Made available in DSpace on 2014-07-29T15:01:41Z (GMT). No. of bitstreams: 1 weliton eduardo lima.pdf: 7673698 bytes, checksum: b98c1fcbe4c616c14b5247f8642f9a8f (MD5) Previous issue date: 2008-06-24 / The recycling of materials has been strengthened as an efficient mechanism to minimise the problems caused by improper disposal of solid waste from human activities. Accordingly, the search for mechanisms able to absorb the waste from quarry, coming from the production of aggregates for construction, it becomes an important tool for mitigating externalities generated by the accumulation of such material. So the main objective of this research was to study the use of waste material from quarry as the basic constituent of layers and sub-base of flexible pavements. The residue studied comes from the processing of micaxist, and then called the dust of micaxist, coming from the quarry of the Department of Roads Rodagem the city of Goiania (DERMU-COMPAV). To assess the mechanical behavior, laboratory tests have been conducted (specific weight, Limits of consistency, size, compression, expansion and California Bearing Ratio) for samples: 1 (100% of micaxist powder), 2 (20% of powder micaxist and 80% soil), 3 (30% of powder micaxist and 70% only), 4 (soil), 5 (gravel) and 6 (30% crushed 1 and 70% soil). To assess the performance on the field of materials studied, was built in August and September 2007, a trial with a sentence of 300 meters, located at Amélia Rosa street, the site of Ipês, in Goiânia-Goiás, being divided into three sub-sections (soil + micaxisto of dust, soil + 1 and crushed gravel). The behaviour of these sub-sections were examined by means of testing the vial of sand, Speedy, proof of cargo on board, and dynamic cone penetromet, made during the execution of the sentence trial. With the data collected can be verified that the materials studied, with the exception of Sample 1, have shown properties physical and mechanical satisfactory, reflecting in a good technical performance in the laboratory and in field. The gravel had better results both in the laboratory to the field, proving the efficiency of such material has traditionally used in flooring. In general, concluded that for the dust of micaxist, the best performance was obtained for dosing 20% (Sample 2), comparable to traditional materials, thus demonstrating the possibility of using such waste in layers of sub-base and base of flexible pavements. / A reciclagem de materiais tem se fortalecido como um eficiente mecanismo para minimização dos problemas gerados pela disposição inadequada de resíduos sólidos das atividades antrópicas. Neste sentido, a busca por mecanismos capazes de absorver os resíduos de pedreira, oriundo da produção de agregados para a construção civil, torna-se uma importante ferramenta para mitigação das externalidades geradas pelo acúmulo desse material. Portanto, o objetivo principal desta pesquisa foi estudar a utilização de resíduo de pedreira como material constituinte das camadas de base e sub-base de pavimentos flexíveis. O resíduo estudado é oriundo do processamento da rocha do tipo micaxisto, sendo então denominado de pó de micaxisto, oriundo da pedreira do Departamento de Estradas de Rodagem do Município de Goiânia (DERMU-COMPAV). Visando avaliar o comportamento mecânico, foram realizados ensaios laboratoriais (Peso específico, Limites de consistência, Granulometria, Compactação, Expansão e California Bearing Ratio ) para as Amostras: 1 (100% pó de micaxisto), 2 (20% pó de micaxisto e 80% solo), 3 (30% pó de micaxisto e 70% solo), 4 (solo), 5 (cascalho) e 6 (30% brita 1 e 70 % solo). Para avaliar o comportamento em campo dos materiais estudados, foi construído nos meses de agosto e setembro de 2007, um trecho experimental com uma extensão de 300 metros, situado à Rua Amélia Rosa, no Sítio dos Ipês em Goiânia-Goiás, sendo subdividido em três sub-trechos (solo + pó de micaxisto, solo + brita 1 e cascalho). O comportamento desses sub-trechos foi analisado por meio dos ensaios de frasco de areia, Speedy, prova de carga sobre placa e penetrômetro dinâmico de cone, realizados durante a execução do trecho experimental. Com os dados obtidos pode-se verificar que os materiais estudados, com exceção da Amostra 1, demonstraram possuir propriedades físicas e mecânicas satisfatórias, refletindo em um bom desempenho técnico em laboratório e em campo. O cascalho apresentou melhores resultados tanto em laboratório como em campo, comprovando a eficiência desse material já tradicionalmente utilizado na pavimentação. De maneira geral, conclui-se que para o pó de micaxisto, o melhor desempenho foi obtido para dosagem de 20 % (Amostra 2), comparáveis a materiais tradicionais, comprovando assim a possibilidade do uso desse resíduo em camadas de base e sub-base de pavimentos flexíveis.

