BASTOS, J. B. S. Considerações sobre a deformação permanente de pavimentos asfálticos no dimensionamento mecanístico-empírico. 2016. 200 f. Tese (Doutorado em Engenharia de Transportes)-Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2016. / Submitted by Hohana Sanders (hohanasanders@hotmail.com) on 2017-05-31T14:36:56Z No. of bitstreams: 1 2016_tese_jbsbastos.pdf: 5162587 bytes, checksum: dbdb54aa04ad5f75652957e3b6f9801f (MD5) / Approved for entry into archive by Marlene Sousa (mmarlene@ufc.br) on 2017-06-09T17:04:37Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2016_tese_jbsbastos.pdf: 5162587 bytes, checksum: dbdb54aa04ad5f75652957e3b6f9801f (MD5) / Made available in DSpace on 2017-06-09T17:04:37Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2016_tese_jbsbastos.pdf: 5162587 bytes, checksum: dbdb54aa04ad5f75652957e3b6f9801f (MD5) Previous issue date: 2017-12-19 / Rutting is a common distress in Brazilian asphalt pavements. It contributes to reduce the driving comfort and safety, and increases operational costs. The present Ph.D. dissertation ads to the new Brazilian Mechanistic-Empirical Pavement Design method under development with respect to aspects related to permanent deformation of asphalt mixtures used in surface courses. The methodologies to assess the evolution of the referred distress based on laboratory results from the Triaxial Stress Sweep (TSS) and the uniaxial repeated load tests are investigated. Field measurements over time are also considered. The rutting of 03 monitored real sections and 02 sections built for this research and submitted to the Heavy Vehicle Simulator (HVS) were monitored, with a reference section properly instrumented. In addition to field monitoring, the behavior of the respective materials was determined in the laboratory. Field and laboratory results indicated the need to adapt the TSS protocol to the conditions of Brazilian pavements. With such adaptation, rutting predictions were consistent with the field performance. It was therefore possible to calibrate the performance curves from the TSS test results, in addition to the validation of the evolution models for the investigated failure. Moreover, the Flow Number (FN) criteria used in the uniaxial repeated load test were refined as a function of traffic. In the laboratory, the investigation extended through the asphalt binders, by Multiple Stress Creep and Recovery (MSCR), and the aggregates, both with respect to particle size (gradation), through the Dominant Aggregate Size Range (DASR) model and the Bailey method, and with respect to form, by means of the Aggregate Image Measurement System 2 (AIMS 2). A strong correlation was found between the components of the asphalt mixtures [the proportion of Coarse Aggregates (CA) (Bailey) and the parameter form 2D from AIMS 2] with the FN; besides the contribution of the binder in the resistance to permanent deformation. In the field, the instrumentation and the monitoring of the test sections submitted to the HVS load applications allowed a better understanding of the in situ the behavior of a typical asphalt pavement in the state of Ceará. / A deformação permanente é um dos defeitos mais comuns em pavimentos asfálticos brasileiros, reduzindo o conforto ao rolamento, a segurança do usuário, e aumentando custos operacionais. Neste contexto, a presente tese tem como objetivo principal contribuir para o novo método brasileiro de dimensionamento de pavimentos asfálticos por meio da investigação da deformação permanente em misturas asfálticas usadas em revestimentos. Investigam-se metodologias de evolução dessa falha que consideram resultados laboratoriais obtidos pelo ensaio Triaxial Stress Sweep (TSS) e pelo ensaio uniaxial de carga repetida, levando em consideração a evolução dessa falha também em pistas monitoradas em campo. Para tanto, verificou-se o afundamento de trilha de roda de 03 trechos reais monitorados e 02 trechos construídos para esta pesquisa e submetidos ao Simulador de Grande Porte (SGP), sendo 01 trecho de referência devidamente instrumentado. Além do monitoramento em campo, foi verificado o comportamento dos materiais dos trechos em laboratório. Os resultados de campo versus laboratório indicaram a necessidade da adaptação do protocolo TSS para a realidade brasileira e com essa adaptação as previsões de Afundamento em Trilha de Roda (ATR) mostraram-se consistentes com o desempenho em campo. Além disso, os critérios de Flow Number (FN) do ensaio uniaxial de carga repetida foram refinados em função do tráfego. Assim, foi possível a calibração das curvas de desempenho para os resultados dos ensaios TSS, além da validação dos modelos de evolução desta falha na camada de revestimento asfáltico para essas metodologias. Na etapa de laboratório desta pesquisa, verificou-se também a influência do ligante, investigada por meio do ensaio Multiple Stress Creep Recovery (MSCR), e do agregado, tanto no que diz respeito a sua granulometria, por meio da metodologia da Faixa de Agregados Dominantes (FAD) e do método Bailey, como da sua forma, por meio do Aggregate Image Measurement System 2 (AIMS 2). Encontrou-se uma forte correlação entre os componentes da mistura [proporção de Agregado Graúdo do método Bailey (AG) e forma 2D dos agregados] com o FN; além da contribuição do ligante na resistência ao defeito investigado. Ainda em campo, a instrumentação e o monitoramento dos trechos construídos para esta pesquisa, submetidos às aplicações de carga do SGP, tornou possível conhecer in situ o comportamento de um pavimento asfáltico típico do Ceará.

