In general, four factors need to be accurately and simply accounted for on the design of flexible pavements: traffic and loading, environmental conditions, materials properties and failure criteria. The inclusion of charge-while-drive technologies inside road infrastructures modifies not only the common disposal of layers, but also the overall response of the structure to thermal and mechanical loadings. In order to quantify the impact of these inclusions on the performance of flexible pavements, this study proposes both numerical and experimental methodologies to measure temperature, stress and strain evolutions within electrified roads (eRoads). By means of transient 2-D FEM thermo-viscoelastic simulations, traditional and electrified road profiles were subjected to daily temperature fluctuations and to traffic. The eRoad studied contains electrified rails embedded in the bituminous wearing course, a case of particular interest due to its direct exposure to traffic and climate. The response of the structures was analysed and compared to admissible values commonly assessed to predict distresses: the vertical compressive strain on the top of the subgrade (permanent deformation) and the horizontal tensile strain at the bottom of the bituminous layer (fatigue life). The rigid inserts were found to affect the temperature distribution inside the layers. The repeated volumetric variations of each component due to temperature fluctuations generated strain in the bituminous layer, in magnitudes that can lead to premature failure and cracking. In laboratory, a thermal test was proposed to evaluate eRoad specimens undergoing warm and cold cycles by means of Digital Image Correlation (DIC) technique. The application of the DIC technique to obtain the contraction/expansion thermal coefficients of the materials is considered accurate and reliable, although some boundary conditions of the test might need improvements to minimize external sources of deformation and background noise. The strain fields measured numerically and experimentally lead to the same conclusion: the rigid inserts generate additional strain along the interface of the charging unit and the bituminous layer solely due to daily temperature fluctuations. The thermosviscoelastic model proposed and the experimental set-up have a great potential to assess innovative pavement profiles (inductive and conductive eRoads).

Em geral, quatro fatores devem ser considerados com precisão e simplicidade em projetos de pavimentos flexíveis: tráfego e carga, condições ambientais, propriedades dos materiais e critérios de falha. A inclusão de tecnologias de carregamento dinâmico de veículos na infraestrutura rodoviária altera não apenas o perfil tradicional em camadas dos pavimentos flexíveis, mas também sua resposta estrutural às solicitações térmicas e mecânicas. Para quantificar o impacto dessas inclusões no desempenho do pavimento, este estudo propõe metodologias numéricas e experimentais para medir a evolução dos campos de temperatura, tensões e deformações em rodovias eletrificadas (eRoads). Por meio de simulações termoviscoelásticas transientes usando Método de Elementos Finitos (MEF), em 2D, perfis de rodovias tradicionais e eletrificadas foram submetidos a flutuações diárias de temperatura e ao tráfego. A eRoad estudada contém trilhos eletrificados embutidos na camada superficial betuminosa, um caso particularmente interessante devido à sua exposição direta ao tráfego e ao clima. A resposta das estruturas foi comparada com valores admissíveis comumente utilisados para prever danos: a tensão de compressão vertical no topo do solo de fundação (deformação permanente) e a tensão de tração horizontal na fibra inferior da camada betuminosa (vida de fadiga). As inserções rígidas afetaram a distribuição de temperatura dentro das camadas. As repetidas variações volumétricas de cada componente devido a flutuações de temperatura geraram deformações na camada betuminosa, de uma ordem de grandeza que pode levar a falhas prematuras e fissuras. Em laboratório, foi proposto um teste térmico para avaliar corpos de prova de eRoad submetidas a ciclos de calor e de frio usando a técnica da Correlação Digital de Imagens (DIC). A aplicação da técnica DIC para obter os coeficientes térmicos de contração/expansão dos materiais foi considerada precisa e confiável, embora algumas condições de contorno do ensaio precisem de melhorias para minimizar fontes externas de deformação e ruído. Os campos de deformação medidos numericamente e experimentalmente levaram à mesma conclusão: as inserções rígidas geram deformações adicionais ao longo da interface entre a unidade de carregamento e a camada betuminosa devido apenas às flutuações diárias de temperatura. O modelo termoviscoelástico e a configuração experimental propostos têm grande potencial para avaliar perfis de pavimentos inovadores (eRoads indutivas e condutivas).