between adjacent slabs increased. / Betongbeläggningar är ett lämpligt alternativ för högtrafikerade vägar, koncentrerad belastning och vägar utsatta för svåra väderförhållanden. I Sverige är betongvägar sällsynta vilket bl.a. beror på brist på kunskap och kompetens. Den senaste betongvägen byggdes för sjutton år sedan i Uppsala.Betongbeläggningar är kända för sin långa livslängd och hållbarhet. Den vanligaste typen av betongvägar är fogade, oarmerade betongbeläggningar. Ändå är det viktigt att notera att fogarna i betongbeläggningar är kritiska komponenters om kan leda till olika olägenheter, vilket kräver rehabilitering. Att rehabilitera betongbeläggningar är särskilt utmanande i områden med intensiv trafik som kräver ersättningsvägar på grund av nödvändigheten att upprätthålla trafikflödet under reparationsarbetena. Att ta fram en effektiv omledning av trafiken kan innebära antingen väsentliga förändringar och förlängningar av befintliga rutter eller byggande av tillfälliga vägar, vilket medför betydande kostnadsinvesteringar och tidsåtgång. En litteraturöversikt har genomförts för att studera de tillgängliga metoderna som kan användas för att reparera betongbeläggningar. Strategin för valet av reparationsmetod bygger på att rehabilitera betongbeläggningen inom ett kort arbetsfönster, förhindra trafikstockningar och säkerställa lång livslängd för beläggningen. Studien visade att förtillverkade betongplattor är en lovande metod som effektivt förkortar avstängningen av körfält för att reparera skadad beläggning och producerar hållbara betongbeläggningar med lång livslängd. Rehabiliterings kostnaden för betongbeläggning med prefabricerade plattor är emellertid 1,6 till 4 gånger högre än den för konventionell platsgjuten betong. Därför är rehabilitering med förtillverkade betongplattor olämplig för vägar med låg trafik och temporära rutter. Fogar är vidare nödvändiga vid reparation med förtillverkade betongplattor.Betongbeläggningens strukturella prestanda påverkas dock kraftigt av fogar, eftersom förekomsten av fogar skapar en diskontinuitet mellan intilliggande plattor och därmed minskat lastöverföringen till den angränsande plattan. För att upprätthålla den strukturella integriteten hos beläggningssystemet används dymlingar i de tvärgående fogar. En numerisk studie har genomförts med olika parametrar för att utvärdera dymlingens inverkan på fogens effektivitet. Studien visade att dymlingens position, felplacering och diameter har en tydlig inverkan på fogens effektivitet, medan vidhäftningen mellan dymling och betongplatta enbart verkar ha en marginell inverkan på fogens effektivitet. Studien visade också att dymlingens prestanda, dvs. lastöverföringsförmågan, minskade då fogöppningen eller glappet mellan två närliggande plattor ökade. / <p>QC 240207</p>

Os primeiros estudos sobre pavimentos de concreto continuamente armados (PCCA) foram desenvolvidos em zonas cujo clima característico é o temperado (EUA, Holanda e Bélgica), não se tendo estudos técnicos acerca do comportamento do pavimento em ambiente tropical. A premissa de funcionamento do PCCA está baseada na não execução de juntas de retração, obrigatórias em pavimentos de concreto simples (PCS), ou seja, as fissuras devido à retração do concreto ocorrem aleatoriamente, sendo controladas pela elevada taxa de armadura longitudinal disposta longitudinalmente ao longo de toda a extensão do pavimento. Como essa armadura não possui função estrutural, pois é colocada acima da linha neutra da placa, no banzo comprimido, sua função é manter as fissuras fortemente apertadas, garantindo suavidade ao rolamento e elevada transferência de carga (LTE), a qual ocorre pelo intertravamento dos agregados nas faces fissuradas, proporcionando assim um pavimento de alta durabilidade e que dispende baixíssimos custos com manutenção. No Brasil, a primeira experiência com PCCA teve início no ano de 2010, quando foram construídas quatro seções de 50 m de extensão cada, consideradas curtas em comparação aos 400 m de extensão de um PCCA rodoviário que podem ser alcançados ao final de um dia de trabalho. O monitoramento contínuo de tais seções mostrou haver uma diferença muito significativa de comportamento, comparado aos PCCA tradicionais, no que tange o tempo decorrido para estabelecimento do padrão de fissuração (a primeira fissura surgiu um ano após a construção), bem como espaçamento médio entre as fissuras, devido à curta extensão das placas e a inexistência de um sistema de ancoragem nas extremidades. Assim, para melhor compreender o comportamento de pavimentos de concreto com armadura contínua com padrões condizentes à realidade rodoviária em ambiente tropical, em