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- Predicting asphalt pavement temperature with a three-dimentional finite element methodPublication . Minhoto, Manuel; Pais, Jorge; Pereira, Paulo; Picado-Santos, LuísA Three-dimensional (3D) finite element (FE) model was developed to calculate the temperature of a pavement located in Northeast of Portugal. A case study was developed to validate the model. Input data to the model were the hourly values for solar radiation, air temperature and mean daily values of wind speed obtained from a meteorological station. The thermal response of a multilayered pavement structure was modeled with a transient thermal analysis for 4 months (December 2003 to April 2004) and the analysis was initiated with a full-depth constant initial temperature obtained from field measurements. During these 4 months, the pavement temperature was measured at a new pavement section, located in IP4 main road, near Bragança, in northern Portugal. At this location, seven thermocouples were installed in the asphalt concrete layers at seven different depths. These pavement data were used to validate this simulation model by a comparison of model calculated data with measured pavement temperatures. The 3D FE analysis proved to be a interesting tool to simulate the transient behavior of asphalt concrete pavements. The suggested simulation model can predict the pavement temperature at different levels of bituminous layers with good accuracy. É apresentado um modelo numérico, baseado no método dos elementos finitos, para determinação do estado térmico horário dum pavimento, resultante das variações horárias da temperatura do ar, radiação solar e da velocidade do vento. Apresenta-se um estudo de convergência do modelo com dados observados durante 4 meses, num pavimento flexível real, e com os resultados da simulação com diferenças finitas.
- A optimização das misturas betuminosas com betume modificado com borracha reciclada de pneus usadosPublication . Minhoto, Manuel; Pais, Jorge; Pereira, PauloO presente trabalho pretende contribuir para a investigação visando a optimização do comportamento de misturas betuminosas com betume modificado com borracha reciclada de pneus usados, constituindo um elemento resumo sobre o estado dos conhecimentos nesta matéria.Relativamente às várias variáveis envolvidas no processo de produção de misturas betuminosas com betume modificado com borracha são descritas as principais linhas de investigação que têm influência decisiva na melhoria do desempenho destas misturas.
- Influência das variações de temperatura na previsão da vida à reflexão de fendas dos reforços de pavimentosPublication . Minhoto, Manuel; Pais, Jorge; Pereira, Paulo; Picado-Santos, LuísRealizou-se um estudo sobre a influência das variações de temperatura na vida dos reforços de pavimentos. As variações de temperatura, conjugadas com o fenómeno de reflexão de fendas, considerada como principal degradação, agravam significativamente o estado de tensão no pavimento, reduzindo o tempo de serviço previsto para os reforços de pavimentos. Neste trabalho, apresenta-se o resultado duma análise, baseada no uso do método dos elementos finitos, da estimativa da vida útil de uma camada de reforço aplicada sobre um pavimento fendilhado, conjugando as acções das variações de temperatura e do tráfego. Os resultados obtidos permitem avaliar a influência das variações de temperatura na estimativa de vida útil de uma camada de reforço. Apresenta-se ainda uma comparação entre a estimativa de vida de um reforço considerando apenas a acção do tráfego e a estimativa de vida útil resultante da conjugação do tráfego com as variações térmicas.
- Recycling of Asphalt Pavements with Asphalt RubberPublication . Pais, Jorge; Pereira, Paulo; Minhoto, Manuel; Baptista, AntónioPavement recycling has been an important rehabilitation technique to deal with reclaimed materials from old pavements which are usually sent to landfills. The application of this technique contributes to: i) the accomplishment of the requirements defined by the European legislation for the amount of material sent to landfills; ii) the reduction in the use of new raw materials used to produce pavement layers. The reduction of materials to be used in pavement rehabilitation has also been possible through the use of asphalt rubber binder (i.e. asphalt modified by crumb rubber from ground tyres) in the production of asphalt mixtures. These mixtures, named asphalt rubber mixtures, have shown an excellent performance in pavement rehabilitation in terms of fatigue and reflective cracking. This behaviour is based on the physical properties of the asphalt rubber which are transferred from the rubber to the net asphalt. The use of asphalt rubber in pavement recycling produces a binder which is a blend of the reclaimed mix binder and the new asphalt rubber added to the reclaimed asphalt mix. This recycled binder presents properties mainly based on recycling rates and on the binders used in recycling. The behaviour of the recycled mixture depends on these factors. This paper presents the results of the properties evaluated for recycled mixtures derived from the type of binder presented in the reclaimed asphalt mix and recycling rate. The influence of the reclaimed asphalt mixes and recycling rate was studied to optimize the behaviour of the recycled mixtures. The mechanical performance in terms of stiffness and fatigue resistance was also evaluated for the recycling design process.