A reciclagem profunda com espuma de asfalto tem sido uma alternativa de sucesso para a restauração de pavimentos degradados. Em relação às soluções tradicionais de reabilitação, como os recapeamentos, tem a vantagem de proporcionar a correção de defeitos em camadas inferiores, com a manutenção ou pequena elevação do greide da pista, além de ganhos ambientais, como um menor consumo de materiais virgens da natureza e redução do volume de material descartado. Entretanto, no Brasil não há método para dimensionamento estrutural para esta tecnologia, o que dificulta seu emprego. Para o desenvolvimento de um procedimento de dimensionamento que contemple este tipo de solução, foram estudados métodos presentes na bibliografia internacional: guia da AASHTO de 1993 e Caltrans, dos EUA, TRL386 e TRL611, da Inglaterra, as duas versões do guia sul-africano TG2 e os métodos oriundos do Austroads, tanto o procedimento interino de 2011 como adaptações de órgãos da Austrália e Nova Zelândia. Observou-se divergência de opiniões quanto ao comportamento do material reciclado com espuma de asfalto. Alguns órgãos e autores consideram o comportamento do mesmo mais próximo às misturas asfálticas, sendo o mecanismo de falha o trincamento, e outros o definem como semelhante a um material granular modificado com alta coesão e ruptura devido às deformações permanentes. Correlaciona-se tal associação ao teor de espuma usualmente utilizado nas obras rodoviárias. Outros aspectos que se destacam para este tipo de base são o ganho de resistência ao longo do tempo devido à cura, mesmo com início da operação da rodovia e a importância da infraestrutura remanescente no dimensionamento. Tais fatos foram corroborados pelos estudos de caso e resultados do trecho experimental construído na Rodovia Ayrton Senna - SP 070, monitorado por meio de ensaios deflectométricos com FWD durante um ano. Como resultado do trabalho, foi proposto um procedimento para o dimensionamento estrutural de pavimentos com camadas recicladas a frio com espuma de asfalto utilizando dados deflectométricos que atende o método do Manual de Pavimentação do Departamento Nacional de Infraestrutura de Transportes (DNIT) e incorpora diferentes aspectos na análise mecanicista. Outras conclusões são a viabilidade técnica a longo prazo da solução mencionada e a importância do controle tecnológico, com ênfase para o monitoramento deflectométrico nos primeiros meses de operação do pavimento para averiguar a evolução da cura do material. / Full-depth pavement reclamation with foamed asphalt has been a successful alternative for the rehabilitation of degraded pavements. In relation to the traditional rehabilitation methods, such as overlays, it has the advantage of provide the correction of the lower layer\'s defects considering the maintenance of the road grade or slight increase of it. Besides that, there are environmental gains, with less consumption for virgin materials and reduction of discarded material volume. However, in Brazil there is no structural design method for this technology, which hinders its use. To develop a design procedure which includes this kind of solution, several international methods were studied, like AASHTO (1993) and CALTRANS, from the USA; TRL386 and TRL611, from England; TG2 guide, from South Africa; and methods derived from the Austroads were studied, both, the interim procedure 2011 and local departments adaptations from Australia and New Zealand. There are divergent opinions of the behavior of the recycled material with foamed bitumen. Some agencies and authors consider the behavior of it similar to the asphalt mixtures, and the failure mechanism cracking due to fatigue. Others define it as similar to modified granular material with high cohesion and disruption due to permanent deformation. Such association is related to the foamed asphalt content usually used in road works. Other aspects that stand for such basecourse material are the gain of strength over time due to cure, even with the beginning of the highway operation and the importance of the remaining pavement\'s layers in design process. These facts were corroborated by case studies and results of the test section built in Ayrton Senna Highway - SP 070, which was monitored through falling weight deflectometer (FWD) measurements for a year. As result of this work, it is proposed a procedure for the structural design of cold recycled pavements with foamed asphalt using deflectometer data that meets the method of paving manual of the Brazilian National Department of Transport Infrastructure (DNIT). Other findings are the technical long-term viability of that solution and the importance of technological control, with emphasis on the deflection monitoring in early pavement operation to ascertain the evolution of the curing process.

