EFEITOS DE CONDIÇÕES CLIMÁTICAS NÃO ESTACIONÁRIAS NA INFRAESTRUTURA DE PAVIMENTOS FLEXÍVEIS

EFFECTS OF NON-STATIONARY CLIMATIC CONDITIONS ON FLEXIBLE PAVEMENT INFRASTRUCTURE

Autores

  • Susan MAyumi Koch Palu UFRGS - UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO SUL
  • Mônica Regina Garcez UFRGS - UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO SUL
  • Lélio Antônio Teixeira Brito UFRGS - UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO SUL

DOI:

https://doi.org/10.29183/2447-3073.MIX2025.v11.n1.45-67

Palavras-chave:

Infraestrutura rodoviária, Mudanças climáticas, estratégias de adaptação, Resiliência, avaliação da sustentabilidade do ciclo de vida

Resumo

As redes rodoviárias são ligações vitais para o transporte de pessoas e cargas, influenciando o meio ambiente e o desenvolvimento socioeconômico em todo o mundo. Com orçamentos restritos, o gerenciamento sustentável de grandes inventários de estradas para garantir a capacidade de manutenção, a segurança e a durabilidade adequadas tem sido um grande desafio para as autoridades de infraestrutura. A mudança climática não pode ser subestimada, pois pode exigir práticas inovadoras, estratégias de gerenciamento e orçamento. Este documento discute os impactos, a resiliência e a sustentabilidade da infraestrutura de pavimentos flexíveis sob condições climáticas não estacionárias, abordando as seguintes questões principais: i) Os efeitos do tempo e do clima no desempenho estrutural do pavimento; ii) As mudanças mais relevantes no tempo e no clima que afetam a infraestrutura de transporte rodoviário; iii) Projeções de mudanças no tempo e no clima relevantes para a infraestrutura de transporte rodoviário; iv) Impactos potenciais das mudanças climáticas na infraestrutura de pavimento ao longo dos anos futuros; v) Estratégias para adaptar a infraestrutura de pavimento flexível em resposta a um clima em mudança; e vi) O papel da avaliação da sustentabilidade do ciclo de vida da infraestrutura de pavimento flexível para identificar e gerenciar impactos.

Biografia do Autor

Susan MAyumi Koch Palu, UFRGS - UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO SUL

Engenheira Civil graduada pela Universidade Federal de Santa Catarina (2007), possui MBA em Gerenciamento de Projetos pela Fundação Getulio Vargas (2012) e Mestrado em Civil Engineering pela Colorado State University (2019). Possui 8 anos de experiência como Engenheira Projetista no setor de energia na elaboração de projetos estruturais para Usinas Hidrelétricas e PCHs construídas no Brasil (RS, SC, PR, RJ, MS, MG) e exterior como Angola, Costa Rica e Bolívia, durante as fases de viabilidade, projeto básico e executivo. Atuou no dimensionamento estrutural de estruturas hidráulicas e prediais como Tomadas de Água, Vertedouros, Edifícios de Comando, Áreas de Montagem/Descarga, Galerias Eletromecânicas de Casa de Força, Fundações para Pórticos, Torres de Transmissão e Equipamentos de Subestações, Edificações Auxiliares de Serviços, Vias de Transferência e Bacias de Transformadores. Participou de análises de estabilidade estrutural de barragem de concreto compactado a rolo e demais estruturas hidráulicas. Possui experiência em modelagem numérica de estruturas utilizando o método dos elementos finitos, aplicada à análise, cálculo e detalhamento estrutural especialmente em concreto armado. Na área acadêmica atuou como Assistente de Pesquisa e de Ensino da Pós Graduação - Graduate Research & Teaching Assistant (09/2018 a 05/2019) do departamento Civil & Environmental Engineering da Colorado State University, EUA em paralelo ao programa de Mestrado em Civil Engineering (2018 a 2019) na área de Estruturas. No setor público, serviu ao Exército Brasileiro como Oficial Técnico Temporário - Engenheira Civil, aonde atuou na análise e elaboração de projetos para obras de edificações e infraestrutura. Atualmente cursa o Doutorado pelo Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil: Construção e Infraestrutura da Universidade Federal do Rio Grande do Sul.