A reciclagem profunda com adição de cimento Portland é uma técnica de recuperação estrutural e funcional de pavimentos empregada há muitos anos no país, devido a vantagens técnicas, econômicas e ambientais. Contudo, a difusão mais ampla da técnica esbarra na carência de normas e procedimentos nacionais, o que resulta na adoção de variados critérios nos projetos que incluem reciclagem com cimento, às vezes, comprometendo sua eficácia. A pesquisa relatada nesta dissertação teve por objetivo principal estabelecer as bases para a proposição de um método de dosagem para reciclagem de pavimentos com adição de cimento, considerando-se como referência o método de dosagem de materiais estabilizados com cimento da Austroads (2002). Para verificar a validade deste método para materiais de pavimentos brasileiros, desenvolveu-se um programa experimental no qual foram avaliadas propriedades mecânicas (resistência, rigidez e erodibilidade) e volumétricas (retração, absorção, expansão e ascensão capilar) de misturas constituídas por fresado asfáltico, brita graduada e cimento, variando-se a porcentagem de fresado (20% e 50%), o teor de cimento (2%, 4% e 6%), a energia de compactação (Intermediária e Modificada) e o tempo de cura dos corpos de prova (3, 7 e 14 dias). Os resultados dos ensaios mostraram que todas as variáveis analisadas afetam significativamente a resistência à compressão simples, a resistência à tração por compressão diametral e o módulo de resiliência das misturas, enquanto que a retração, a erodibilidade, a absorção, a expansão e a ascensão capilar são afetadas por algumas das variáveis independentes. Dentre outras conclusões, destaca-se que são obtidos elevados valores de resistência à compressão simples (1,61 MPa a 6,08 MPa), resistência à tração por compressão diametral (0,29 MPa a 1,00 MPa) e de módulo de resiliência (10390 MPa a 25719 MPa) com teores baixo (2%) e médio (4%) de cimento, sendo desnecessário e arriscado, pela elevada retração associada, o emprego de teor mais elevado (6%). Ainda, observou-se que o aumento da energia de compactação permite compensar a utilização de teores mais baixos de cimento no que se refere às resistências (à compressão, à tração e à erosão) e módulos obtidos. Globalmente, conclui-se que o método de dosagem de materiais estabilizados com cimento da Austroads (2002) pode ser usado como modelo para o desenvolvimento de um método de dosagem para reciclagem de pavimentos com adição de cimento, sendo necessárias pequenas complementações ou adaptações. O método de dosagem sugerido nesta Dissertação é, ao mesmo tempo, simples o suficiente para ser empregado em laboratórios de canteiros de obra e amplo o bastante para identificar as propriedades mecânicas e volumétricas que devem ser avaliadas ao elaborar-se um projeto de mistura reciclada com cimento. / Full-depth reclamation (FDR) with Portland cement is a technique used for structural and functional rehabilitation of pavements and has been used in Brazil for many years, especially because its technical, economical and environmental advantages. However, a larger diffusion of the technique has been inhibited by the lack of national standards and procedures, resulting in the adoption of different design criteria, which sometimes leads to a low efficiency of the FDR with cement. This research was carried out with the objective of setting the basis for a mix design method for FDR with cement, considering the Austroads (2002) mix design method for stabilized pavement materials as a model. In order to verify the applicability of the Austroads method to Brazilian pavement materials, an experimental program was carried out testing mechanical (strength, stiffness and durability) and volumetric (drying shrinkage, absorption, swell and capillary rise) properties of mixtures made of reclaimed asphalt pavement (RAP), graded crushed stone and cement. Specimens with different RAP contents (20% and 50%), cement contents (2%, 4% and 6%), compacted with two different efforts (Brazilian Intermediate and Modified) were cured for 3, 7 and 14 days. Test results showed that all the studied variables affect the unconfined compressive strength, indirect tensile strength and resilient modulus of the mixtures, while drying shrinkage, erodibility, absorption, swell and capillary rise are affected by some of the independent variables. Among other conclusions, it is pointed out that high values of unconfined compressive strength (1,61 MPa to 6,08 MPa), indirect tensile strength (0,29 MPa to 1,00 MPa) and resilient modulus (10390 MPa to 25719 MPa) may be achieved with low (2%) and intermediary (4%) cement contents, thus making the use of higher (6%) cement content unnecessary and unsafe, due to the higher costs and to the drying shrinkage associated. It was also observed that increases in the compaction effort may compensate the use of lower cement contents as regards to strengths and moduli obtained. Generally, can be concluded that the Austroads (2002) mix design method for stabilized pavement materials may be used as a model for the development of a mix design method for FDR with cement, being necessary only a few additions or adaptations. The suggested method is, simultaneously, simple enough to be used in field laboratories and comprehensive enough for including the mechanical and volumetric properties that must be evaluated when designing a mix for FDR with cement.

