Abstract The main causes of poor performance of cement-treated crushed stones (CTCS) pavement layers are material-related heterogeneity, porosity, and brittle cementitious matrix, leading to fast fatigue degradation. Seeking to improve CTCS mechanical properties and structural response it was studied different grading curves such as DER-SP, EN 14227-1 CBGM 2 and RCC-ACI were studied. The aim of the laboratory study was to rank and select among the classical particle size distribution models like Talbot & Richart, and analytical models as compressible packing model – CPM, the best grading curve which was capable of producing mixtures with the best aggregate interlocking and improved mechanical resistances. The effect of cement content (4% and 5%) as well as the potential of using silica fume in suspension (percentages of 5, 7 and 10% of cement mass) to improve the interfacial transition zone were evaluated. It was found that CPM is a powerful tool for aggregates ranking aggregates and designing well-graded mixtures like CTCS; the CBGM 2 EN 14227-1 mean curve achieved the best packing density. The effect of increasing the cement content from 4 to 5% in terms of mechanical strength has the same result as the addition of 7% of silica fume in mixtures with 4% cement. Eventually, mixtures with 5% cement and 10% silica fume showed modulus of elasticity similar to traditional CTCS; nonetheless, the HP-CTCS (high performance CTCS) split tensile strength was significantly higher (about 28%), leading to a lower Et,sp/fct,sp relationship, which is a highly positive outcome to improve mechanical durability of this innovative dry compacted concrete.

Resumo As principais causas do desempenho insatisfatório de bases de brita graduada tratada com cimento (BGTC) está relacionada à sua matriz cimentícia heterogênea, porosa e frágil que favorece o processo de degradação por fadiga. Assim, buscando melhorar as propriedades mecânicas e resposta estrutural da BGTC, o presente estudo avaliou diferentes faixas granulométricas (DER-SP, CBGM 2 EN 14227-1 e CCR-ACI) através de modelos clássicos de distribuição de partículas como Talbot & Richart e modelo analítico do empacotamento compressível (compressible packing model – CPM) para classificar e selecionar curvas granulométricas capazes de potencializar o empacotamento das partículas e melhorar a resistência mecânica da mistura. O efeito do teor de cimento (4 e 5%) foi avaliado, bem como o potencial de se utilizar sílica ativa em suspensão (em porcentagens de 5, 7 e 10% da massa de cimento) para modificar a zona de transição interfacial. Verificou-se que o CPM é uma poderosa ferramenta para a seleção e projeto de misturas bem graduadas; a curva média para a faixa CBGM 2 da norma Europeia EN 14227-1 apresentou a maior densidade de empacotamento. O efeito do aumento do teor de cimento de 4% para 5%, em termos de resistência mecânica, poderia ser compensado pela adição de 7% de sílica ativa à mistura com 4% de cimento. Por fim, misturas com 5% de cimento e 10% de sílica ativa apresentaram valores de módulo de elasticidade muito similares àqueles tradicionalmente obtidos para BGTC; contudo, a resistência à tração indireta da BGTCAD foi significativamente maior (em torno de 28%), levando à uma relação modular (Et,sp/fct,sp) menor, o que é promissor em termos durabilidade mecânica para esse tipo de concreto seco.

Abstract From the late 1960’s airport engineers developed special paving material for arresting aircraft gears in event of overrun as a partial extension of a runway end safety area. Such pavement surface material, inverting a general concept, should be crushed over the first pass of gear wheels resulting the aircraft to sink and being promptly arrested resulting in abrupt loss of velocity, preferability avoiding loss of lives and injuries as well as with minimum risks for the airplane structural integrity. Herein is analyzed and discussed the possible application of pervious concrete for such a task by simulating an actual situation (Congonhas airport) and understanding the structural effects on the crushable concrete surface layer, pointing out stresses, deflections and required strengths for the material. Simulations regarded the critical aircraft A 320-200 as well as fire-fighters cars over the pavements. Analysis complied to Federal Aviation Administration requirements for non-standard pavement structures as well simulation of stresses trough the finite element method for medium-thickened plates. Compressive stresses along with flexural excessive stresses, besides predictable punching shear stresses allowed to conclude by the feasibility of using low strength pervious concrete as alternative for engineered material to be built as arresting system.