O comportamento mecânico do subleito tem influência determinante no desempenho das estruturas de pavimento. Porém, muitas vezes, os estudos realizados para elaboração de projetos são simplistas e não levam em conta as variações de comportamento mecânico que podem ocorrer, seja por fatores construtivos, seja ambientais, como umidade, durante o período de operação. Neste sentido, métodos de dimensionamento mecanicistas-empíricos de estruturas de pavimentos empregam modelos de comportamento das diversas camadas da estrutura e do subleito, sendo alvos de constantes revisões para recalibração destes modelos, de modo que se aproximem mais da realidade do comportamento em serviço. As calibrações dos modelos são necessárias para aumentar a confiabilidade do dimensionamento de modo a garantir pavimentos mais duráveis, e para otimizar custos de execução e de manutenção ao longo da vida útil das estruturas. Neste contexto o presente trabalho propõe uma metodologia para compreender as propriedades dos solos do subleito e de suas variações, estabelecendo um programa de ensaios de campo e de laboratório, cadastramento, processamento e combinação de resultados de propriedades físicas e mecânicas de solos de subleitos de pavimentos de rodovias existentes. O objetivo final é estabelecer parâmetros de deformabilidade elástica de solos do subleito e sua variabilidade para auxiliar no dimensionamento de novas estruturas de pavimentos e reabilitação das antigas. O trabalho utiliza estudos de casos de pavimentos rodoviários em operação. O primeiro caso foi base para o estabelecimento metodológico de estudo desejável do subleito de um pavimento existente, concebendo modelos de previsão de comportamento resiliente do subleito para uso em futuros projetos de restauração deste pavimento ou para novos projetos em locais com similaridade de ocorrência de solos. Empregando a metodologia estabelecida no primeiro caso, fez-se uma busca minuciosa de dados em vários documentos existentes sobre pavimentos rodoviários de concessionárias do Estado de São Paulo, concebendo-se um banco de dados para análise do subleito destes pavimentos, de modo a ampliar a gama de solos pesquisados. Com resultados de caracterização de solos em laboratório e de deflectometria em campo, além de dados de localização dos pontos estudados em mapas geológicos e pedológicos, dados de precipitação, de terraplenagem, entre outros, pôde-se analisar os dados e identificar a influência de cada elemento na variação do módulo de resiliência dos solos de fundação de pavimentos em serviço. O banco de dados de ensaios laboratoriais de solos de subleito contou com um total de 3.894 registros e de ensaios não destrutivos deflectométricos de campo com um total de 169.525 registros (dados históricos de nove rodovias estaduais diferentes). Dentre as principais conclusões, verificou-se que grande parte dos modelos de correlações existentes na literatura entre parâmetros de propriedades físicas e de resistência (como CBR) de solos com o módulo de resiliência possui aplicação muito restrita, inviabilizando sua aplicação de forma indiscriminada em locais distintos daqueles onde foram obtidas as correlações. Além disso, verificou-se que o módulo de resiliência do subleito em campo apresenta variações de grande magnitude e, portanto, é de difícil previsão, requerendo acumulação de dados históricos, bem como de um cadastro adicional de maior gama de informações. Recomenda-se que maiores quantidades de ensaios sejam realizadas e que permitam verificação, ou dupla checagem, para validação, bem como para futuramente ser possível o estabelecimento de modelos matemáticos mais confiáveis. Nos estudos, foi possível estabelecer parâmetros estatísticos que podem ser utilizados tanto em métodos de dimensionamento vigentes ou novos, como naquelas que consideram as variações do módulo de resiliência do subleito para determinação do risco de falha, ou da confiabilidade das estruturas. / Subgrade mechanical behavior has a determining influence on the performance of pavement structures. However, often, the studies carried out for project designs are simplistic and do not take into account the variations that can occur in the mechanical behavior, whether by constructive factors or environmental ones, such as the moisture content during the operation period. Thus, mechanical-empirical design methods of pavement structures employ performance models of the many layers of the structure and of the subgrade, being targets of constant revisions for adjustment of these models so that they come closer to reality in operation behavior. Model adjustments are necessary to increase design reliability to ensure more durable pavements and to optimize execution and maintenance costs during the structure life. In this context, the present work proposes a methodology to understand the subgrade soil properties and their variations, establishing a program of field and laboratory tests, registration, processing and combination of results of physical and mechanical properties of subgrade soils of existing highway pavements. The final objective is to establish parameters of the subgrade soil elastic deformability and their variability to assist in the design of new pavement structures and in the rehabilitation of old ones. This work uses case studies of road pavements in operation. The first case was the basis for the methodological establishment of a desirable study of the subgrade of an existing pavement, designing predictive models of the subgrade resilient behavior for use in future rehabilitation projects of this pavement or for new projects in places with a similar occurrence of soils. By using the methodology established in the first case, a thorough data search was carried out in several existing documents on road pavements of concessionaires in the State of São Paulo, and a database was prepared to analyze the subgrade of such pavements in order to expand the range of soils studied. With the results of soil characterization in the laboratory and by field deflections, in addition to location data of the points studied in geological and pedological maps, precipitation and earthwork data, among others, it was possible to analyze the data and identify the influences of each element on the variation of the subgrade resilient modulus of the pavements in operation. The database from laboratory tests of subgrade soils covered a total of 3,894 registers and of non-destructive deflectometric field tests - a total of 169,525 registers (historical data on nine different state highways). Among the main conclusions, it was verified that most of the correlation models existing in the literature between parameters of physical and mechanical strength properties (like the CBR) of soils with the resilient moduli have very restricted application, making it impossible to apply them indiscriminately in places other than those where the correlations were obtained. In addition, it was verified that the resilient modulus of the subbase in situ presents variations of great magnitude and, therefore, it is difficult to make predictions. Lots of historical data are required, as well as additional registers of a greater range of information. Therefore, it is recommended that a larger number of tests be performed in order to allow for checking and double-checking for validation as well as the possibility of a future establishment of more reliable mathematical models. In the studies, it was possible to establish statistical parameters that can be used both in current and in new design methods, like in those that consider variations of the subgrade resilient moduli to determine the risk of failure or of the reliability of structures.