Os parâmetros obtidos nos resultados de ensaios triaxiais de módulo de resiliência em solos têm sido cada vez mais utilizados no dimensionamento de pavimentos. Estes parâmetros são fundamentais em análises estruturais e mecanísticas de pavimentos. Pelas normas atuais o ensaio pode ser realizado em diversos tamanhos de corpo-de-prova contanto que respeite a relação entre diâmetro por altura 1:2 e a relação tamanho máximo de partícula por diâmetro do corpo-de-prova 1:5. O objetivo deste trabalho é compreender como variam os resultados de módulo de resiliência quando os ensaios são realizados em diferentes tamanhos de corpode- prova. Para realizar esta pesquisa foram utilizados quatro solos distintos ensaiados em corpos-de-prova de 7,5 x 15 cm, 10 x 20 cm e 15 x 30 cm. Os solos escolhidos foram uma areia, um solo arenoso fino laterítico, um solo argiloso e um solo residual de granito (saibro). Todos os quatro solos são utilizados como materiais para pavimentação e são provenientes do estado do Rio Grande do Sul. Os materiais foram caracterizados por ensaios de granulometria, peso específico real dos grãos e limites de liquidez e plasticidade. Foram realizados ensaios de compactação nas energias normal e intermediária obtendo-se assim os parâmetros de compactação para os ensaios triaxiais. Em dois dos quatro solos da pesquisa ainda se realizou ensaios de classificação MCT. Os ensaios triaxiais foram realizados com os quatro solos, em três tamanhos e com duas energias de compactação, totalizando 24 ensaios. Após revisão bibliográfica sobre modelos matemáticos de regressão, decidiu-se interpretar os resultados pelos modelos Tensão Confinante, Tensão Desvio, Modelo Teta e Modelo Composto. Dentre os quatro modelos utilizados, o Modelo Composto obteve os melhores resultados de ajuste. Realizaram-se análises dos parâmetros obtidos nos modelos pela variação do tamanho de corpo-de-prova, onde se observou um pequeno aumento dos valores de MR quando ensaiados em corpos-de-prova maiores. Realizou-se ainda uma comparação estatística entre os resultados dos ensaios triaxiais em que a principal conclusão foi de que a areia, dentre os quatro solos estudados, é considerada o único material que não varia seus módulos conforme o ensaio é realizado em diferentes tamanhos de corpo-de-prova. / The results of resilient modulus test of soils have been increasingly used in pavement design, once they are fundamental in structural and mechanistic analysis of pavements. By the current standards/protocols, the test may be performed in various sizes of test specimens as long as it respects the relationship between diameter and height ratio 1:2 and the relationship between maximum particle size and diameter of the test specimen 1:5. The aim of this study is to understand how the results of resilient modulus vary when the tests are conducted in different sizes of test specimen. In order to conduct this research, four different types of soil were used and tested in specimens of 7.5 x 15 cm, 10 x 20 cm and 15 x 30 cm. The soils chosen were sand, fine sandy lateritic soil, clayey soil and residual soil of granite (gravel). All the four soils are used for pavement materials and are original from the state of Rio Grande do Sul, Brazil. The tests carried out for characterization of the materials include: grain size distribution, physical characterization and Atterberg limits. Proctor compaction test were performed in two different energies, thus obtaining the compression parameters for the compaction of the specimen. Additionally, in two of the four soils of the research, experiments of MCT classification were carried out. The resilient modulus tests were performed with the four soils in three sizes and in two compaction energies, totalizing 24 experiments. After reviewing the literature on regression mathematical models, it was decided to interpret the results from models of Confining Pressure, Deviation Stress, Teta Model and Composted Model. Among the four models used, the Composted Model showed the best fitting results. Analysis were performed considering coefficients obtained in the models versus the size of the specimen. A small increase in resilient modulus values was noticed for experiments performed with larger samples. A statistical comparison between the results of the resilient modulus tests was performed, and the main conclusion was that the sand is considered the only material among the four soils that do not vary its modules as the test is performed on different sizes of specimen.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil, Florianópolis, 2014 / Prêmio Vale-Capes de Ciência e Sustentabilidade / Made available in DSpace on 2015-02-05T20:30:41Z (GMT). No. of bitstreams: 1 329517.pdf: 34646731 bytes, checksum: 43d6c45a241e1b32035343ff15423ec0 (MD5) Previous issue date: 2014 / A concentração de pessoas em grandes metrópoles e o consequente revestimento do terreno natural por materiais artificiais tem levado ao aparecimento de um fenômeno denominado de Ilha de Calor Urbana, caracterizado pelo incremento das temperaturas urbanas em comparação com as áreas rurais. Uma das melhores opções para combater este fenômeno consiste em incrementar a refletância solar dos materiais utilizados nos revestimentos urbanos. No entanto na área da pavimentação esta tecnologia ainda é incipiente. O presente trabalho tem como objetivo a avaliação do uso de pigmentos de óxidos metálicos mistos (com alta refletância infravermelha) em misturas asfálticas quanto à sua capacidade de mitigar a Ilha de Calor Urbana. Adicionalmente às misturas asfálticas foram estudados outros materiais (concreto Portland e pedra petit pavê) utilizados cotidianamente na pavimentação de ruas, calçadas, estacionamentos e pátios. Ensaios em laboratório e campo foram realizados para identificar os materiais com melhor desempenho quanto à refletância solar e menor absorção de radiação solar. Os ensaios de refletância solar mostraram que as misturas asfálticas coloridas se destacaram frente às misturas asfálticas sem adições. Os ensaios de temperatura em campo mostraram que as misturas asfálticas coloridas atingem temperaturas até 3,7 °C menores do que as misturas sem pigmentos. A influência da adição de pigmentos nas características mecânicas das misturas asfálticas foi avaliada mediante ensaios de resistência à tração, módulo resiliente, Cântabro e deformação permanente. Os resultados mostraram que a adição de pigmentos permite incrementar a vida útil das misturas. Para avaliar a influência do uso de revestimentos mais refletivos em um ambiente real, foi realizada a simulação de um micro clima urbano com o software Envi-met. Os resultados mostraram que a temperatura superficial dos revestimentos diminui em até 1,5 °C quando se utilizam superfícies mais refletivas ao invés da mistura asfáltica convencional ou das superfícies envelhecidas encontradas no local. As simulações mostraram, que a diminuição de temperatura promovida pelo uso de revestimentos mais refletivos afeta a sensação térmica do espaço externo e pode afetar, também, a sensação do espaço interno das edificações próximas ao local simulado.<br> / Abstract: The concentration of people in cities and the consequent coating by artificial materials has led to the emergence of a phenomenon called Urban Heat Island, characterized by increased urban temperatures compared with rural areas. One of the best options to combat this phenomenon is to increase the solar reflectance of the materials used inurban coatings. This study evaluate the use of pigments mixed metal oxides (with high infrared reflectance) in asphalt mixtures for their ability to mitigate the Urban Heat Island. In addition to asphalt mixtures, other materials (Portland concrete and stone petit pavé) routinely used in paving streets, sidewalks, parking lots and courtyards were studied. Tests in laboratory and field experiments were conducted to identify materials with best performance for solar reflectance and lower absorption of solar radiation. The solar reflectance tests showed that the colored asphalt mixtures are better than asphalt mixtures without additions. The temperature field tests showed that the colored asphalt mixtures reach temperatures up to 3.7 ° C lower than the mixes without pigments. The influence of the addition of pigments on mechanical characteristics of asphalt mixtures was evaluated by testing the tensile strength, resilient modulus, Cantabrian and permanent deformation. The results showed that the addition of pigments allows increasing the useful life of the mixtures.To evaluate the influence of using more reflective coatings in a real environment, the simulation of an urban micro climate with the Envi-met software was performed. The results showed that the surface temperature of the coating decreases by 1.5 ° C when using more reflective surfaces rather than the conventional asphalt mixture or aged surfaces found on the place. The simulations showed that the decrease in temperature promoted by the use of more reflective coatings affects the thermal sensation from outer space and can also affect the feel of the internal space of the building next to the simulated place.