LATTES:  http://lattes.cnpq.br/5548155067239631

ORCID: https://orcid.org/0009-0006-1197-5753

Mônica Regina Garcez, UFRGS - UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO SUL

Possui graduação em Engenharia Civil pela UFSM (1999), Mestrado em Engenharia Civil e Preservação Ambiental pela UFSM (2002) e Doutorado em Engenharia Civil pela UFRGS (2007), com período sanduíche no Swiss Federal Laboratories for Material Testing and Research (EMPA-Dubendorf). Atualmente é Professora Associada do Departamento Interdisciplinar da UFRGS e docente permanente do Programa de Pós Graduação em Engenharia Civil: Construção e Infraestrutura (PPGCI/UFRGS). 

LATTES:  http://lattes.cnpq.br/1701104582931307

ORCID: https://orcid.org/0000-0003-1641-5705

Lélio Antônio Teixeira Brito, UFRGS - UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO SUL

Engenheiro Civil (2003) e Mestre pela Universidade Federal do Rio Grande do Sul (2005), Lélio Brito é PhD (2011) pela Universidade de Nottingham, Inglaterra. Suas linhas de atuação envolvem projetos de pavimentos, misturas asfálticas, instrumentação de ensaios laboratoriais e aplicação de tecnologia na infraestrutura de transportes; atuou como projetista, consultor, gerente de projetos, obras e manutenção viária. Atualmente é professor adjunto na UFRGS, coordenador do Laboratório de Pavimentação (LAPAV) e Diretor Técnico da Associação Brasileira de Pavimentação (ABPv); lidera projetos de transferência tecnológica e desenvolvimento científico de materiais aplicados à pavimentação; aplicação da tecnologia de pesagem em movimento de alta velocidade como ferramentas de fiscalização em rodovias; microgeração de energia a partir de pavimento flexíveis e formação de pessoal através do programa PETER - Programa Especial de Treinamento em Engenharia Rodoviária no Laboratório de Pavimentação - LAPAV

LATTES:  http://lattes.cnpq.br/2156590638853724

ORCID: https://orcid.org/0000-0002-7774-2948

Referências

AASHTO, Mechanistic–Empirical Pavement Design Guide: A Manual of Practice. Gainesville, 2008.

Abreu et al. Climate Change Impacts on the Road Transport Infrastructure: A Systematic Review on Adaptation Measures. Sustainability, v. 14, p. 8864, 2022.

ASCE, Infrastructure Report Card, Reston 2021.

ASCE, Adapting Infrastructure and Civil Engineering Practice to a Changing Climate. Reston, 2015.

Asam et al. Climate Change Adaptation Guide for Transportation Systems Management, Operations, and Maintenance, FHWA-HOP-15-026. Washington DC, 2015.

Babashamsi et al. Evaluation of pavement life cycle cost analysis: Review and analysis. International Journal of Pavement Research and Technology, v. 9 (4), p. 241–254, 2016.

Barata et al. Use of Climate Change Projections for Resilience Planning in Rio de Janeiro, Brazil. Frontiers in Sustainable Cities, v. 2, p. 1-10, 2020.

Blaauw et al. Flexible pavement performance and life cycle assessment incorporating climate change impacts. Transportation Research Part D: Transport and Environment, v. 104, p. 103203, 2022.

Chinowsky et al. Climate change: comparative impact on developing and developed countries. Engineering Project Organization Journal, v. 1 (1), p. 67–80, 2011.

CNT, Anuário CNT do Transporte - Estatísticas Consolidadas. Brasília, 2022.

CNT, Somente 12,4% da malha rodoviária brasileira é pavimentada. Brasília, 2018. Available at: https://cnt.org.br/agencia-cnt/somente-12-da-malha-rodoviaria-brasileira-pavimentada (accessed May 27, 2023).

DEFF, National Climate Change Adaptation Strategy Republic of South Africa. Arcadia, 2019.