O fresado asfáltico ou Reclaimed Asphalt Pavement (RAP), como é conhecido em língua inglesa, é um material proveniente da fresagem de revestimentos asfálticos quando da restauração de pavimentos flexíveis. Esse material é produzido em grandes quantidades nas grandes cidades, o que justifica a busca de soluções para sua destinação final. Neste trabalho foram estudados os efeitos da incorporação de RAP em Concreto Compactado com Rolo (CCR). Foram produzidas seis diferentes misturas de CCR. O CCR de referência (CCR1) foi produzido com areia industrial e serviu de parâmetro para análise das demais misturas: CCR com areia natural (CCR2), CCR com substituição de 100% da areia por RAP (CCR1AF), CCR com substituição de 100% do pedrisco por RAP (CCR1PF), CCR com substituição de 100% da brita 1 por RAP (CCR1 BF) e CCR com substituição de 50% de agregado natural por 50% da fração total do RAP (CCR1FT). Os ensaios de compressão diametral e tração na flexão mostraram que a incorporação de RAP, em qualquer fração, diminui bruscamente a resistência mecânica dos corpos de prova, em relação ao CCR de referência, sendo a queda mais acentuada no caso da resistência à compressão. O módulo de elasticidade obtido por meio da instrumentação dos corpos de prova com LVDT (Linear Variable Differential Transformer) e strain gages, assim como o módulo de elasticidade dinâmico, obtido por pulso ultrassônico, apresentaram quedas significativas, quando comparados ao CCR de referência. Os CCR com incorporação de RAP apresentaram queda nos valores de tenacidade e aumento na resistência de propagação da trinca. As observações com microscópio óptico, lupa estereoscópica e com microscópio eletrônico de varredura mostraram que a interface entre o agregado fresado e a pasta de cimento foi prejudicada pela presença do filme asfáltico nos agregados de RAP. Embora a incorporação do RAP na mistura de CCR diminua a resistência das misturas e afete todos os parâmetros mecânicos, ainda assim é um material que pode ser utilizado como base e subbase de pavimentos, pois alcançou parâmetros mecânicos que viabilizam seu uso. / Reclaimed Asphalt Pavement (RAP) is a material obtained from asphalt pavement drilled during the restoration of flexible pavements. This material is produced in large amounts in large cities, what justifies the search for alternatives for its final disposal. In this paper, we will see the effects of the addition of RAP on Roller Compacted Concrete (RCC). Six different mixes of RCC were produced. The reference RCC (RCC1) was produced with industrial sand and used to verify the effects of RAP incorporation on mixes: RCC with natural sand (RCC2), RCC with the replacement of 100% of sand with RAP (RCC1AF), RCC with the replacement of 100% of small rocks with RAP (RCC1 PF), RCC with the replacement of 100% of gravel with RAP (RCC1BF) and RCC with the replacement of 50% of natural aggregate with 50% of the total RAP (RCC1FT). The diametral compression and bending traction tests show that the addition of RAP, at any rate, abruptly decreases the strength of specimens compared with the reference RCC, and the decrease was greater for cylindrical specimens. The elastic modulus obtained through the instrumentation of specimens with LVDT (Linear Variable Differential Transformer) and strain gage, as well as those obtained by ultrasonic wave pulse showed significant decreases as compared with the reference RCC. The RCC specimens with added RAP showed a decrease in toughness values and an increase in the spreading resistance of the cracks. Observations through optical microscope, stereoscopic glass and scanning electron microscope show that the interface between the milled aggregate and the cement paste was damaged by the presence of asphalt film in RAP aggregates. Even though the addition of RAP in the RCC mixture decreases the strength of the mixtures and affects all the mechanical parameters, it can still be used as a base and subbase material for paving, since mechanical parameters have been met and make possible its use.

A elaboração de um programa de gerenciamento de uma rede rodoviária implica na utilização de montantes consideráveis de recursos em sua recuperação e manutenção. Neste cenário, ressalta-se a importância da validação de uma nova tecnologia de avaliação funcional de pavimentos para aplicação em rodovias brasileiras que permita a coleta de informações de forma automática, sem a interferência do profissional, minimizando o tempo de coleta e processamento de dados, reduzindo-se as interferências com o tráfego e garantindo informações de qualidade e de rápida restituição. O presente trabalho tem como objetivo a contribuição para o processo de avaliação funcional de pavimentos através validação de resultados do inventário funcional de pavimentos flexíveis com o emprego do equipamento Pavement Scanner, o que pode ser um novo processo que garanta a integridade, a confiabilidade e a plena restituição das informações para o projeto e programa de gestão de pavimentos. Para tanto, seções-teste foram inventariadas e estudadas, onde avaliou-se as condições funcionais do pavimento de acordo com a metodologia tradicional de avaliação da superfície do pavimento e sob a utilização do equipamento Pavement Scanner. Os resultados obtidos pelos diferentes métodos foram analisados e comparados, buscando-se determinar a variação obtida pelas diferentes técnicas de avaliação do pavimento, além da análise da repetitividade e reprodutividade de cada uma destas técnicas. Adicionalmente, foi estudada a aplicabilidade dos resultados obtidos pelo Pavement Scanner no cálculo do PCI (Índice da Condição do Pavimento, do inglês Pavement Condition Index), que é muito utilizado no exterior e considerado uma ferramenta eficaz na gerência de pavimentos. / The development of a road network management program implies the use of significant amounts of resources in their recovery and maintenance. In this scenario, it emphasizes the importance of validating a new technology of functional Pavement assessment for use in Brazilian highways that allows the automatic collection of information, without the interference of a professional, minimizing the time in collecting and processing of data, reducing interference with traffic and ensuring information quality and fast refund. This study aims to contribute to the process of functional pavement evaluation through the validation of results of the functional inventory of flexible pavements with the use of Pavement Scanner equipment, which can be a new process to ensure the integrity, reliability and full refund of information for the pavement management program. With this purpose, sections-tests were surveyed and studied, in which the functional pavement conditions were evaluated according to the traditional method of pavement surface evaluation and with the use of Pavement Scanner equipment. The results obtained by different methods were analyzed and compared, in order to determine the variation obtained by the different pavement evaluation techniques, in addition to the analysis of repeatability and reproducibility of each of these techniques. Furthermore, it was studied the applicability of the results obtained by Pavement Scanner in the calculation of PCI (Pavement Condition Index), which is widely used abroad and considered an effective tool in pavement management.