As rodovias com revestimento primário constituem a imensa maioria da extensão da malha viária do Brasil e de muitos países. Sua manutenção em um nível mínimo aceitável de serventia consome parcelas importantes de orçamentos governamentais. Contudo, na maioria das vezes, as atividades de implantação e manutenção têm escasso sucesso, porque os agentes encarregados desconhecem a tecnologia específica. Visando contribuir para práticas mais efetivas, esta tese analisa os resultados de uma pesquisa realizada com o objetivo de identificar e discutir os mecanismos de degradação de rodovias com revestimento primário, à luz das Mecânicas dos Solos e dos Pavimentos. O projeto experimental incluiu ensaios laboratoriais, bem como a construção e monitoramento de desempenho, ao longo de 30 meses, de um pavimento experimental, em projeto de assentamento da Reforma Agrária, no Rio Grande do Sul. O revestimento primário foi construído em duas camadas (a superior constituída por 7 cm de saibro e a inferior por 17 cm de argila laterítica) assentes sobre um subleito estratificado, com camada superior arenosa. As formações geológicas são constituídas por depósitos aluvionares (subleito) e por siltito (jazida de argila) e gnaisse (jazida do saibro). A compactação das camadas foi verificada por meio de ensaios clássicos e com emprego do cone de penetração dinâmica (DCP). As deflexões foram medidas no topo do subleito e sobre cada camada de revestimento, com utilização de viga Benkelman. Amostras deformadas dos materiais do revestimento primário e da camada superior do subleito foram coletadas. Em laboratório realizaram-se ensaios de caracterização, bem como da classificação MCT; foram avaliadas a resistência ao desgaste e a durabilidade da fração graúda do saibro (abrasão Los Angeles e alteração de rochas água-estufa). Realizaram-se ensaios de compactação, Índice de Suporte Califórnia, Inderbitzen (erodibilidade), cisalhamento direto e triaxiais de carga repetida, para obtenção de módulos de resiliência e avaliação do comportamento quanto à deformação permanente. Complementarmente, foram obtidas curvas de retenção de água. Com base nos resultados laboratoriais foram realizadas previsões de desempenho do pavimento experimental, fundamentadas em conceitos, prescrições e em modelos matemáticos e estatísticos encontrados na literatura e no emprego do programa HDM 4. Durante o período de monitoramento do pavimento experimental foram realizados 3 levantamentos para a obtenção da Irregularidade Longitudinal (IRI), com o emprego de um perfilômetro inercial e 4 inspeções para a avaliação da evolução dos principais defeitos típicos de pavimento com revestimento primário. Os defeitos observados foram: afundamento de trilha de roda, buracos, perda de abaulamento, perda de espessura de revestimento e sulcos de erosão; identificando-se e discutindo-se os mecanismos de degradação a eles associados. Também foram comparadas as previsões de desempenho com a evolução da serventia do pavimento experimental, constatando-se que os modelos apresentados na literatura internacional nem sempre apresentam acurácia satisfatória. Isto mostra a necessidade de se desenvolverem novos modelos e calibrar os existentes, como condição indispensável para otimizar as atividades de manutenção das rodovias com revestimento primário. / Most of Brazilian and other countries’ roads networks mainly comprise unsurfaced gravel roads. The maintenance of such roads at a minimum acceptable level of serviceability consumes large percentages of governs budgets. In spite of that, the construction and maintenance activities are scarcely well-succeeded, since the personnel involved do not know the specific technology. Aiming at contributing for more effective practices, this thesis analyses the results of a research carried out with the objective of identifying and discussing distress mechanisms of unsurfaced gravel roads, based on Soil and Pavement Mechanics. Experimental procedures included laboratory tests, as well as the construction and performance monitoring, along 30 months, of a test section, in an agrarian reform settlement, in Rio Grande do Sul state, southern Brazil. The wearing course of the unsurfaced pavement consisted of two different layers (a 7-cm-thick upper layer, made of genuine residual soil and a lower one with 17 cm of lateritic clay), built over a stratified subgrade, with a sandy upper layer. Geological formations consisted of alluvial fans (the subgrade), siltstone (the clay site) and gneiss (genuine residual soil site). Layers compaction was quantified by means of classic tests and also using the dynamic cone penetrometer (DCP). Using a Benkelman beam, surface deflections were measured on the top of the subgrade and every layer. Samples were taken from the subgrade and from both materials that constitute the wearing course, in order to perform laboratory tests of characterization and those of a Brazilian soils classification system, known as MCT (miniature, compacted, tropical). Los Angeles abrasion and rock alteration by wetting and drying tests were done on samples of the genuine residual soil coarse fraction. Every material was subjected to compaction, CBR, Inderbitzen (erodibility), direct shear and repeated loading triaxial tests (these latter to compute resilient moduli and to evaluate the permanent deformation behaviour). Besides, water-retention curves were obtained. Based on laboratory results, the performance of the experimental pavement was predicted, founded on concepts, materials prescriptions and mathematical and statistical models and using HDM 4 program. During the monitoring period three roughness (IRI) surveys were carried out, using an inertial profilometer. Four distresses surveys were carried out to evaluate the evolution of the most important distresses typical of unsurfaced gravel roads. Distresses as rutting, potholes, cross-section deformation and thickness reduction and erosion channels were observed and the associated distress mechanisms were discussed. Pavement performance predictions were compared to the measured serviceability evolution. It was found out that the models available in the literature not always yield accurate results. Because of that, developing new models and calibrating the existing ones is mandatory to optimize maintenance activities in unsurfaced gravel roads.