janeiro de 2016, foi construído no campus da Universidade de São Paulo o primeiro PCCA de longa extensão do Brasil, com 200 m de comprimento. Foram empregados quatro diferentes tipos de concreto, variando o tipo de cimento e o tipo de agregado, bem como foram empregados aço galvanizado e aço comum. Para entender o comportamento do pavimento sob as condições climáticas brasileiras foram realizados três estudos: levantamento de fissuras (espaçamento e abertura), modelagem analítica do espaçamento entre fissuras através de modelos de previsão de retração em concreto e testes com FWD para avaliação da eficiência de transferência de carga (LTE) entre as fissuras. A análise do padrão de fissuração mostrou que o desenvolvimento das fissuras aconteceu conforme a literatura técnica, tendo início na primeira semana após a concretagem e atingindo aproximadamente 60% do número total de fissuras antes do primeiro mês. As seções centrais possuem o maior número de fissuras, pois estão ancoradas pelas seções de extremidade, onde o surgimento das fissuras é mais lento por conta da falta de ancoragem. As aberturas das fissuras mostraram-se maiores nas posições com aço galvanizado devido à menor aderência aço-concreto nesse caso, em comparação às posições com aço comum. O modelo de previsão de retração no concreto que melhor se aproximou do espaçamento médio desenvolvido em campo foi o modelo do Eurocode 2, com diferenças em torno de 30%, aproximadamente. As análises de LTE mostraram um desempenho muito satisfatório, apesar de a LTE nas regiões com aço galvanizado ter resultado menor do que a LTE nas regiões com aço comum. / The first studies on continuously reinforced concrete pavements (CRCP) were developed in areas in which the typical weather is temperate (United States, Netherlands and Belgium), with no technical studies carried out in tropical weather. CRCP structural premise is based on a slab without construction joints which are required in jointed plain concrete pavements (JPCP); i.e., CRCP cracks due to concrete shrinkage occur randomly being controlled by the high longitudinal reinforcement percentage, positioned longitudinally along the pavement length. As the longitudinal reinforcement has no structural role, because it is placed above the slab neutral axis, in the compression zone, its main function is to keep cracks strongly tight, ensuring a smooth ride and high load efficiency transfer (LTE) at cracks, which occurs through aggregates interlocking, thereby providing a highly durable pavement with low maintenance costs. The first experience with CRCP in Brazil started in 2010, when four experimental sections were constructed. Each section is 50 meters long, short when compared to the traditional CRCP that can extend for over 400 meters providing that concrete pouring does not stop. Continuous monitoring of these sections has shown that the short CRCP behaves differently from traditional CRCP, regarding the time taken for the cracking pattern full development (the first crack was visible on the surface one year after the construction), as well as average cracking space due to the slab\'s short extension and lack of anchorage. Therefore, in order to fully analyze the behavior of a traditional CRCP under tropical weather, in January 2016, the first long extension CRCP in Brazil was built, at the University of São Paulo campus, with 200 meters length. Four types of concrete were applied in the construction, varying cement and aggregate type. Galvanized and ordinary steel were used as well. To analyze the pavement behavior under Brazilian climatic conditions, three studies were carried out: cracks surveys (spacing and width), analytical modeling crack spacing through shrinkage prediction models and Falling Weight Deflectometer testing to evaluate the crack\'s load transfer efficiency (LTE). Cracking pattern analysis has shown cracks development consistent with technical literature. The first cracks appeared during the first week after concrete placement and, before the first month, about 60% of the total cracks number had developed. Central sections presented greatest number of cracks as they are anchored by the outer sections, where cracking occurs slower due to the lack of anchorage. Cracks width was higher in areas with galvanized steel due to the weaker steel-concrete bond, when compared to areas with common steel. The shrinkage prediction model for concrete that better approached the average field crack spacing was the Eurocode 2, with mean difference of 30%. LTE analysis has shown a quite satisfactory performance, even though LTE in areas with galvanized steel is lower than LTE in areas with common steel.

