Concrete pavement systems have great capacity to provide long service lives; however, if the subbase layer is improperly designed or mismanaged, service life would be diminished significantly since the subbase layer performs many important roles in a concrete pavement system. The erosion of material beneath a concrete slab is an important performance-related factor that if applied to the selection of base materials can enhance the overall design process for concrete pavement systems. However, erosion of the subbase has not been included explicitly in analysis and design procedures since there is not a well accepted laboratory test and related erosion model suitable for design. Previous erosion test methods and erosion models are evaluated in terms of their utility to characterize subbase materials for erosion resistance. With this information, a new test configuration was devised that uses a Hamburg wheel-tracking device for evaluating erodibility with respect to the degree of stabilization and base type. Test devices, procedures, and results are explained and summarized for application in mechanistic design processes. A proposed erosion model is calibrated by comparing erosion to lab test results and LTPP field performance data. Subbase design guidelines are provided with a decision flowchart and a design assistant spread sheet for the economical and sustainable design of concrete pavement subbase layers by considering many design factors that affect the performance of the subbase.

O estudo da reciclagem de pavimentos de concreto para utilização em novos pavimentos tem se mostrado de grande importância haja vista a quantidade de materiais necessários para a reconstrução dessas vias. Além do ganho ambiental, devido a uma menor extração de agregados, obtém-se um ganho econômico, com menor custo de transporte e de aquisição de materiais. O agregado proveniente da britagem de antigas placas de concreto se mostrou, historicamente, apto a ser utilizado para a produção de um novo pavimento de concreto. Entretanto, existem certas limitações, pois o seu uso não resulta em um concreto com características totalmente idênticas àquelas do concreto convencional. O presente trabalho apresenta resultados da análise das características dos agregados produzidos através da britagem de antigas placas de pavimentos de concreto do Rodoanel Metropolitano Mário Covas em britador de mandíbula e em britador de impacto, bem como a influência do uso de agregados reciclados nas propriedades mecânicas do concreto. No estudo comparativo entre os tipos de britador foi verificado que agregados obtidos por britador de mandíbula e por britador de impacto possuem características muito semelhantes. No estudo das características mecânicas dos concretos a resistência à tração na flexão, a resistência à tração na compressão e o módulo de elasticidade diminuíram conforme se aumentou a absorção de água ponderada dos agregados. No que se refere à resistência à compressão, contudo, não foi observada queda ao se substituir somente a fração de agregados graúdos na mistura. Quando se procedeu com a substituição da fração miúda, porém, a resistência ficou abaixo daquela do concreto de convencional. / The study of concrete pavement recycling for its use in new pavements has shown to be of great importance considering the quantity of materials that are necessary to reconstruct these roads. Besides the environmental gain, due to a lesser extraction of aggregates, there is also an economic gain, with smaller transportation and material purchasing costs. The aggregate originated from the crushing of old concrete slabs has historically been shown to be able to be employed in the construction of a new concrete pavement. However, there are limitations, since its utilization does not result in a concrete with the exact same properties of the conventional concrete. The present work presents the results from the analysis of the characteristics from the aggregates produced through the crushing of old concrete slabs using a jaw crusher and an impact crusher, as well as the influence of the use of recycled aggregates on the concrete mechanical properties. The crusher type comparative study has shown that aggregates obtained from a jaw crusher and from an impact crusher have very similar characteristics. The concrete mechanical characteristic study reveals that flexural strength, indirect tensile strength and modulus of elasticity decrease as the aggregates water absorption increase. Concerning compressive strength, however, there was no observed decrease when only coarse recycled aggregates were used. Nevertheless, when fine recycled aggregates were employed besides coarse recycled aggregates, there was a decrease in compressive strength.

The U.S. military must have the ability to rapidly deploy troops and equipment anywhere in the world as part of a contingency operation. Recent military operations have highlighted the critical need for rapid repair procedures and materials for military use on sub-standard, in-theater airfields. The U.S. Army Corps of Engineers, Engineer Research and Development Center is currently addressing these problems through a program titled ?Joint Rapid Airfield Construction?. This study involves the development of a method using rapid setting grouts and recycled concrete pavement (RCP) to repair portland cement concrete (PCC) pavements. A laboratory study was conducted to evaluate material properties in order to gain an understanding of expected field performance. Eight full scale repairs were constructed using two rapid setting grouts, two types of equipment, and two concrete slabs. The repairs were successfully trafficked with simulated C-17 aircraft wheel loads to verify the structural capacity, and ultimately the procedures.

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.