A seleção do tipo de pavimento é baseada atualmente no país considerando-se os custos de implantação e manutenção e o atendimento às normas técnicas, ou seja, a escolha é feita por meio de análise técnico-econômica. Órgãos federais, estaduais e municipais não preveem avaliação quantitativa do consumo de energia e da emissão de poluentes atmosféricos, utilizando somente o fator econômico como parâmetro decisivo sobre duas ou mais alternativas de estruturas de pavimento. Construções e reconstruções de pavimentos consomem um grande volume de energia tanto para obtenção e processamentos dos materiais quanto na aplicação e execução propriamente dita dos serviços. Tendo em vista a necessidade de considerar aspectos de sustentabilidade na escolha entre diferentes tipos de solução de pavimento, buscou-se avaliar a emissão de poluentes e consumo de energia e água para a fase de implantação do pavimento. Para tal foi avaliada a utilização de diferentes programas computacionais capazes de avaliar a questão ambiental qualitativamente, como o GreenroadsTM e o GreenPave, e quantitativamente, o GaBi, DuboCalc, VTTI/UC, ECORCE-M e PaLATE. Este último foi o escolhido para elaboração deste estudo sendo utilizado em análise unitária o que permitiu a elaboração de gráfico de impressão digital ambiental. São apresentados estudos de caso em três metodologias diferentes sendo que a última delas sugere a análise de três matrizes de solução totalizando mais de 230 mil casos que levam a obtenção de três equações de previsão das emissões de CO2 em função do tráfego, condição de suporte do subleito e número estrutural. Ao final, é sugerida a inserção da parcela ambiental na análise para escolha dos pavimentos com a utilização das ferramentas propostas, ou seja, as equações de previsão de emissões de CO2 e o gráfico de impressão digital ambiental. / The pavement structure selection in Brazil nowadays is based considering the costs of construction and maintenance and the check against design standards, in other words, the choice is made by a technical-economic analysis. Brazilian Federal agencies do not provide standards for a quantitative assessment of energy consumption and atmospheric pollutants emission, using only the economic factor as a decision parameter on two or more pavement structures. Pavement construction and reconstruction of pavement structures consume a large volume of energy while obtaining, processing and applying materials during paving services. Considering the need to account aspects of sustainability in the choice between different types of pavement solution, it was sought to evaluate the emission of pollutants and energy and water consumption for the pavement construction phase. In order to do so, it was evaluated the use of different softwares capable of account the environmental question qualitatively, such as the GreenroadsTM and GreenPave, and quantitatively, such as GaBi, DuboCalc, VTTI / UC, ECORCE-M and PaLATE. PaLATE was chosen to be software used in this study being used in unitary analysis that allowed the elaboration of environmental fingerprint graph. Case studies are presented in three different methodologies. The last suggests the analysis of three solution matrices totaling more than 230 thousand cases that leads to obtaining three prediction equations of CO2 emissions as a function of traffic, subgrade support condition and structural number. At the end, it is suggested the insertion of the environmental part in the pavement choose analysis with the use of the proposed tools, the CO2 forecasting emission equations and the environmental fingerprint graph.

Apresenta-se um processo de retroanálise de pavimentos flexíveis baseado na teoria do ponto inerte para a retroanálise do subleito, readaptado para bacias de deflexões teóricas obtidas com o carregamento para o ensaio com a viga Benkelman. Além da retroanálise do subleito, foi desenvolvido um modelo matemático fatorial para a obtenção do módulo resiliente equivalente das camadas presentes sobre o subleito, consideradas como uma única, denominada camada equivalente. Para a readaptação da teoria do ponto inerte e elaboração do modelo fatorial foram utilizados bancos de dados de bacias deflectométricas teóricas geradas pelo programa ELSYM5. Avaliou-se o erro na retroanálise do subleito e da camada equivalente para o processo proposto mediante comparações com outras metodologias semelhantes de retroanálise. A teoria do ponto inerte proporciona o desenvolvimento de um algoritmo simples, convergente e de resposta única para retroanálise de subleito de pavimentos flexíveis, minimizando a influência da experiência do engenheiro na resposta do problema. O procedimento de retroanálise elaborado nesta pesquisa caracteriza-se por simplicidade, sendo de uso adequado, entre outros, para avaliações em nível de rede. / A backcalculation procedure for flexible pavements is introduced based on inertial point theory for subgrade backcalculation readapted to theoretical deflection basins obtained with the load to Benkelman beam test. Beside subgrade backcalculation, it was developed a factorial mathematical model to obtain equivalent resilient modulus from the layers presents upon subgrade, considered as unique and denominated equivalent layer. To the readaptation of inertial point theory and preparing of factorial model were used theoretical deflection bowls data base generated by ELSYM5 program. The subgrade and equivalent layer modulus backcalculation were evaluated to the proposed process through others similar backcalculation methodologies. The inertial point theory provides the development of simple algorithms, convergent and with unique solution for flexible pavements subgrade backcalculation minimizing the influence of engineer experience in the problem answer. The backcalculation procedure developed in this research is characterized by simplicity being of suitable use at network evaluation level among others.

