DESEMPENHO MECÂNICO DE MISTURAS ASFÁLTICAS NANOMODIFICADAS

Transcrição

1 DESEMPENHO MECÂNICO DE MISTURAS ASFÁLTICAS NANOMODIFICADAS João Victor Staub de Melo, Dr. Glicério Trichês, Dr. Universidade Federal de Santa Catarina - UFSC

2 Universidade Federal de Santa Catarina - UFSC Grupo de Pesquisa Rodovias Verdes INTRODUÇÃO E OBJETIVO DA PESQUISA Trincamento Por Fadiga DEFEITOS Deformação Permanente Nanotecnologia Misturas Modificadas Com Nanocompósitos Asfálticos

3 NANOCOMPÓSITOS ASFÁLTICOS Partícula de Argila Nanocompósitos Asfáltico de Nanoargila CAP Nanotubo de Carbono (NTC) Nanocompósitos Asfáltico de NTC

4 MÉTODO DA PESQUISA NANOCOMPÓSITOS DESENVOLVIDOS ENSAIOS DE DESEMPENHO DA MISTURA ASFÁLTICA CAP NANOARGILA 3% CAP NTC 2% NA-3% CAP NTC-2% 1 - LOTTMAN MODIFICADO 2 - DEFORMAÇÃO PERMANENTE 3 - MÓDULO COMPLEXO 4 - RESISTÊNCIA À FADIGA SIMULAÇÃO NUMÉRICA

5 COMPOSIÇÃO GRANULOMÉTRICA DA MISTURA ASFÁLTICA

6 NANOMODIFICAÇÃO DO CAP Misturador mecânico de alto cisalhamento; - Temperatura de 150 o C; rpm; - Tempo de compatibilização de 1h40min. NANOCOMPÓSITO DE NANOARGILA NA-3% NANOCOMPÓSITO DE NANOTUBO DE CARBONO NTC-2%

7 CARACTERIZAÇÃO DOS NANOMATERIAIS: ANÁLISE TÉRMICA

8 DOSAGEM DA MISTURA DE CONCRETO ASFÁLTICO TEOR ÓTIMO 4,35% Energia de Compactação Superpave Parâmetros de compactação Tráfego N inicial N projeto N máximo Muito leve (local) Médio (rodovias coletoras) Médio a alto (vias principais, rodovias rurais) Alto volume de tráfego (interestaduais, muito pesado)

9 DANO POR UMIDADE INDUZIDA LOTTMAN MODIFICADO O resultado RTu/RT deve ser maior que 70%, ou seja, que apresentem um dano máximo de 30%!

10 RESISTÊNCIA À DEFORMAÇÃO PERMANENTE 5 x 18 x 50 cm Condições do ensaio: Temperatura de 60 o C Frequência de 1 Hz Carregamento de 5 kn Pressão do pneu de 0,6 MPa

11 RESULTADOS DE DEFORMAÇÃO PERMANENTE Redução do afundamento com os nanocompósitos: NA-3% = 29% NTC-2% = 51%

12 MOLDAGEM DAS PLACAS DE CONCRETO ASFÁLTICO

13 OBTENÇÃO DOS CORPOS DE PROVA PARA MÓDULO COMPLEXO E FADIGA ,00 38,10 CP 1.1 CP ,00 CP 1.3 CP 1.4 CP 1.5 5,08 Vista Lateral CP 1.5 9,00 4 3

14 ENSAIO DE MÓDULO COMPLEXO CONDUÇÃO DO ENSAIO: - Deformação controlada; - Carregamento sinusoidal alternado; - Amplitude da deformação de 50 μm/m; - Frequências: 0,1 Hz, 0,2 Hz, 0,5 Hz, 1 Hz, 2 Hz, 5 Hz, 10 Hz, 20 Hz; - Temperaturas: 0 o C, 5 o C, 10 o C, 15 o C, 20 o C, 25 o C e 30 o C.