Os primeiros estudos sobre pavimentos de concreto continuamente armados (PCCA) foram desenvolvidos em zonas cujo clima característico é o temperado (EUA, Holanda e Bélgica), não se tendo estudos técnicos acerca do comportamento do pavimento em ambiente tropical. A premissa de funcionamento do PCCA está baseada na não execução de juntas de retração, obrigatórias em pavimentos de concreto simples (PCS), ou seja, as fissuras devido à retração do concreto ocorrem aleatoriamente, sendo controladas pela elevada taxa de armadura longitudinal disposta longitudinalmente ao longo de toda a extensão do pavimento. Como essa armadura não possui função estrutural, pois é colocada acima da linha neutra da placa, no banzo comprimido, sua função é manter as fissuras fortemente apertadas, garantindo suavidade ao rolamento e elevada transferência de carga (LTE), a qual ocorre pelo intertravamento dos agregados nas faces fissuradas, proporcionando assim um pavimento de alta durabilidade e que dispende baixíssimos custos com manutenção. No Brasil, a primeira experiência com PCCA teve início no ano de 2010, quando foram construídas quatro seções de 50 m de extensão cada, consideradas curtas em comparação aos 400 m de extensão de um PCCA rodoviário que podem ser alcançados ao final de um dia de trabalho. O monitoramento contínuo de tais seções mostrou haver uma diferença muito significativa de comportamento, comparado aos PCCA tradicionais, no que tange o tempo decorrido para estabelecimento do padrão de fissuração (a primeira fissura surgiu um ano após a construção), bem como espaçamento médio entre as fissuras, devido à curta extensão das placas e a inexistência de um sistema de ancoragem nas extremidades. Assim, para melhor compreender o comportamento de pavimentos de concreto com armadura contínua com padrões condizentes à realidade rodoviária em ambiente tropical, em janeiro de 2016, foi construído no campus da Universidade de São Paulo o primeiro PCCA de longa extensão do Brasil, com 200 m de comprimento. Foram empregados quatro diferentes tipos de concreto, variando o tipo de cimento e o tipo de agregado, bem como foram empregados aço galvanizado e aço comum. Para entender o comportamento do pavimento sob as condições climáticas brasileiras foram realizados três estudos: levantamento de fissuras (espaçamento e abertura), modelagem analítica do espaçamento entre fissuras através de modelos de previsão de retração em concreto e testes com FWD para avaliação da eficiência de transferência de carga (LTE) entre as fissuras. A análise do padrão de fissuração mostrou que o desenvolvimento das fissuras aconteceu conforme a literatura técnica, tendo início na primeira semana após a concretagem e atingindo aproximadamente 60% do número total de fissuras antes do primeiro mês. As seções centrais possuem o maior número de fissuras, pois estão ancoradas pelas seções de extremidade, onde o surgimento das fissuras é mais lento por conta da falta de ancoragem. As aberturas das fissuras mostraram-se maiores nas posições com aço galvanizado devido à menor aderência aço-concreto nesse caso, em comparação às posições com aço comum. O modelo de previsão de retração no concreto que melhor se aproximou do espaçamento médio desenvolvido em campo foi o modelo do Eurocode 2, com diferenças em torno de 30%, aproximadamente. As análises de LTE mostraram um desempenho muito satisfatório, apesar de a LTE nas regiões com aço galvanizado ter resultado menor do que a LTE nas regiões com aço comum. / The first studies on continuously reinforced concrete pavements (CRCP) were developed in areas in which the typical weather is temperate (United States, Netherlands and Belgium), with no technical studies carried out in tropical weather. CRCP structural premise is based on a slab without construction joints which are required in jointed plain concrete pavements (JPCP); i.e., CRCP cracks due to concrete shrinkage occur randomly being controlled by the high longitudinal reinforcement percentage, positioned longitudinally along the pavement length. As the longitudinal reinforcement has no structural role, because it is placed above the slab neutral axis, in the compression zone, its main function is to keep cracks strongly tight, ensuring a smooth ride and high load efficiency transfer (LTE) at cracks, which occurs through aggregates interlocking, thereby providing a highly durable pavement with low maintenance costs. The first experience with CRCP in Brazil started in 2010, when four experimental sections were constructed. Each section is 50 meters long, short when compared to the traditional CRCP that can extend for over 400 meters providing that concrete pouring does not stop. Continuous monitoring of these sections has shown that the short CRCP behaves differently from traditional CRCP, regarding the time taken for the cracking pattern full development (the first crack was visible on the surface one year after the construction), as well as average cracking space due to the slab\'s short extension and lack of anchorage. Therefore, in order to fully analyze the behavior of a traditional CRCP under tropical weather, in January 2016, the first long extension CRCP in Brazil was built, at the University of São Paulo campus, with 200 meters length. Four types of concrete were applied in the construction, varying cement and aggregate type. Galvanized and ordinary steel were used as well. To analyze the pavement behavior under Brazilian climatic conditions, three studies were carried out: cracks surveys (spacing and width), analytical modeling crack spacing through shrinkage prediction models and Falling Weight Deflectometer testing to evaluate the crack\'s load transfer efficiency (LTE). Cracking pattern analysis has shown cracks development consistent with technical literature. The first cracks appeared during the first week after concrete placement and, before the first month, about 60% of the total cracks number had developed. Central sections presented greatest number of cracks as they are anchored by the outer sections, where cracking occurs slower due to the lack of anchorage. Cracks width was higher in areas with galvanized steel due to the weaker steel-concrete bond, when compared to areas with common steel. The shrinkage prediction model for concrete that better approached the average field crack spacing was the Eurocode 2, with mean difference of 30%. LTE analysis has shown a quite satisfactory performance, even though LTE in areas with galvanized steel is lower than LTE in areas with common steel.