A seleção do tipo de pavimento é baseada atualmente no país considerando-se os custos de implantação e manutenção e o atendimento às normas técnicas, ou seja, a escolha é feita por meio de análise técnico-econômica. Órgãos federais, estaduais e municipais não preveem avaliação quantitativa do consumo de energia e da emissão de poluentes atmosféricos, utilizando somente o fator econômico como parâmetro decisivo sobre duas ou mais alternativas de estruturas de pavimento. Construções e reconstruções de pavimentos consomem um grande volume de energia tanto para obtenção e processamentos dos materiais quanto na aplicação e execução propriamente dita dos serviços. Tendo em vista a necessidade de considerar aspectos de sustentabilidade na escolha entre diferentes tipos de solução de pavimento, buscou-se avaliar a emissão de poluentes e consumo de energia e água para a fase de implantação do pavimento. Para tal foi avaliada a utilização de diferentes programas computacionais capazes de avaliar a questão ambiental qualitativamente, como o GreenroadsTM e o GreenPave, e quantitativamente, o GaBi, DuboCalc, VTTI/UC, ECORCE-M e PaLATE. Este último foi o escolhido para elaboração deste estudo sendo utilizado em análise unitária o que permitiu a elaboração de gráfico de impressão digital ambiental. São apresentados estudos de caso em três metodologias diferentes sendo que a última delas sugere a análise de três matrizes de solução totalizando mais de 230 mil casos que levam a obtenção de três equações de previsão das emissões de CO2 em função do tráfego, condição de suporte do subleito e número estrutural. Ao final, é sugerida a inserção da parcela ambiental na análise para escolha dos pavimentos com a utilização das ferramentas propostas, ou seja, as equações de previsão de emissões de CO2 e o gráfico de impressão digital ambiental. / The pavement structure selection in Brazil nowadays is based considering the costs of construction and maintenance and the check against design standards, in other words, the choice is made by a technical-economic analysis. Brazilian Federal agencies do not provide standards for a quantitative assessment of energy consumption and atmospheric pollutants emission, using only the economic factor as a decision parameter on two or more pavement structures. Pavement construction and reconstruction of pavement structures consume a large volume of energy while obtaining, processing and applying materials during paving services. Considering the need to account aspects of sustainability in the choice between different types of pavement solution, it was sought to evaluate the emission of pollutants and energy and water consumption for the pavement construction phase. In order to do so, it was evaluated the use of different softwares capable of account the environmental question qualitatively, such as the GreenroadsTM and GreenPave, and quantitatively, such as GaBi, DuboCalc, VTTI / UC, ECORCE-M and PaLATE. PaLATE was chosen to be software used in this study being used in unitary analysis that allowed the elaboration of environmental fingerprint graph. Case studies are presented in three different methodologies. The last suggests the analysis of three solution matrices totaling more than 230 thousand cases that leads to obtaining three prediction equations of CO2 emissions as a function of traffic, subgrade support condition and structural number. At the end, it is suggested the insertion of the environmental part in the pavement choose analysis with the use of the proposed tools, the CO2 forecasting emission equations and the environmental fingerprint graph.