Resumo Em finais da década de 1960 engenheiros aeroportuários desenvolveram materiais de pavimentação especiais para reter trens de pouso de aeronaves em caso de avanço sobre a extensão final da área de segurança da pista. Tal material da superfície do pavimento, invertendo um conceito geral, deve ser esmagado na primeira passagem das rodas resultando no afundamento da aeronave que é prontamente retida, resultando em perda brusca de velocidade, de preferência evitando perdas de vidas e ferimentos, bem como riscos mínimos para a integridade estrutural do avião. Nesse estudo é analisada e discutida a possível aplicação do concreto permeável para tal tarefa, simulando uma situação real (aeroporto de Congonhas) e compreendendo os efeitos estruturais na camada superficial do concreto permeável, indicando tensões, deflexões e resistências requeridas para o material. As simulações consideraram a aeronave crítica A 320-200 bem como veículos de combate a incêndios sobre o pavimento. A análise atendeu aos requisitos da Federal Aviation Administration para estruturas de pavimento não padronizadas, bem como a simulação de tensões pelo método dos elementos finitos para placas medianamente espessas. Tensões de compressão juntamente com tensões excessivas de tração na flexão, além das tensões de cisalhantes (punção) previsíveis, permitiram concluir pela viabilidade do uso de concreto permeável de baixa resistência como alternativa para material de engenharia a ser construído como sistema de retenção de aeronaves.

Resumo Testes laboratoriais com concreto permeável incluíram medidas de porosidade e condutividade hidráulica, bem como parâmetros mecânicos - resistência à tração, tração indireta e flexão - além de avaliar seus módulos de elasticidade estático e dinâmico. Posteriormente uma área permeável na calçada de 1,0 x 8,65 metros quadrados foi construída para determinar a variação da taxa de infiltração ao longo do tempo; nesse experimento mediram-se deflexões de impacto na calçada, tendo sido avaliados os módulos retroanalisados da camada de concreto permeável, resultando 33% a 13% abaixo dos concretos convencionais. Uma análise mecanicista permitiu estimativa da espessura para o concreto em áreas de tráfego pesado e leve. Os testes apontaram não haver diferenças significativas entre as misturas estudadas, tendo porosidade de 25% permeabilidade de 0,1 cm/s. A taxa de infiltração inicial na calçada de 0.5 cm/s caiu 50% após quatro meses. Verificou-se que são requeridas maiores espessuras de concreto permeáveis que de concretos convencionais para sua aplicação para veículos comerciais.

Abstract Loratorial tests with pervious concrete comprised porosity and hydraulic conductivity as well as mechanical parameters as compressive, indirect tensile and bending strengths besides assessing its static and dynamic elasticity moduli. Later, a pervious sidewalk area of 1.0 x 8.65 square meters was built in order to determine the variation of the infiltration rate along time; over such experimental sidewalk, impact deflection tests performed allowed to assess back calculated moduli of the pervious concrete layer, resulting 33% to 13% lower than conventional concretes. A mechanistic analysis allowed to estimate the required thickness of concrete for heavy- and light-traffic areas. Tests disclosed no significant difference among the different concrete mixes, with 25% porosity and 0,1 cm/s permeability. Initial sidewalk infiltration rate of 0.5 cm/s dropped 50% four months after construction. It was verified that pervious concrete thicknesses for trucks and buses use are far higher than conventional concrete pavements.

RESUMO: Estudos de fratura sobre dois concretos de alto desempenho para pavimentação foram realizados empregando-se o wedge-split test. Com base nos ensaios foi possível observar que a energia de fratura específica era semelhante para ambos os concretos estudados. Na realidade, apenas a medida de taxa de abertura de fissuras durante os ensaios, bem como a determinação do comprimento característico e o número de fragilidade dos materiais permitiu a sua diferenciação com clareza, apontando a relevante fragilidade de um concreto em relação ao outro. Estudos anteriores de fadiga para ambos os concretos são revisitados, permitindo concluir pela necessidade da caracterização da fragilidade de concretos como meio paramétrico de seleção de dosagens, bem como para o correto entendimento de sua microestrutura que resulta em seu comportamento à fadiga.

ABSTRACT: Fracture tests on two high-performance concrete for pavements were performed using the wedge-split test. The results allowed perceiving the same specific fracture energy for both concrete. However, the crack opening during the tests as well as the characteristic length of the materials resulted in roundly distinct behaviors in terms of brittleness. Previous fatigue studies for both concretes are then fairly readdressed pointing out the unavoidable needs for studying the concrete brittleness as a parametric way for selecting suitable concrete proportions and materials as well as to reach its microstructural behavior in order to acquire an appropriate judgment about its fatigue performance.