DTMR, Climate Change Risk and Adaption Assessment Framework for Infrastructure Projects. Brisbane, 2020.

DTMR, Engineering Policy 170 – Climate Change Risk Assessment Methodology. Brisbane, 2020.

EC & EEA, European Climate Adaptation Platform Climate-ADAPT. Copenhagen, 2022.

EC & EEA, European Commission and ICLEI, Buying green! A handbook on green public procurement, 3rd ed. Luxembourg: Publications Office, 2016.

Elshaer & Daniel, Impact of subsurface water on structural performance of inundated flexible pavements. International Journal of Pavement Engineering, v. 20 (8), p. 947-957, 2019.

Espinet et al. Planning resilient roads for the future environment and climate change: Quantifying the vulnerability of the primary transport infrastructure system in Mexico. Transport Policy, v. 50, p. 78–86, 2016.

EU, Directive 2014/24/EU of the European Parliament and of the Council of 26 February 2014 on public procurement and repealing Directive 2004/18/EC. Strasbourg, 2014.

EU, Directive 2014/25/EU of the European Parliament and of the Council of 26 February 2014 on procurement by entities operating in the water, energy, transport and postal services sectors and repealing Directive 2004/17/EC. Strasbourg, 2014.

FHWA, Life-Cycle Cost Analysis. Washington DC, 2023.

Field et al., Managing the Risks of Extreme Events and Disasters to Advance Climate Change Adaptation: Special Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change. Cambridge, 2012.

Galiana et al., National climate change adaptation plan: transportation infra-structures and systems, action 1 Potential impacts of climate change on transportation infrastructures and systems, on their design, maintenance and operation standards, and the need for detailed climate projections. France, 2015.

Harmaeni et al. The effect of temperature changes on mechanistic performance of hotmix asphalt as wearing course with different gradation types, AIP Conference, v. 1977, p. 030026 2018.

Harvey et al., Pavement Life Cycle Assessment Framework, FHWA-HIF-16-014. Urbana, 2016.

Hasan & Tarefder. Development of temperature zone map for mechanistic empirical (ME) pavement design. International Journal of Pavement Research and Technology, v. 11 (1), p. 99–111, 2018.

Hoxha et al. Life cycle assessment of roads: Exploring research trends and harmonization challenges. Science of The Total Environment, v. 759, p. 143506, 2021.

ICF International, Regional Climate Change Effects: Useful Information for Transportation Agencies, DTFH61-05-D-00019, TOPR No. EV0101. Washington DC, 2010.

IPCC, AR6-WGI Interactive Atlas: Regional information. Available at: https://interactive-atlas.ipcc.ch/atlas (accessed February 10, 2023).

IPCC, Climate Change 2014 Synthesis Report Summary for Policymakers. Genebra, 2014.

ISO. ISO 14040 Environmental management - Life cycle assessment - Principles and framework. Genebra, 2006.

ISO, ISO 15686-6 Buildings and constructed assets — Service life planning — Part 6: Procedures for considering envi-ronmental impacts. Genebra, 2004.

Khan et al. Development of a post-flood road maintenance strategy: case study Queensland, Australia, International Journal of Pavement Engineering, v. 18(8), p. 702-713, 2017.

Khan et al. Assessment of flood risk to performance of highway pavements. Proceedings of the Institution of Civil Engineers – Transport, v. 170 (TR6), p. 363–372, 2017.

Knott et al. A Framework for Introducing Climate-Change Adaptation in Pavement Management. Sustainability, v. 11 (16) p. 1-23., 2019.

Knott et al. Seasonal and Long-Term Changes to Pavement Life Caused by Rising Temperatures from Climate Change. Transportation Research Record, v. 2673 (6), p. 267–278, 2019.

Koch, Friedl & Mihalyi. Influence of different LCIA methods on an exemplary scenario analysis from a process development LCA case study. Environment, Development and Sustainability, v. 25, p. 6269–6293, 2023.

La Rovere & Sousa, Estratégia de Adaptação às Mudanças Climáticas da Cidade do Rio de Janeiro. Rio de Janeiro, 2016.