Master of Science / Department of Civil Engineering / Kyle A. Riding / When transverse cracks meander there is a high possibility for transverse cracks to meet at a point and connect to another transverse crack, creating a Y-crack. Y-cracks have been blamed for being the origin of punchouts and spallings in CRCPs. When the direction of maximum principal stress changes, it could cause a change in the crack direction, potentially forming a Y-crack. Finite Element Models (FEMs) were run to model the change in principal stress direction based on design and construction conditions. The finite element model of CRCP using typical Oklahoma CRCP pavement conditions and design was assembled. The model included the concrete pavement, asphalt concrete subbase, and soil subgrade. The effect of areas of changed friction on the direction of principal stress was simulated by considering a patch at the pavement-subbase interaction. Investigated factors related to this patch were location of patch, friction between patch and subbase, and patch size. Patches were placed at two different locations in the pavement: a patch at the corner of the pavement and a patch at the longitudinal edge between pavement ends. A change in the friction at the corner had a large effect on the stress magnitude and direction of principal stress, while a patch in the middle did not significantly change the stress state. Also, patch size had a noticeable effect on stress magnitude when the patch was at the corner. Another model was developed to understand the effect of jointed shoulder on direction of maximum principal stress. Analysis of this model showed that the stresses were not symmetric and changed along the width of the pavement. This meandering pattern shows a high potential for Y-cracking. Also, several finite element models were run to understand the effects of different shrinkage between mainline and shoulder. In order to simulate the effects of the differential drying shrinkage between the hardened mainline concrete and the newly cast shoulder, different temperature changes were applied on the mainline and shoulder. For these models, the orientation of the maximum principal stress was not significantly changed from different amounts of temperature decreases between mainline and shoulder. Also, effect of different longitudinal steel percentages was investigated by comparing two finite element models with different steel percentage. The model with higher steel percentage (0.7%) indicated more variation in stress, potentially leading to more crack direction diverging.

Neste trabalho são estudados os principais parâmetros do projeto estrutural de pavimentos rodoviários e de pisos industriais de concreto. Faz-se um levantamento bibliográfico, apresentando as características estruturais de diversos tipos de pavimentos rígidos. São discutidas as ações diretas e as indiretas em pavimentos de concreto e analisadas as formas de consideração das forças aplicadas. São apresentados modelos para representação da fundação, do pavimento e dos materiais. É feito um resumo da teoria de Westergaard, para determinação de tensões devidas ao tráfego, e da teoria de Bradbury, para determinação de tensões devidas ao empenamento. O comportamento dos pavimentos rígidos sob diversas configurações de carregamento são analisadas com auxílio de software com base no método dos elementos finitos. Apresentam-se os métodos indicados pelo DNER para determinação da espessura de pavimentos de concreto simples. São discutidas equações para determinação da área de aço para combate à retração e desenvolvido um procedimento para dimensionamento da armadura de flexão, com base na revisão da NB-1. São analisados os mecanismos de formação de fissuras e a importância das juntas. São apresentadas equações para dimensionamento das barras de transferência e das barras de ligação e analisada a influência da eficiência da junta nos esforços das placas. São desenvolvidos exemplos numéricos sobre dimensionamento de pavimentos de concreto simples e de concreto armado, e sobre detalhamento das juntas / In this work are studied the main parameters of the structural project of concrete highway and industrial pavements. A bibliographical rising is made presenting the structural characteristics of several types of rigid pavements. Direct and indirect actions in the concrete pavements are discussed and the procedures of load consideration are analyzed. Models for represent the foundation, the pavement and the materials are showed. A summary of Westergaard’s theory for determination of stresses owed to the traffic and of Bradbury’s theory for determination of stresses owed to the curling is presented. The behavior of rigid pavements under several loading configurations is analyzed, with a software based on finite elements method. The thickness design methods for concrete pavement indicated by DNER are presented and discussed. The equation for determination of shrinkage reinforcement is showed and a procedure for design of positive steel is developed, based on the brazilian code. The cracking mechanism and the importance of joints are analyzed. Design equations for dowels and tie bars are studied. Numeric design examples are developed for plain concrete pavements, for reinforced concrete pavement, and for design of the joints