O patrimônio de infraestrutura rodoviária brasileira através dos tempos está sobrevivendo com investimentos com grandeza de valor bem abaixo do que muitos outros países estão alocando. A questão de quanto investir em infraestrutura de transportes depende de múltiplas variáveis como a situação política e econômica do país, a característica da frota, sua dimensão territorial, sua matriz, os tipos de pavimentos utilizados e as condições climáticas. Portanto, estimar um valor a ser empregado em manutenção rodoviária de forma recomendável, deve ser resultado dos estudos que envolvam essas variáveis, como elas interagem entre si e como esse investimento retorna para a sociedade. Diante de tantas áreas precárias, administrar recursos para a infraestrutura de transportes é um desafio a ser ainda vencido no Brasil. É engajada nesse desafio, que essa dissertação é composta por três artigos que abordam os principais assuntos: (i) avaliação da gestão da manutenção rodoviária no Brasil, quanto a sua abrangência, investimentos e as experiências internacionais; (ii) os conceitos e etapas de um SGP (Sistema de Gerência de Pavimentos) e a sua importância no planejamento das intervenções de manutenção; (iii) aplicação prática com o software Highway Development and Management (HDM-4), avaliando os resultados econômicos com as variáveis International Roughness Index (IRI) e Volume Médio Diário (VDM) do tráfego iniciais de segmentos de uma rodovia federal, utilizando como alternativas de projeto programas usuais adotados pelos gestores da rodovia. A terceirização dos serviços de manutenção pelos departamentos rodoviários exige que tenham que planejar e administrar contratos de manutenção por pouco ou longo período. A aplicação prática do HDM-4 demonstra que, o planejamento, um componente de um SGP, deve ser considerado permanentemente pelos administradores públicos ou privados. A questão de quanto investir em manutenção nesse contexto depende de como se investiu em momento antecedente, tanto com os serviços de infraestrutura como nas etapas de inventário da malha, planejamento e elaboração de projetos. O sistema HDM-4 necessita de dados de entrada, tais como: características geométricas, mecânicas, dados históricos e de tráfego dos segmentos rodoviários; que devem ser preservados pelos gestores do sistema, de maneira que permita prever o desempenho do pavimento, os custos e benefícios para um período planejado. Durante a análise dos resultados de Valor Presente Líquido (VPL) com os IRI e VDM iniciais, verificouse que as maiores diferenças se encontravam nos segmentos com mesmo intervalo de IRI inicial mas com tráfego superior. As características da frota, seus custos operacionais bem como seus coeficientes de calibração devem ser considerados nas análises com o software HDM-4, visando uma boa gestão na manutenção rodoviária. Tendo em vista o fato do tráfego influenciar nos resultados e podendo alterar o planejamento da manutenção, se percebe como é importante o controle do gestor da rodovia nas cargas efetivas que estão sendo transportadas. / The patrimony of Brazilian highway infrastructure through the ages is surviving with investments of magnitude value well below of what many other countries are allocating. The question of how much to invest in transport infrastructure depends on multiple variables such as the political and economic situation of the country, the characteristic of the fleet, its territorial dimension, its matrix, the types of used pavements and weather conditions. Therefore, to estimate a value to be used in road maintenance of a recommended way should be the result of the studies involving these variables, how they interact and how this investment returns to society. In face of so many precarious areas, managing resources for transport infrastructure is a challenge yet to be overcome in Brazil. It is engaged in this challenge, that this thesis consists of three articles that discuss the main issues: (i) assess the management of road maintenance in Brazil, as its scope, investment and international experiences; (ii) the concepts and steps of a Pavement Management System (PMS) and its importance in the planning of maintenance operations; (iii) practical application with the software Highway Development and Management (HDM-4), evaluating the economic results with the variables International Roughness Index (IRI) and Annual Average Daily Traffic (AADT) of the initial traffic segments of a federal motorway, using as alternative project usual programs adopted by the highway managers. The outsourcing of the maintenance services by road departments requires that they have to plan and manage maintenance contracts for little or long period. The practical application of the HDM-4 shows that the planning, a component of the PMS should be considered permanently by public or private administrators. The question of how much to invest in maintenance in this context depends on how you invested in previous time, both with infrastructure services as with the inventory stages of the motorway network, planning and preparation of projects. The HDM-4 system requires input data, such as geometric and mechanical characteristics, historical data and traffic of road segments that should be preserved by system managers, in order to foresee the pavement performance, costs and benefits to a planned period. During the analysis of the results of Net Present Value (NPV) with the initial IRI and AADT, it was found that the greatest differences were in the same initial IRI segments range but with higher traffic. The fleet characteristics, their operating costs and their calibration coefficients should be considered in the analysis with the HDM-4 software, aiming at a good management in road maintenance. In view of the fact that traffic influences the results and can change the maintenance planning, one can perceive that the road manager control on actual loads being transported is important.

