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- Portuguese UGM characterisation using cyclic triaxial testsPublication . Luzia, Rosa; Santos, Luís Picado; Neves, José; Gardete, DinisCrushed materials with extensive granulometry – unbound granular materials (UGM) – are often used as unbound granular layers of road pavements, namely as granular sub-base and base. In spite of several studies having already been undertaken, the behaviour of these materials on pavement layers has not been sufficiently characterised, especially due to reasons connected to the heterogeneity of the rock masses from which they come. This has special importance for Portuguese pavement technology and has led to the development of two PhD theses in different schools (University of Coimbra and Technical University of Lisbon) using different approaches but both aiming at the characterisation of the aptitude of the same types of material (crushed limestone) being used as UGM. In addition, in the same terms, one of the theses has also characterised a crushed granite material. Basically, both theses included laboratory testing using cyclic triaxial tests and in situ mechanical characterisation to establish behaviour models for the crushed materials investigated. This paper describes the main results obtained from both theses and discusses the results on an integrated basis, pointing out the main indications that can be extracted from both in terms of the use of UGM on Portuguese pavement technology.
- Ensaios para deformação permanente em misturas betuminosas: comparação entre os resultados de wheel tracking e fluência dinâmicaPublication . Gardete, Dinis; Santos, Luís Picado; Pais, Jorge C.A deformação permanente em misturas betuminosas é uma degradação de pavimentos rodoviários frequente mas para a qual ainda não existe uma metodologia que possa de forma cabal prever a sua evolução, nomeadamente para as camadas betuminosas. Para avaliar a susceptibilidade destas à deformação permanente existem vários ensaios laboratoriais, como sejam, o ensaio de Wheel Tracking e o de Fluência Dinâmica. Neste trabalho faz-se a comparação dos resultados obtidos para uma mistura betuminosa comum em Portugal com os ensaios laboratoriais de Wheel Tracking e de Fluência Dinâmica realizados, respectivamente, de acordo com a prEN 12697-22 e a prEN 12697-25. Foram ensaiados provetes produzidos em laboratório e recolhidos em obra. Os resultados obtidos confirmam a aplicabilidade dos ensaios e ainda que o parâmetro velocidade de deformação pode ser utilizado na caracterização do comportamento de misturas betuminosas à deformação permanente.
- Analysing the gyratory compaction design level for a dense mixture and a stone mastic asphaltPublication . Gardete, Dinis; Santos, Luís Picado; Capitão, SilvinoThe achievement of a desired level of bituminous mixtures’ performance is an important issue to increase the durability of pavements and to reduce maintenance costs as well as its impacts. A decisive stage is the mixture design process, in particular the choice of bitumen content to be used. This parameter can affect all the major performance properties of the mixtures. In Portugal, the Marshall method is used for bituminous mixtures design. This is an empirical method which has some drawbacks in the design of non-traditional mixtures as well as some limitations to represent in-service conditions (for example the compaction of the mixtures). Many countries have been using a volumetric design method to overcome these drawbacks. The adoption of a more efficient design methodology can improve the durability of pavements, leading to important costs saving and environmental impact reduction throughout the pavement’s life cycle. However, there is a great experience with the use of the current mix design methods and the mixture’s in-service performance is thought to be generally adequate in most cases. Therefore, the compositions obtained with the current methods are regarded as a reference in the analysis of the volumetric design method. In this project a Portuguese typical dense graded bituminous mixture used in base and binder layers as well as a Stone Mastic Asphalt (SMA) mixture were formulated by the Marshall method and by the volumetric design method. The mixture’s volumetric properties were evaluated and compared with threshold values from available standards and other specifications. The results of the design processes are compared regarding the volumetric properties of the mixtures.
- Análise e modelação da contribuição das propriedades volumétricas das misturas betuminosas na sua compactabilidadePublication . Gardete, Dinis; Santos, Luís Picado; Capitão, Silvino; Luzia, RosaA utilização de misturas mais trabalháveis e compactáveis facilita a obtenção em obra dos requisitos exigidos às misturas betuminosas na fase de construção e permite um desempenho adequado destas. Neste trabalho realizou-se uma análise dos valores obtidos para índices determinados com base em curvas de compactação com o objetivo de avaliar estas propriedades. Os valores foram obtidos com base nos resultados provenientes da utilização de uma prensa de corte giratório na compactação de duas misturas, uma densa do tipo AC20, e uma de granulometria descontínua, do tipo SMA12,5. Os resultados foram modelados utilizando uma análise de regressão linear múltipla e de regressão polinomial evolutiva. Os resultados indicam que parâmetros como a porosidade, o VMA e o VFB mostram uma boa relação com os índices determinados. Este tipo de análise permite identificar quais as propriedades das misturas que podem ser controladas de modo a permitir obter misturas com trabalhabilidade adequada.