Lu, Tighe & Xie. Impact of flood hazards on pavement performance. International Journal of Pavement Engineering, v. 21 (6), p. 746-752, 2020.

Mallick et al. Development of a methodology and a tool for the assessment of vulnerability of roadways to flood-induced damage. Journal of Flood and Risk Management, v. 10(3), p.301-313, 2017.

Mastrandrea et al., Guidance Note for Lead Authors of the IPCC Fifth Assessment Report on Consistent Treatment of Uncertainties. Genebra, 2010.

Matini, Gulzar & Castorena. Evaluation of Structural Performance of Pavements under Extreme Events: Flooding and Heatwave Case Studies. Transportation Research Record, v. 2676(7), p. 233–248, 2022.

Medina & Motta. Mecânica dos Pavimentos, 3a edição. Rio de Janeiro: Editora Interciência, 2015.

Menezes et al. Mapping human vulnerability to climate change in the Brazilian Amazon: The construction of a municipal vulnerability index. PLOS ONE, v. 13 (2), p. e0190808, 2018.

MI & EPL, PNL 2035 - Plano Nacional de Logística,” Brasília, 2021.

Mills et al. Climate Change Implications for Flexible Pavement Design and Performance in Southern Canada. Journal of Transportation Engineering, v. 135 (10), p. 773–782, 2009.

MT, Transportes 2022. Brasília, 2022.

NASEM, Environmental Engineering for the 21st Century: Addressing Grand Challenges. Washington DC, 2019.

Nemry & Demirel H. Impacts of Climate Change on transport: a focus on road and rail transport infrastructures, EUR 25553 EN. Luxembourg: Publications Office of the European Union; 2012.

NHI, National Highway Institute : Course Description for Introduction to Temperature and Precipitation Projections, FHWA-NHI-142082, web-based Training (WBT), 2023. Available at: https://www.nhi.fhwa.dot.gov/course-search?tab=1&session_no=20140502&session_no=20220819&sf=0&course_no=142082 (accessed February 10, 2023).

Nivedya et al. A framework for the assessment of contribution of base layer performance towards resilience of flexible pavement to flooding. International Journal of Pavement Engineering, v. 21-10, p. 1223-1234, 2020.

NOAA, Climate Models | NOAA Climate.gov. Available at: http://www.climate.gov/maps-data/climate-data-primer/predicting-climate/climate-models (accessed December 22, 2022).

Picardo et al. A Comparative Life Cycle Assessment and Costing of Lighting Systems for Environmental Design and Construction of Sustainable Roads. Buildings, v. 13, p. 983, 2023.

Pörtner et al., Climate Change 2022: Impacts, Adaptation and Vulnerability. Contribution of Working Group II to the Sixth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change, Cambridge and New York, 2022.

Qiao et al. Flexible Pavements and Climate Change: A Comprehensive Review and Implications. Sustainability, v. 12 (3), p. 1057, 2020.

Qiao et al. Examining Effects of Climatic Factors on Flexible Pavement Performance and Service Life. Transportation Research Record, v. 2349 (1), p. 100–107, 2013.

Quintão et al. Social, Environmental, and Health Vulnerability to Climate Change: The Case of the Municipalities of Minas Gerais, Brazil. Journal of Environmental and Public Health, v. 2017, p. e2821343, 2017.

RB, Practical Guidelines on Strategic Climate Change Adaption Planning – Flood Disasters, Ministry of Land, Infrastructure, Transport and Tourism. Japan, 2010.

Santero, Masanetb & Horvath. Life-cycle assessment of pavements Part II: Filling the research gaps. Resources, Conservation and Recycling, v. 55 (9), p. 810–818, 2011.

Schuster et al. Impact of Climate Change on Asphalt Binder Selection in Brazil Using Superpave Performance Grading (PG), presentantion at the Rio Oil & Gas Expo and Conference. Rio de Janeiro, 2022. Available at: https://biblioteca.ibp.org.br/pt-BR/search/43719 (acessed: September o6, 2023).