Nas últimas décadas os pavimentos rodoviários brasileiros têm tido seu desempenho comprometido devido a uma série de fatores, entre eles incluem-se não somente o crescente aumento do volume de tráfego de veículos pesados e aumento de sua capacidade de transporte, mas principalmente a circulação com cargas acima dos limites legais estabelecidos, configurando uma situação crítica para a sua adequada durabilidade da estrutura projetada. Paralelamente aos investimentos necessários, é importante também o desenvolvimento de métodos mais racionais de dimensionamento de pavimentos contemplando as especificidades dos materiais empregados e levando em consideração as condições climáticas e, principalmente uma completa e detalhada caracterização do tráfego solicitante. Neste contexto apresentado, a pesquisa insere-se em dois importantes estudos. O acompanhamento construtivo e monitoramento sistemático de desempenho de dois trechos na rodovia BR-448/RS e a continuidade do monitoramento de outros dois na BR-290/RS, trecho em concessão entre Osório e Porto Alegre (Freeway). Estas atividades inserem-se no “Projeto Integrado da Rede Temática de Tecnologia em Asfalto Petrobras/ANP", de abrangência nacional, para desenvolvimento de um novo método brasileiro de dimensionamento de pavimentos O segundo estudo trata-se de um completo monitoramento de cargas na Freeway, através da instalação e operacionalização inédita de um equipamento de pesagem dinâmica de alta velocidade (Hight Speed Weigh-in-Motion – HS-WIM) para determinação do espectro de cargas e posterior análise de sua influência no desempenho de pavimentos. Com ambos os estudos foi possível, além de determinar o espectro de cargas, os carregamentos médios e os níveis de sobrecargas praticados naquela rodovia, verificar como estas cargas influenciam o desempenho do pavimento e confrontar estes dados com as tendências observadas através do monitoramento sistemático dos trechos analisados. Por meio do desenvolvimento do presente trabalho pretende-se contribuir para melhorias na engenharia rodoviária e de tráfego através da inserção de novas tecnologias de monitoramento e fiscalização das cargas transportadas e contribuir com o desenvolvimento de um novo método de dimensionamento de pavimentos flexíveis proposto pela Rede Temática de Asfalto, através do levantamento de dados nos trechos experimentais para desenvolvimento de modelos de desempenho e sua posterior inserção nos modelos de calibração. / In recent decades the Brazilian road pavements have had their performance reduced due to a number of factors, not only the increasing volume of heavy vehicles and increased transport capacity, but mainly the flow with loads above the established legal limits, setting a critical situation for the durability of the designed structure. Alongside the necessary investment, it is also important to the development of more rational methods of pavement design, considering the specificities of the materials used and taking into account the climatic conditions and a complete and detailed characterization of the traffic. In this context, the research was developed to attain two main objectives: the construction monitoring and systematic assessment of performance of two test sections built in BR-448/RS highway and the continuity of assesment of two others previously built in BR-290/RS, between Osório and Porto Alegre (known as Freeway). These activities are part of the "Integrated Project Theme Technology Network Petrobras Asphalt/ANP", a nationwide project aimed at developing a new Brazilian method for pavement design The second objective was to conduct a comprehensive monitoring loads study on the Freeway, by installing and carrying on an unprecedented operation of a dynamic weighting equipment of high speed (High speed weigh-in-Motion - HS-WIM) to determine the loads spectrum and subsequent analysis of the influence on pavement performance. Both studies made possible to determine the loads spectrum, average loads and levels of overloads practiced on that highway, to estimate how these loads affect the pavement performance and to compare these data with the trends observed through the systematic assessment of the analyzed sections. This work aims to contribute to improvements in road and traffic engineering, by introducing new monitoring technologies, monitoring the transported cargo and contributing to the development of a new design method of flexible pavements, a major goal of the Thematic Network of Asphalt, to be achieved through experimental data collection in test sections, the development of performance models and their subsequent insertion in the calibration models.