O comportamento mecânico do subleito tem influência determinante no desempenho das estruturas de pavimento. Porém, muitas vezes, os estudos realizados para elaboração de projetos são simplistas e não levam em conta as variações de comportamento mecânico que podem ocorrer, seja por fatores construtivos, seja ambientais, como umidade, durante o período de operação. Neste sentido, métodos de dimensionamento mecanicistas-empíricos de estruturas de pavimentos empregam modelos de comportamento das diversas camadas da estrutura e do subleito, sendo alvos de constantes revisões para recalibração destes modelos, de modo que se aproximem mais da realidade do comportamento em serviço. As calibrações dos modelos são necessárias para aumentar a confiabilidade do dimensionamento de modo a garantir pavimentos mais duráveis, e para otimizar custos de execução e de manutenção ao longo da vida útil das estruturas. Neste contexto o presente trabalho propõe uma metodologia para compreender as propriedades dos solos do subleito e de suas variações, estabelecendo um programa de ensaios de campo e de laboratório, cadastramento, processamento e combinação de resultados de propriedades físicas e mecânicas de solos de subleitos de pavimentos de rodovias existentes. O objetivo final é estabelecer parâmetros de deformabilidade elástica de solos do subleito e sua variabilidade para auxiliar no dimensionamento de novas estruturas de pavimentos e reabilitação das antigas. O trabalho utiliza estudos de casos de pavimentos rodoviários em operação. O primeiro caso foi base para o estabelecimento metodológico de estudo desejável do subleito de um pavimento existente, concebendo modelos de previsão de comportamento resiliente do subleito para uso em futuros projetos de restauração deste pavimento ou para novos projetos em locais com similaridade de ocorrência de solos. Empregando a metodologia estabelecida no primeiro caso, fez-se uma busca minuciosa de dados em vários documentos existentes sobre pavimentos rodoviários de concessionárias do Estado de São Paulo, concebendo-se um banco de dados para análise do subleito destes pavimentos, de modo a ampliar a gama de solos pesquisados. Com resultados de caracterização de solos em laboratório e de deflectometria em campo, além de dados de localização dos pontos estudados em mapas geológicos e pedológicos, dados de precipitação, de terraplenagem, entre outros, pôde-se analisar os dados e identificar a influência de cada elemento na variação do módulo de resiliência dos solos de fundação de pavimentos em serviço. O banco de dados de ensaios laboratoriais de solos de subleito contou com um total de 3.894 registros e de ensaios não destrutivos deflectométricos de campo com um total de 169.525 registros (dados históricos de nove rodovias estaduais diferentes). Dentre as principais conclusões, verificou-se que grande parte dos modelos de correlações existentes na literatura entre parâmetros de propriedades físicas e de resistência (como CBR) de solos com o módulo de resiliência possui aplicação muito restrita, inviabilizando sua aplicação de forma indiscriminada em locais distintos daqueles onde foram obtidas as correlações. Além disso, verificou-se que o módulo de resiliência do subleito em campo apresenta variações de grande magnitude e, portanto, é de difícil previsão, requerendo acumulação de dados históricos, bem como de um cadastro adicional de maior gama de informações. Recomenda-se que maiores quantidades de ensaios sejam realizadas e que permitam verificação, ou dupla checagem, para validação, bem como para futuramente ser possível o estabelecimento de modelos matemáticos mais confiáveis. Nos estudos, foi possível estabelecer parâmetros estatísticos que podem ser utilizados tanto em métodos de dimensionamento vigentes ou novos, como naquelas que consideram as variações do módulo de resiliência do subleito para determinação do risco de falha, ou da confiabilidade das estruturas. / Subgrade mechanical behavior has a determining influence on the performance of pavement structures. However, often, the studies carried out for project designs are simplistic and do not take into account the variations that can occur in the mechanical behavior, whether by constructive factors or environmental ones, such as the moisture content during the operation period. Thus, mechanical-empirical design methods of pavement structures employ performance models of the many layers of the structure and of the subgrade, being targets of constant revisions for adjustment of these models so that they come closer to reality in operation behavior. Model adjustments are necessary to increase design reliability to ensure more durable pavements and to optimize execution and maintenance costs during the structure life. In this context, the present work proposes a methodology to understand the subgrade soil properties and their variations, establishing a program of field and laboratory tests, registration, processing and combination of results of physical and mechanical properties of subgrade soils of existing highway pavements. The final objective is to establish parameters of the subgrade soil elastic deformability and their variability to assist in the design of new pavement structures and in the rehabilitation of old ones. This work uses case studies of road pavements in operation. The first case was the basis for the methodological establishment of a desirable study of the subgrade of an existing pavement, designing predictive models of the subgrade resilient behavior for use in future rehabilitation projects of this pavement or for new projects in places with a similar occurrence of soils. By using the methodology established in the first case, a thorough data search was carried out in several existing documents on road pavements of concessionaires in the State of São Paulo, and a database was prepared to analyze the subgrade of such pavements in order to expand the range of soils studied. With the results of soil characterization in the laboratory and by field deflections, in addition to location data of the points studied in geological and pedological maps, precipitation and earthwork data, among others, it was possible to analyze the data and identify the influences of each element on the variation of the subgrade resilient modulus of the pavements in operation. The database from laboratory tests of subgrade soils covered a total of 3,894 registers and of non-destructive deflectometric field tests - a total of 169,525 registers (historical data on nine different state highways). Among the main conclusions, it was verified that most of the correlation models existing in the literature between parameters of physical and mechanical strength properties (like the CBR) of soils with the resilient moduli have very restricted application, making it impossible to apply them indiscriminately in places other than those where the correlations were obtained. In addition, it was verified that the resilient modulus of the subbase in situ presents variations of great magnitude and, therefore, it is difficult to make predictions. Lots of historical data are required, as well as additional registers of a greater range of information. Therefore, it is recommended that a larger number of tests be performed in order to allow for checking and double-checking for validation as well as the possibility of a future establishment of more reliable mathematical models. In the studies, it was possible to establish statistical parameters that can be used both in current and in new design methods, like in those that consider variations of the subgrade resilient moduli to determine the risk of failure or of the reliability of structures.