É fato que a crescente urbanização e a conseqüente impermeabilização do solo são alguns dos principais fatores que interferem no escoamento das águas de chuva. Isso se retrata na aceleração do escoamento, com a diminuição dos tempos de trânsito e aumento dos picos de vazão. É cada vez mais freqüente a ocorrência de inundações em áreas que anteriormente não eram atingidas. A impermeabilização de grandes áreas que possam vir a interferir nas condições hidrológicas de determinada região deve ser analisada pelos órgãos fiscalizadores. O meio técnico e acadêmico se vê frente a frente com o desafio de pesquisar, estudar, analisar e propor técnicas que possam atenuar os efeitos causados pelas chuvas em áreas densamente urbanizadas. Este trabalho intenciona dar uma contribuição à drenagem urbana e vem propor a adoção de uma técnica compensatória que se mostrou muito eficiente. Trata-se do pavimento permeável do tipo sem infiltração no solo. Este dispositivo foi implantado de maneira convencional em um estacionamento na Universidade de São Paulo e contou com o suporte financeiro da Prefeitura do Município de São Paulo. Foram monitorados dois tipos de estrutura com revestimentos de BCP e CPA, durante o período de 6 meses. A instrumentação constou de uma estação pluviométrica e 4 sensores de nível instalados em caixas coletoras dotadas de vertedouros. Durante a pesquisa foi desenvolvido um modelo matemático para validação do modelo físico. Ao final dos estudos concluiu-se que o desempenho do pavimento permeável para os dois tipos de estruturas monitoradas resultou em amortecimento da vazão afluente entre 28% e 87% no BCP e 56% e 85% no CPA. Portanto, esse tipo de dispositivo se mostrou muito eficiente. / The increasing urbanization and the consequent imperviousness of the soil are the main factors that may interfere with the flow of stormwater. It causes the accelerating of the flow with the decrease in transit times and the increase of peak flows. The occurrence of flooding in areas not previously affected is getting more frequently. The imperviousness of large areas that may interfere with the hydrological conditions of a region should be analyzed by the technicians. The technicians and academics find themselves face to face with the challenge of researching, studying, analyzing and proposing techniques that can mitigate the effects caused by rain in densely urbanized areas. This study intends to give a contribution to the urban drainage and is proposing the adoption of a compensatory technique that has proved very efficient. This is the type of permeable pavement without infiltration into the soil. This device was implanted in a conventional way in a parking lot at the University of Sao Paulo with the financial support of the Sao Paulo City Hall. During 6 months two types of permeable pavements covered with permeable interlocking concrete pavement and porous pavement were monitored. The instrumentation consisted of a rain collector and four level sensors installed in collection boxes provided with spillways. During the research it was developed a mathematical model to validate the physical model. At the end of the studies it was concluded that the performance of permeable pavement for the two types of structures monitored resulted in weakening of flow between 28% and 87% in the permeable interlocking concrete pavement and 56% and 85% in the porous pavement. Therefore, this type of device was very effective.

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

É fato que a crescente urbanização e a conseqüente impermeabilização do solo são alguns dos principais fatores que interferem no escoamento das águas de chuva. Isso se retrata na aceleração do escoamento, com a diminuição dos tempos de trânsito e aumento dos picos de vazão. É cada vez mais freqüente a ocorrência de inundações em áreas que anteriormente não eram atingidas. A impermeabilização de grandes áreas que possam vir a interferir nas condições hidrológicas de determinada região deve ser analisada pelos órgãos fiscalizadores. O meio técnico e acadêmico se vê frente a frente com o desafio de pesquisar, estudar, analisar e propor técnicas que possam atenuar os efeitos causados pelas chuvas em áreas densamente urbanizadas. Este trabalho intenciona dar uma contribuição à drenagem urbana e vem propor a adoção de uma técnica compensatória que se mostrou muito eficiente. Trata-se do pavimento permeável do tipo sem infiltração no solo. Este dispositivo foi implantado de maneira convencional em um estacionamento na Universidade de São Paulo e contou com o suporte financeiro da Prefeitura do Município de São Paulo. Foram monitorados dois tipos de estrutura com revestimentos de BCP e CPA, durante o período de 6 meses. A instrumentação constou de uma estação pluviométrica e 4 sensores de nível instalados em caixas coletoras dotadas de vertedouros. Durante a pesquisa foi desenvolvido um modelo matemático para validação do modelo físico. Ao final dos estudos concluiu-se que o desempenho do pavimento permeável para os dois tipos de estruturas monitoradas resultou em amortecimento da vazão afluente entre 28% e 87% no BCP e 56% e 85% no CPA. Portanto, esse tipo de dispositivo se mostrou muito eficiente. / The increasing urbanization and the consequent imperviousness of the soil are the main factors that may interfere with the flow of stormwater. It causes the accelerating of the flow with the decrease in transit times and the increase of peak flows. The occurrence of flooding in areas not previously affected is getting more frequently. The imperviousness of large areas that may interfere with the hydrological conditions of a region should be analyzed by the technicians. The technicians and academics find themselves face to face with the challenge of researching, studying, analyzing and proposing techniques that can mitigate the effects caused by rain in densely urbanized areas. This study intends to give a contribution to the urban drainage and is proposing the adoption of a compensatory technique that has proved very efficient. This is the type of permeable pavement without infiltration into the soil. This device was implanted in a conventional way in a parking lot at the University of Sao Paulo with the financial support of the Sao Paulo City Hall. During 6 months two types of permeable pavements covered with permeable interlocking concrete pavement and porous pavement were monitored. The instrumentation consisted of a rain collector and four level sensors installed in collection boxes provided with spillways. During the research it was developed a mathematical model to validate the physical model. At the end of the studies it was concluded that the performance of permeable pavement for the two types of structures monitored resulted in weakening of flow between 28% and 87% in the permeable interlocking concrete pavement and 56% and 85% in the porous pavement. Therefore, this type of device was very effective.