A deformação permanente é uma das principais patologias do revestimento asfáltico. Caracterizada pelo afundamento longitudinal do pavimento asfáltico, quando submetido ao carregamento de tensões elevadas. Conhecer o comportamento mecânico quanto à deformação permanente das misturas asfálticas é de grande relevância na busca da escolha correta da mistura a ser empregada no dimensionamento de um pavimento. O ensaio laboratorial que vem ganhando força no Brasil para avaliação do potencial de deformação plástica de misturas asfálticas é o ensaio uniaxial de carga repetida parametrizado pelo Flow Number (FN). Neste sentido, a presente pesquisa buscou analisar o comportamento à deformação permanente, através do ensaio uniaxial de carga repetida, de dez misturas asfálticas. Os materiais utilizados na pesquisa foram: agregados pétreos de origem basáltica e quatro diferentes ligantes asfálticos, a saber: concreto asfáltico denso - AMP 6085-E; concreto asfáltico denso – CAP TLA 30/45; concreto asfáltico gap-graded – AB-8 (com a incorporação de cal calcítica e cal dolomítica) e concreto asfáltico denso – CAP 30/45. As demais cincos misturas estudadas foram as mesmas, porém com a incorporação de um agente surfactante para redução das temperaturas de usinagem e compactação (misturas mornas). Os resultados mostraram que a mistura morna moldada com AMP 60/85 – E teve desempenho superior as demais misturas. O restante das misturas mornas apresentaram desempenho inferior ao das suas respectivas misturas quentes. Entre as misturas moldadas com AB-8 percebeu-se que a mistura (quente e morna) dosada com cal calcítica teve comportamento superior ao da mistura (quente e morna) com cal dolomítica, fator explicado pela quantidade superior de dióxido de cálcio disponível na cal. Quanto ao parâmetro FN, foi possível verificar que este parâmetro é mais sensível a taxa de deformação na zona secundária do que a magnitude de deformação sofrida pela mistura. Para um valor de FN igual a 300 (pistas de tráfego médio) reprovaria 6 das 10 misturas estudadas, sendo que as misturas com asfalto polímero e a mistura tipo gap-graded com AB-8 e cal calcítica foram as misturas de desempenho superior. / Rutting is one of the major distress types in asphalt pavements. It is characterized by the longitudinal permanent deformation and flow around the wheel path that occurs at the surface of an asphalt concrete pavement when subjected to high stresses. Understanding the mechanical behavior of permanent deformation development on asphalt mixtures is important to an appropriate choice of the mixture to be used in the pavement structure design. The uniaxial repeated load test, via the Flow Number (FN) parameter, has gained strength in Brazil to evaluate the plastic deformation development potential of asphalt mixtures. Hence, the present research attempted to analyze the permanent deformation behavior of ten asphalt mixes by means of the uniaxial repeated load test. The materials used in the research were basaltic stone aggregates and four different asphalt binders to fabricate the following mixes: Dense asphalt concrete with PMB 60/85-E; dense asphalt concrete with AC 30/45pen+TLA; gap-graded asphalt concrete with AR8 (calcitic lime and dolomitic lime added), and dense asphalt concrete with AC 30/45pen. The other five mixtures were the same, but with the incorporation of a surfactant additive to reduce mixing and compaction temperatures (warm mixtures). The results showed that the warm mix with PMB 60/85-E had a superior performance to the other mixtures. The other warm mixes studied displayed lower performance than their respective HMA. Among the mixtures with AR8, it was observed that both mixes (hot and warm) with added calcitic lime had superior behavior to both hot and warm mixes with dolomitic lime; arguably, an aspect explained by the higher quantity of available calcium dioxide available in the former lime. As for the parameter FN it was possible to verify that this parameter is more sensitive the rate of deformation in the secondary zone than the magnitude of the deformation suffered by the mixture. For a FN reference of minimum 300 cycles (medium traffic), 6 of the 10 mixtures studied would fail, being the mixtures with polymer modified binder and the gap-graded mixture with AR-8 and added calcitic lime the superior performance mixtures.

A prática tem mostrado que pavimentos asfálticos dimensionados através do método vigente no País, baseado no CBR, não atendem às solicitações geradas pelo tráfego e o clima. Para superar o desafio de desenvolver-se um método empírico-mecanístico, no ano de 2009, com apoio da PETROBRAS, foi implantado o Projeto Rede Temática de Asfalto. O Projeto visa conhecer melhor os materiais empregados e o desempenho de pavimentos em diversas regiões do Brasil. Para tal, está sendo criado um banco de dados com abrangência nacional para, posteriormente, desenvolver um Sistema de Dimensionamento de Pavimentos Asfálticos. Neste contexto, a pesquisa relatada nesta Tese teve como objetivo acompanhar a execução e monitorar o desempenho de pavimentos na rodovia BR-290/RS. Ao longo de três anos, acompanhou-se a evolução da capacidade estrutural e da condição funcional de dois pavimentos constituídos por revestimento em concreto asfáltico polimerizado, base e sub-base granulares e reforço do subleito em areia ou pedra. Previamente, todos os materiais foram caracterizados em laboratório, com ênfase nos ensaios de fadiga na mistura asfáltica do revestimento, visando obter, no futuro, fatores laboratório-campo para estimativa da vida de fadiga dos pavimentos. A execução dos pavimentos foi acompanhada in situ, com um controle de qualidade muito completo. Com periodicidade, foram realizados levantamentos de deflexões, de deformações permanentes, de defeitos superficiais e de textura. O volume de tráfego também foi periodicamente avaliado, resultando em um tráfego da ordem de 2,5x106 (NAASHTO) por ano. Os pavimentos vêm apresentando desempenho superior ao previsto por modelos, pois se estimava inicialmente que a vida de fadiga do pavimento seria inferior a dois anos, mas após três anos de tráfego, o trecho monitorado I apenas apresentou trincamento com grau de severidade baixo. Já em termos de deformações permanentes, ao final do segundo ano de tráfego a trilha de roda externa apresentava afundamento médio de 5 mm, considerado elevado para o tempo de uso. Ficou evidenciado que a irregularidade é muito mais afetada pela qualidade da construção do que pelo tráfego atuante. No global, foi comprovada a importância de se sistematizarem os monitoramentos com base nos manuais desenvolvidos no Projeto Rede Temática de Asfalto. Essa sistematização resultará em um futuro próximo na primeira versão do Sistema de Dimensionamento de Pavimentos Asfálticos. / Practice has proved that asphalt pavements designed according the Brazilian method, based in CBR curves, rarely stand stresses due to trucks traffic and the climate. With the purpose of facing the challenge of developing a mechanistic-empirical pavement design method, in 2009, the Asphalt Thematic Network Program was launched, counting on PETROBRAS support. The Program aims at better comprehending paving