Resumo As juntas em pavimentos de concreto são construídas com o objetivo de permitir a expansão e contração do concreto quando de alterações nas condições climáticas, impedindo a ocorrência de fissuras de retração de secagem aleatórias. Contudo, como as juntas serradas causam descontinuidades nos pavimentos, gerando o formato típico das placas, as barras de transferência de carga são introduzidas para evitar que a capacidade de transferência de carga do pavimento de concreto seja reduzida. Quando do posicionamento dessas barras em pista e mesmo durante a concretagem do pavimento podem ocorrer desalinhamentos, que por sua vez podem afetar o desempenho estrutural e funcional do sistema mesmo de maneira precoce. Assim, a investigação dos efeitos de desconformidades no posicionamento dessas barras nas tensões de serviço em pavimentos de concreto simples, por meio de modelagem numérica, torna-se ponto de partida para a melhoria das especificações e restrições normativas sobre o assunto. Nesse estudo foram realizadas simulações numéricas por meio do Método dos Elementos Finitos, com o programa EverFE 2.25 (em 3D) de estrutura típica de pavimento de concreto simples em corredor de ônibus quando foram então avaliados os tipos e magnitudes de desalinhamentos (rotações verticais e horizontais), tipos de base (cimentada e asfáltica) de apoio das placas, condições de aderência entre placas e base, bem como ocorrência ou não de gradientes de temperatura entre topo e fundo da placa. Os resultados evidenciaram a significativa contribuição da aderência entre a placa de concreto e a base para a redução das tensões de tração na flexão no concreto, mesmo quando as barras se encontrassem severamente desalinhadas e as placas sujeitas a diferenciais térmicos elevados.

Abstract Joints in concrete pavements are built to allow slab volumetric variations avoiding random cracks. Moreover, as they are discontinuities, the use of dowel bars prevents loss of load transfer across joints. During bars installation or even concrete casting, misalignments and misallocations of those devices may occur, affecting the concrete pavement structural performance. This study explores the effects of such non-conformities in the positioning of dowel bars through numerical modeling, using the 3D finite element program EverFE2.25. For, numerical simulations, bending stresses in concrete slabs of a typical bus corridor were ascertained, varying misalignments types and magnitudes (vertical tilt and horizontal skew), base type (cemented and asphalt), slab/base interface bond conditions and concrete thermal differential. Results disclosed the contribution of using bonded base in reducing stresses, even when the dowels were severely misaligned while slabs were subjected to high thermal differentials.

RESUMO: Um software de formação de imagem de ultrassom baseado na Synthetic Aperture Focusing Technique foi desenvolvido e validado neste trabalho. O desenvolvimento do software foi discutido em detalhes. Para validação, Pavimentos de Concreto Simples foram imageados com o software avaliado e um software que resulta em imagens consideradas referência. A qualidade das imagens avaliadas e referências foram analisadas e comparadas. As backwalls e a barras metálicas eram reconhecíveis nas imagens avaliadas e referências. As estimativas de espessura obtidas com os dois softwares eram iguais. As características dos objetos e artefatos nas imagens foram explicadas em termos dos fundamentos da tecnologia e das características de suas implementações. O software avaliado resultou, portanto, em imagens de qualidade similar àquelas do software referência para fins práticos. O software desenvolvido aqui foi, logo, validado e poderá ser utilizado para pesquisa sobre avaliação estrutural não-destrutiva de pavimentos de concreto e para teste e desenvolvimento de técnicas de processamento de sinais e imagens para melhorar o desempenho da tecnologia.

ABSTRACT: A Synthetic Aperture Focusing Technique-based ultrasound imaging software was developed and validated in this work. The software development process was discussed in detail. For validation, Jointed Plain Concrete Pavements were imaged with the evaluated software and a software assumed to yield standard images. The quality of the standard and evaluated images were analyzed and compared. The backwalls and dowels were recognizable in the standard and evaluated images. The thickness estimates obtained with each software was the same. The characteristics of objects and artifacts were explained in terms of the technology’s fundamentals and its implementations’ characteristics. The evaluated software resulted, therefore, in images of similar quality to the standard software’s images from a practical standpoint. The herein developed software was then validated for research on nondestructive evaluation of concrete pavements and can be used for testing and development of performance-improving signal and image processing techniques.