- Permanent characterization of bituminous mix: laboratorial characterization testsPublication . Gardete, Dinis; Santos, Luís Picado; Pais, Jorge C.In the last years some laboratory testing has been used to predict the permanent deformation behavior of bituminous mixtures. The tests methods used in Portugal include the Wheel Tracking test, the Cyclic Compression Test (Uniaxial and Triaxial) and the Repetitive Shear at Constant Height (RSCH) test. There are also the new European standards for those tests methods, with the exception of the RSCH which is essentially used in the USA. Some of testing conditions are not well defined. Therefore, it is important to study the reliability and accuracy of each test in the task of predicting permanent deformation behaviour. In this work these test methods were used in the evaluation of a commonly used mixture in Portugal. Results show that all tests are suitable for predicting permanent deformation behaviour. Thus simpler and cheaper tests are the more interesting to use.
- Influência da energia de compactação giratória nas propriedades volumétricas e na resistência à deformação permanente de misturas betuminosasPublication . Gardete, Dinis; Santos, Luís Picado; Capitão, SilvinoNeste trabalho procurou avaliar-se de que modo a energia de compactação utilizada na formulação volumétrica influencia as propriedades das misturas betuminosas. As misturas utilizadas foram uma mistura densa de utilização corrente em Portugal, um AC 20 base 35/50 (MB), e uma mistura do tipo Stone Mastic Asphalt (SMA), um SMA 12,5. As misturas foram formuladas pelas metodologias tradicionais, utilizando respetivamente, a metodologia Marshall para a mistura densa e analisando a porosidade em provetes Marshall compactados com 50 pancadas por face para o SMA. A formulação volumétrica das duas misturas foi realizada de acordo com as especificações gerais da metodologia SUPERPAVE. Determinou-se a percentagem ótima em betume para diversos níveis de compactação, avaliando quais se ajustam às misturas estudadas. A compactabilidade e os valores do Locking Point são igualmente introduzidos na análise. Com base nos resultados procura avaliar-se os valores para o nível de compactação, Ndesign, adequados à formulação deste tipo de misturas. Para a mistura AC20 apresentam-se os resultados dos ensaios de desempenho já realizados. O desempenho à deformação permanente foi avaliado através de ensaios de wheel-tracking. Procura-se deste modo avaliar como o nível de compactação utilizado na formulação das misturas betuminosas afecta o seu desempenho e determinar intervalos de valores adequados à formulação das misturas de modo a otmizar o seu desempenho face às condições de serviço expectáveis.
- Formulação volumétrica e desempenho de misturas betuminosas stone mastic asphaltPublication . Gardete, Dinis; Santos, Luís Picado; Capitão, SilvinoAs misturas SMA (Stone Mastic Asphalt) foram desenvolvidas na Alemanha na década de 1960. A sua resistência à deformação permanente e durabilidade levaram a que a sua utilização como camada de desgaste se difundisse primeiro na Europa e depois nos EUA, aqui na década de 1990. Estas misturas apresentam uma granulometria descontínua com a utilização de percentagens em betume elevadas quando comparadas com misturas betuminosas densas ou abertas. Por esse motivo é necessária a utilização de um aditivo para fixar o betume. Devido a estas características particulares a formulação de misturas SMA na Europa tem por base metodologias do tipo “receita”. O objectivo deste trabalho passa por procurar relacionar as características das misturas SMA e o seu desempenho de modo a se poder incluir na formulação parâmetros volumétricos. Deste modo, foram formuladas misturas SMA de acordo com a norma EN 13108-5 utilizando metodologias de formulação corrente, com a percentagem óptima de betume definida através da porosidade em provetes Marshall e utilizando a formulação volumétrica SUPERPAVE, com a percentagem óptima em betume a ser definida em provetes obtidos por compactação giratória. As misturas foram realizadas utilizando agregado granítico, betume asfáltico 35/50 e fibras celulósicas. Para as misturas determinaram-se os diferentes valores dos parâmetros volumétricos com interesse para o seu comportamento. A análise dos valores obtidos indica que a formulação volumétrica das misturas SMA, utilizando o compactador giratório, apresenta-se como uma alternativa à utilização de provetes com compactação Marshall. Os valores obtidos para um Ndesign de 50 giros foram próximos dos obtidos pela formulação tradicional.