Schweikert et al. Climate Change and Infrastructure Impacts: Comparing the Impact on Roads in ten Countries through 2100. Procedia Engineering, v. 78, p. 306–316, 2014.

Silva et al. Plano Nacional de Adaptação à Mudança do Clima – Relatório Final de Monitoramento e Avaliação Ciclo 2016-2020, Brasília, 2021.

Silva et al., Plano Nacional de Adaptação à Mudança do Clima – Estratégia Geral – Volume I,” Brasília, 2016.

Silva et al., Plano Nacional de Adaptação à Mudança do Clima – Estratégias Setoriais e Temáticas – Volume II, Brasília, 2016.

Sultana et al. Deterioration of flood affected Queensland roads – An investigative study. International Journal of Pavement Research and Technology, v. 9 (6), p. 424–435, 2016.

Swarna et al. Climate Change Adaptation Strategies for Canadian Asphalt Pavements; Part 1: Adaptation strategies. Journal of Cleaner Production, v. 363, p. 132313, 2022.

Swarna, Hossain & Bernier. Climate change adaptation strategies for Canadian asphalt pavements - Part 2: Life cycle assessment and life cycle cost analysis," Journal of Cleaner Production, v. 370, p. 133355, 2022.

Swarr et al., Environmental life-cycle costing: a code of practice. International Journal of Life Cycle Assessment, p. 389–391, 2011.

Taylor, Philp. Investigating the impact of maintenance regimes on the design life of road pavements in a changing climate and the implications for transport policy. Transport Policy, v 41, p. 117-135, 2015.

Tighe et al. Evaluating Climate Change Impact on Low-Volume Roads in Southern Canada. Transportation Research Record, v. 2053 (1), p. 9–16, 2008.

TRB, Potential Impacts of Climate Change on US Transportation - Special Report 290. Washington, DC, 2008.

UNEP/SETAC. Guidelines for Social Life Cycle Assessment of Products and Organizations. Nairobi, 2009.

UNEP/SETAC, Towards a life cycle sustainability assessment: making informed choices on products. Nairobi, 2011.

Underwood et al. Increased costs to US pavement infrastructure from future temperature rise. Nature Climate Change, v. 7 (10), p. 704–707, 2017.

UN, Transforming Our World: The 2030 Agenda for Sustainable Development, 2015. Available at: https://sdgs.un.org/2030agenda. New York, 2015, accessed September 06, 2024).

Van Dam et al. Towards Sustainable Pavement Systems. A Reference Document - FHWA-HIF-15-002. Washington DC, 2015.

Vommaro, Menezes & Barata. Contributions of municipal vulnerability map of the population of the state of Maranhão (Brazil) to the sustainable development goals. Science of The Total Environment, v. 706, p. 134629, 2020.

Walls & Smith, Life-Cycle Cost Analysis in Pavement Design - In Search of Better Investment Decisions - Pavement Division Interim Technical Bulletin, FHWA-SA-98-079. Washington DC, 1998.

Wuebbles et al. USGCRP, 2017: Climate Science Special Report: Fourth National Climate Assessment, Volume I, US Global Change Research Program. Washington DC, 2017.

Zanetti, Souza Jr & Freitas. A Climate Change Vulnerability Index and Case Study in a Brazilian Coastal City. Sustainability, v. 8 (8), 2016.

Zheng et al. Life-cycle sustainability assessment of pavement maintenance alternatives: Methodology and case study. Journal of Cleaner Production, v. 213, p. 659–672, 2019.

Publicado

2025-05-06

Como Citar

Palu, S. M. K., Garcez, M. R., & Brito, L. A. T. (2025). EFEITOS DE CONDIÇÕES CLIMÁTICAS NÃO ESTACIONÁRIAS NA INFRAESTRUTURA DE PAVIMENTOS FLEXÍVEIS : EFFECTS OF NON-STATIONARY CLIMATIC CONDITIONS ON FLEXIBLE PAVEMENT INFRASTRUCTURE . IX Sustentável, 11(1), 45–67. https://doi.org/10.29183/2447-3073.MIX2025.v11.n1.45-67

Edição

Seção

Científica