15 Efeito dos Nanomateriais no Comportamento Reológico RESULTADOS DE MÓDULO COMPLEXO Frequência de ensaio: 10 Hz Temperatura de ensaio: 20 o C Aumento do Módulo Complexo com os nanocompósitos: NA-3% 20% NTC-2% 25% Redução do Ângulo de Fase com os nanocompósitos: NA-3% 15% NTC-2% 18,5%

16 Deformação (Ɛ) APRESENTAÇÃO DOS RESULTADOS RESISTÊNCIA À FADIGA Carregamento Reação Reação Esforço Cortante Momento Fletor Sinusoidal (Flexão Alternada) Ɛ o MODO DE CARREGAMENTO

17 CONDUÇÃO DO ENSAIO DE FADIGA: - Carregamento sinusoidal contínuo; - Deformação controlada; - Critério de ruptura: redução de 50% do módulo complexo inicial; - Módulo inicial determinado no centésimo ciclo; - Temperatura do ensaio 15 o C; - Frequência de teste de 10 Hz, equivalente a velocidade de 72 km/h.

18 RESULTADO DE RESISTÊNCIA À FADIGA MISTURA DE REFERÊNCIA X MISTURA DE NTC-2%

19 RESULTADO DE RESISTÊNCIA À FADIGA MISTURA DE REFERÊNCIA X MISTURA DE NA-3%

20 20,00 18,00 18,00 APRESENTAÇÃO DOS RESULTADOS MODELIZAÇÃO DA ESTRUTURA DO PAVIMENTO ASFÁLTICO V = 20 m/s Eixo Simples de Roda Dupla Q = 8,2 ton Ɛt Concreto Asfáltico Camada Viscoelástica (T = 15 o C) Brita Graduada E = 260 MPa; ν = 0,35 Camada Elástica Macadame Seco E = 210 MPa; ν = 0,35 Camada Elástica Estrutura do Pavimento: - Segmento monitorado na BR-101/SC. contorno de Araranguá-SC. Páleo Duna E = 180 MPa; ν = 0,35 Camada Elástica

21 MODELIZAÇÃO DA ESTRUTURA DO PAVIMENTO ASFÁLTICO Parâmetros Equação de Fadiga Referência (1 a Simulação) Revestimento asfáltico NTC-2% (2 a Simulação) NA-3% (3 a Simulação) N=1,32x10 14 Ɛt -4,25 N=5,30x10 15 Ɛt -4,88 N=4,54x10 15 Ɛt -4,84 Ɛt (µm/m) N8,2t 3,41x10 6 2,04x10 7 1,57x10 7 Resistência à Ruptura por Fadiga NA-3% 4,6 vezes maior NTC-2% 6 vezes maior

22 EQUIVALÊNCIA DE DESEMPENHO DA MISTURA DE REFERÊNCIA EM RELAÇÃO ÀS MISTURAS NTC-2% E NA-3% MISTURA CRITÉRIO: DEFORMAÇÃO DE TRAÇÃO ESPESSURA DO REVESTIMENTO NTC-2% NA-3% = = 40,0 µm/m 42,6 µm/m + 7 cm + 6 cm

23 CONCLUSÕES A principal conclusão da pesquisa é o efeito benéfico da incorporação de nanotubo de carbono e nanoargila nas misturas asfálticas. Os nanomateriais proporcionam: Aumento da resistência à ação deletéria da água; Maior resistência à deformação permanente; Aumento do módulo complexo, redução do ângulo de fase e menor susceptibilidade térmica; Maior resistência à fadiga; A simulação numérica da estrutura do pavimento comprova um aumento na vida à fadiga do revestimento asfáltico de 6 vezes e 4,6 vezes mais quando utilizado os nanocompósitos NTC-2% e NA-3%, respectivamente.

24 AGRADECIMENTOS Rede Temática do Asfalto/Petrobras Laboratório Central de Microscopia Eletrônica UFSC

25 UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA CATARINA OBRIGADO!