materials behavior and asphalt pavements performance under loading, considering the diverse regional climate conditions in Brazil. Thus, a national data base is being created, which will latter allow the development of a system for designing asphalt pavements. In this context, the research related in this Thesis had the objective of following the construction and monitoring the performance of asphalt pavements on Highway BR-290, in Rio Grande do Sul state. During three years, the evolutions of the bearing capacity and functional condition of asphalt pavements, with modified binders wearing courses, granular bases and sub-bases layers and subgrade reinforcements made of sand or rocks, were monitored. Previously, paving materials had been characterized by means of laboratory tests. Emphasis was given to fatigue tests on asphalt concrete specimens since shift factors will be needed to estimate the accumulated traffic volume that the pavements will stand until severe bottom-up cracking occurs. Pavements construction was carefully followed in order to fully know construction quality. Every 6 or 12 months, surveys were carried out to measure pavement deflections, permanent deformation (rutting and roughness) and texture and to identify surface distresses. It was evaluated that a yearly traffic volume of 2.5 millions of equivalent single axle load. Pavements performance has exceeded models predictions. It was expected that after two years of traffic the pavements would be severely cracked; however, just after three years of traffic only a few isolated fatigue cracks appeared on the surface of one section. Regarding permanent deformation, in the outer wheel path rut depth averaged 5 mm, a rather high value. It was shown that roughness is highly affected by construction quality, traffic having less effect. All in all, it was proved the importance of monitoring standardizing, based on manuals developed as a part of Asphalt Thematic Network Program. That standardization will produce, in a near future, the first version of a new Brazilian Mechanistic-Empirical Asphalt Pavements Design Method.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil. / Made available in DSpace on 2013-06-25T21:21:25Z (GMT). No. of bitstreams: 1 309865.pdf: 6232386 bytes, checksum: 55cfc2cf0d2bf8b8f0de58602d673212 (MD5) / Um Sistema de Gerência de Pavimentos pode ser definido como sendo um sistema atividades interconectadas que envolve a identificação e a seleção de estratégias, com a finalidade de manter o nível de serviço dos pavimentos pertencentes a uma rede rodoviária. Este sistema está embasado em princípios de engenharia econômica para maximizar o retorno dos investimentos efetuados em uma rede rodoviária através de uma análise de benefício-custo. Este trabalho tem o objetivo de realizar um estudo experimental para a introdução de um Sistema de Gerência de Pavimentos para a rede rodoviária da Província de Maputo em Moçambique, levando em conta a nova abordagem estratégica desenvolvida pelo Governo Moçambicano para o setor Rodoviário. O estudo consistiu no uso da abordagem tradicional de análise para previsão e desempenho de pavimentos e sua incorporação no Sistema de Gerência RoadSoft-GIS. O RoadSoft-GIS é um sistema único, de baixo custo de gerenciamento de pavimentos, que foi idealizado para ser usado em agências com baixo volume de tráfego e em redes rodoviárias pequenas, como a rede rodoviária Moçambicana. A pesquisa foi realizada na rede rodoviária pertencente à Província de Maputo, que concentra cerca de 55% do tráfego total do País e para onde a maioria dos investimentos são destinados. Para isso, foram coletados dados estruturais e funcionais, por mais de 10 anos (1995-2008), e inseridos em modelos de previsão de desempenho, para entender o estado atual da rede e também projetar seu desempenho futuro. Através de análises estatísticas, foram estabelecidas correlações entre parâmetros para entrada no RoadSoft-GIS, demonstrando a sua adaptabilidade e, consequentemente, seu uso apropriado na análise da rede rodoviária de Maputo. Uma vez incorporados os dados no RoadSoft-GIS, foi utilizada a rodovia com maior volume de tráfego para avaliação do seu estado atual ao longo dos próximos 20 anos, baseando-se na atual política para o setor rodoviário do Governo Moçambicano. Esta avaliação foi realizada através de um processo de otimização e seleção da melhor estratégia para os trabalhos a serem realizados na rodovia. O processo de coleta, armazenamento, análise e correlacionamento para incorporação no RoadSoft-GIS demonstrou a adequação do sistema para a rede rodoviária de Maputo, o que abre as portas para um futuro uso do mesmo por parte dos agentes do setor rodoviário Moçambicano, apesar de alguns ajustes serem necessários nos modelos de previsão de desempenho do sistema, assim como a expansão para o uso de outros tipos de pavimento. / A Pavement Management System involves the identification of the optimum strategies at various management levels, and maintaining a pavement at an adequate level of serviceability, based on sound economic and civil engineering standards, aiming to maximize the return of investment on a specific road or road network environment, justifying the cost-benefit of such strategies. The present study aimed to do an experimental research in order to adequate a Pavement Management System to the Mozambican Road Network, taking in to consideration the new Strategic Approach on Roads being developed by the Mozambican government. The intention was to use traditional pavement performance analysis and incorporate all the information into the RoadSoft-GIS system, which is a very unique low-cost survey pavement management system that was specially idealized to be used in to a low traffic and low income agencies. The main focus was Maputo province road network which accrues almost 55% of the country traffic volume and were the most of the govern investments are. There was collected road data from ten years in order to evaluate the condition of the network. 1995 These evaluations were done based on structural, functional and subjective analysis with the input granted by the different data collected. Pavement prediction models were then tested in order to understand the present stage of deterioration of the pavement, and thereafter linear correlation and statistical analysis were conducted in order to understand and incorporate these predictions into the RoadSoft GIS system, which they have shown to be quite conservative but valuable to the actual Maputo Road Network condition. Finally based on the actual expenditure budget for roads awarded by the government several simulations were done in order to the adequateness of the RoadSoft-GIS to the Maputo Road Network needs with regards of the best approach to the various works to be undertaken in order to reduce the number of failing pavement due to lack of maintenance approach by the Govern. By collecting the data, store and analyze, it has shown a possible future way to see as model, as well, the suitability of the RoadSoft-GIS, as prominent pavement management system, but further research should subsequently be done in order to refine its logistics models to adequate to other pavement types.