- Sistema de informação rodoviária: desenvolvimento de uma base de dados dos pavimentos rodoviários municipaisPublication . Minhoto, Manuel; Pereira, PauloA adequada gestão da manutenção da qualidade dos pavimentos de uma rede rodoviária municipal, requer disponibilidade de informação relevante e actualizada sobre a constituição desta infra-estrutura e sobre a sua evolução ao longo do tempo. No sentido de apoiar esta gestão, desenvolveu-se uma Base de Dados de Pavimentos Rodoviários Municipais, cuja estrutura e dados adoptados teve em devida conta o contexto particular dos municípios. Nesta comunicação apresentam-se a estrutura e os módulos de dados adoptados para a referida base de dados e o respectivo faseamento de implementação. São ainda abordados os aspectos fundamentais dos sistemas de gestão já desenvolvidos, propondo-se uma estrutura para um sistema de gestão da conservação de pavimentos rodoviários municipais, onde se possa integrar a referida base de dados. Analisa-se, ainda, a interligação de Base de Dados com os restantes módulos deste sistema de gestão.
- Reflective cracking behavior for traffic and temperature effectsPublication . Minhoto, Manuel; Pais, Jorge; Pereira, PauloThis paper presents a study on the influence of the effects of temperature variations, in comparison with traffic effects, on the reflective cracking overlay behavior. It is intended to contribute to the improvement of the pavement overlay design methods which consider reflective cracking as one among distress criteria. The development of this study was based on the numerical simulation of the overlay behavior, through the implementation of numerical thermal and mechanical models based on the finite element, considering the simultaneous action of traffic and temperature variations and their influence on reflective cracking.
- Desenvolvimento de modelo para consideração da temperatura no dimensionamento de reforços de pavimentosPublication . Minhoto, Manuel; Pais, Jorge; Pereira, PauloNo presente trabalho apresenta-se o estudo conducente ao desenvolvimento de um modelo para consideração da temperatura no dimensionamento de reforços de pavimentos à reflexão de fendas. O efeito da temperatura do pavimento é considerado através da definição de temperaturas médias diárias e variações de temperatura, esta última responsável pelo fenómeno da retracção e relaxação. Neste trabalho apresenta-se o resultado duma análise baseada na utilização da metodologia dos elementos finitos (3D) aplicada na previsão da vida (tempo de serviço) de um reforço de pavimento colocado sobre um pavimento fendilhado, considerando a conjugação das acções das variações de temperatura e do tráfego. Os resultados obtidos permitem avaliar a influência das variações de temperatura no tempo de serviço previsto de um reforço em função das condições térmicas. Apresenta-se neste trabalho ainda a comparação entre o tempo de serviço de um reforço considerando apenas a acção do tráfego e o tempo de serviço resultante da conjugação do tráfego com as variações térmicas. Finalmente é apresentada uma metodologia que permite a consideração das variações de temperatura no dimensionamento de reforços de pavimentos à reflexão de fendas.
- Asphalt pavement temperature predictionPublication . Minhoto, Manuel; Pais, Jorge; Pereira, PauloA 3-D finite element model (FEM) was developed to calculate the lemperature of an asphtalt rubber pavement localed in the Northeast of Portugal. The goal of the case study presented in this paper is to show the good accuracy temperature prediction tha can be obtained with this model when compared with the field pavement thermal condition obtained during a year. lnput data to the model are the hourly values for solar radiation and temperature and the mean daily value of wind speed obtained from a meteorological station. The therminal response of a multilayered pavement structure is modelled using a FEM transient thermal analysis and each analysis was initiated with the full deph constant initial temperature abtained from field measurements. For each analysed day, the pavement temperature was measured at a new pavement section, located in IP4 main road, near Bragança, in the north of Portugal. At this location, seven thermocouples were installed in the asphalt rubber and conventional mix layer, at seven different depths. These paviment data was used to validate this simulation model, by comparing model calculated data with mesured pavement temperatures. As conclusion, the 3-D finite-element analysis proved to be an interesting tool to simulate the transient behavior of the asphalt pavements. The presented simulation model can predict the pavement temperature at diferrent levels of bitumious layers with good accuracy.