- Formulação volumétrica de misturas betuminosas tradicionais portuguesas: análise de procedimentos implementados noutros paísesPublication . Gardete, Dinis; Santos, Luís Picado; Capitão, SilvinoA necessidade de métodos de formulação de misturas betuminosas mais eficazes, que permitissem colmatar as lacunas dos métodos empíricos, como o método de Marshall, levou à procura de novas soluções que dêem maior ênfase ao desempenho das misturas betuminosas. Como exemplo pode referir-se a adopção da metodologia SUPERPAVE nos Estados Unidos da América (EUA) ou o método de formulação utilizado em França. Na metodologia SUPERPAVE a formulação das misturas betuminosas é realizada através das suas propriedades volumétricas, determinadas em provetes produzidos num compactador giratório, não tendo como base qualquer ensaio de determinação de propriedades mecânicas das misturas. No entanto, a possibilidade de variar os parâmetros de formulação e simular de modo mais adequado a compactação que ocorre em obra, permite obter misturas com melhor desempenho quando em serviço. Para atingir esse objectivo, a definição dos parâmetros de formulação que melhor permitam simular o comportamento das misturas em serviço é fundamental, pois estes podem variar com o tipo de mistura, o tráfego previsto e as temperaturas de serviço. Este trabalho procura avaliar a adequação do método de formulação volumétrico às propriedades dos componentes e misturas correntemente utilizados em Portugal atendendo à experiência existente com o compactador giratório noutros países. Indicam-se algumas recomendações com vista a uma possível aplicação duma nova metodologia de formulação de misturas betuminosas em alternativa ao procedimento indicado na recente normalização adoptada em Portugal, que mantém o método de Marshall complementado por um estudo de sensibilidade à água e por outro de avaliação do comportamento da mistura em simulador de tráfego em laboratório.
- Comportamento mecânico de materiais britados não ligados usados nos pavimentos rodoviários portugueses: definição de modelosPublication . Luzia, Rosa; Santos, Luís Picado; Gardete, DinisOs pavimentos rodoviários em Portugal continuam a ser construídos, quase exclusivamente, recorrendo a agregados naturais, de um modo geral agregados britados tendo, assim, os materiais britados de granulometria extensa uma grande aplicação nas camadas granulares não ligadas, nomeadamente em sub-base e base granulares. O comportamento destes materiais naquele tipo de camadas não se encontra ainda suficientemente caracterizado, sobretudo por razões que se prendem com a heterogeneidade dos maciços donde são provenientes. Na tentativa de contribuir para o melhor conhecimento desse comportamento desenvolveu-se um trabalho cujo objectivo principal foi a caracterização mecânica e a elaboração de modelos típicos de comportamento para materiais britados de diferentes litologias, passíveis de serem utilizados em sub-base e base não ligadas de pavimentos rodoviários.
- Asphalt mix design: discussion on the bulk specific gravity procedure influence on the results obtained from empirical, volumetric, and performance-based methodsPublication . Gardete, Dinis; Santos, Luís Picado; Capitão, Silvino; Luzia, RosaThe purpose of this paper is to shed light on the impact of laboratory procedures for air void content determination on the design and mechanical performance of an asphalt mixture. A dense-graded AC20 and gap-graded SMA12.5 mixtures were designed using empirical and volumetric design methods. Volumetric properties are determined based on several bulk gravity procedures: dry, SSD (saturated surface dry), paraffin coated, vacuum-sealed and dimensions. Relationships between the mixtures designed with bulk specific gravity procedures and their performance made it possible to analyze the impact of these procedures on the properties and performance of the mixtures. Global performance variations were relevant, although the differences were moderate considering the common procedures (less than 10%). Impact on a determined performance property can be considerable, with variations up to 70%. For specific applications, this can have a significant effect on the overall in-service performance.