Estimar com acurácia a vida útil de um pavimento é um dos maiores desafios que enfrentam os engenheiros rodoviários. Recentemente uma nova ferramenta tem sido utilizada para estimar de forma mais realista o desempenho de pavimentos; trata-se dos simuladores de tráfego. Neste contexto, esta dissertação apresenta um estudo do comportamento de um pavimento flexível típico da Região Sul do Brasil, submetido a ensaios acelerados com um simulador de tráfego linear móvel (semelhante ao HVS da República Sul-Africana). O pavimento encontra-se na rodovia BR-290, uma das principais vias do Rio Grande do Sul, que está desde 1997 sob concessão à iniciativa privada. De maio a outubro de 2007 duas seções testes com idêntica estrutura de pavimento, construídas em outubro de 2004, foram solicitadas pelo simulador de tráfego. A primeira seção teste, situada na faixa externa da pista, tinha sido solicitada pelo tráfego real (com elevada concentração de veículos de carga), estimando-se que, desde a construção até o início dos ensaios acelerados, recebera aproximadamente 4,0 x106 operações equivalentes do eixo padrão (eixo simples com rodas duplas com carga igual a 8,2 tf), calculadas empregando-se os fatores de equivalência de carga da AASHTO (NAASHTO). A outra seção teste, por estar situada no acostamento da rodovia, praticamente não tinha sido previamente solicitada pelo tráfego. O simulador de tráfego aplicou a essas seções testes, respectivamente, 170 mil e 255 mil ciclos de carga de um semi-eixo simples de rodas duplas de 8 tf (equivalente a carga de eixo de 16 tf). Para acompanhar o comportamento do pavimento, mediram-se, ao longo dos períodos de ensaio, deflexões e afundamentos nas trilhas de rodas. Trincas foram medidas e mapeadas, calculando-se um índice de densidade de trincamento. Dados de temperatura e precipitação pluviométrica também foram obtidos. As medidas de campo evidenciaram uma significativa aceleração na degradação do pavimento quando submetido à ação do simulador. Com os ensaios acelerados concluídos, amostras das camadas asfálticas das duas seções testes foram extraídas, determinando-se em laboratório valores de resistência à tração, módulo de resiliência (com diferentes tempos de carga) e curvas de fadiga. Desse modo, foi possível estimar a tendência de desempenho do pavimento desde a sua construção até o término de sua vida de serviço, comparando-se a ação do simulador com a do tráfego real. Na análise foram considerados os efeitos da velocidade (baixa) do carregamento imposto pelo simulador de tráfego nos módulos de deformabilidade do ligante asfáltico e da mistura asfáltica. Também foi avaliado o efeito acelerador na degradação do pavimento, decorrente das elevadas tensões geradas pela carga de eixo do simulador, muito superior às correspondentes a veículos comerciais. Assim, estimou-se que um ciclo de carga (carga de eixo de 16 tf) do simulador móvel, aplicado à velocidade de 8 km/h, corresponde à passagem de 30 a 40 eixos padrão, na velocidade do tráfego real, e que a vida de serviço do pavimento analisado é de aproximadamente 8,2 x106 eixos padrão (NAASHTO). / The accurate prediction of pavements lives is one of the most difficult challenges that Pavement Engineers face. Traffic simulators have been recently used as a new tool to improve the prediction of pavements performances: In this context, this MSc Thesis presents a study on the behavior of an asphalt pavement with structure typical of those built in Southern Brazil, submitted to accelerated testing by a mobile traffic simulator (similar to the South African HVS). The pavement is on BR-290, one of the most important highways in Rio do Grande do Sul (Brazil southernmost state); a toll-road since 1997. From May to October 2007, two test sections with identical structures, built in 2004, were loaded by the traffic simulator. The first section was in one of the outer lanes of the highway and before the beginning of accelerated tests had been trafficked by some 4 million ESALs (82 kN equivalent single axle loads). The other test section, since was on one of the highway shoulders, had practically received no traffic. The traffic simulator applied 170,000 and 255,000 repetitions of 160-kN axle load to those test sections, respectively. In order to follow pavement performance along the traffic periods, deflections and rut depths were measured. Cracks were mapped as soon as they appeared and a Cracking Density Index was computed. Air temperature and rainfall data were also stored. Field measurements displayed a remarkably acceleration in pavements distress due to the traffic simulator action. After accelerated testing ending, asphalt mixes specimens were cored and tested to tensile strength and resilient modulus. Fatigue curves were also obtained through laboratory testing. Accelerated testing, complemented by laboratory results, allowed estimating a tendency for pavement performance, from construction to the end of its service live, and comparing the action of the traffic simulator to that of real traffic. The effects of the low loading speed of the traffic simulator on the asphalt binder and asphalt mixture resilient modulus were evaluated; as well as the acceleration of pavements distress due to high stresses generated by the traffic simulator axle load, that largely exceeds those applied by commercial vehicles. Thus, it was estimated that a loading cycle (160-kN axle load) of the traffic simulator, applied at 8 km/h, would cause the same distress than 30 to 40 ESALs applied at commercial speed. It was also concluded that the service life of the analyzed pavement structure was approximately 8.2 million ESALs.