- Reciclagem de pavimentos utilizando betume modificado com borrachaPublication . Pais, Jorge; Pereira, Paulo; Minhoto, ManuelNeste trabalho é apresentado um estudo de reciclagem de misturas betuminosas utilizando como novo ligante um Betume Modificado com Borracha (BMB) de pneus. A parte do projecto resumida neste trabalho apresenta os resultados da formulação da mistura betuminosa reciclada, nomeadamente as características do ligante resultante da reciclagem de mistura betuminosa e as características mecânicas da mistura betuminosa, avaliadas através do seu desempenho à fadiga. A reciclagem a quente em central de misturas betuminosas é realizada pela adição de novos materiais à mistura betuminosas fresada do pavimento. Esta adição é necessária principalmente para correcção da curva granulométrica dos agregados sendo esta correcção feita com quantidade de material novo da ordem dos 30 a 70%. A mistura betuminosa reciclada apresenta um ligante que corresponde à mistura do ligante existente com um novo ligante. No caso da reciclagem com BMB, o ligante final será a mistura do ligante envelhecido e duro existente na mistura betuminosa e do BMB a adicionar. As características do ligante final são diferentes das atribuídas ao BMB pelo que a mistura reciclada não terá um desempenho idêntico ao das misturas betuminosas com BMB, às quais se atribui um elevado desempenho à fadiga e à propagação de fendas. Deste modo, neste trabalho apresenta-se a formulação do BMB a utilizar na reciclagem e as características previsíveis do ligante final da mistura reciclada. Esta caracterização será apenas realizada pela adição do betume recuperado do material fresado com o BMB uma vez que a recuperação do betume da mistura reciclada afigura-se pouco eficiente devido à presença de borracha no betume o que faz com que este material não seja de possível extracção. Além disto, o ligante final da mistura reciclada não será uma mistura perfeita do betume do material fresado com o BMB, pelo que a caracterização a obter para o ligante final será apenas indicativa podendo não representar adequadamente o ligante final. Para a realização deste estudo foram estudadas duas misturas fresadas de pavimentos em serviço e definidos os BMBs a utilizar em cada caso de modo a permitir obter uma mistura betuminosa com características idênticas às misturas com BMB. Os BMBs a utilizar na reciclagem resultaram da adição de granulado de borracha a dois betumes, um 35/50 e outro 50/70. Para avaliação do desempenho das misturas recicladas foram realizados ensaios de fadiga a misturas com várias percentagens de ligante de modo a estudar a influência da quantidade de ligante na formulação das misturas betuminosas.
- Influence of temperature variation on the reflective cracking behaviour of asphalt overlaysPublication . Minhoto, Manuel; Pais, Jorge; Pereira, PauloThe objective of this paper is to present a study about the influence of temperature on the reflective cracking behavior through the evaluation of the overlay damage associated to the temperature variation during the year. The development of this study war based on the numerical simulation of the overlay behaviour, based on a three-dimensional finite-element analysis, considering the simultaneous loading of traffic and temperature variation and considering the most predominant type of overlay distress observed in the field: the reflective cracking. A mechanistic-based overlay design method was used to predict the reflective cracking overlay life. The occurrence of the temperature variation in the pavements leads to an increase of the reflective cracking phenomenon, due to the stress and strain states created by the temperature, which produce the premature distress of the overlay. Thus, for overlay design purposes, it is important to consider the temperature variation in the evaluation of the overlay behaviour produced by the reflective cracking. Comparisons between expected performance of asphalt rubber hot mix, produced by the wet process with 20% crumb rubber, and conventional asphalt overlays were made, taking into account the performance of these mixes.
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