Caracterização da vida de fadiga de concreto asfáltico através do ensaio de flexão em quatro pontos

Transcrição

1 Caracterização da vida de fadiga de concreto asfáltico através do ensaio de flexão em quatro pontos Autores: Gracieli B. Colpo, Lélio A. T. Brito, Jorge A. P. Ceratti, Eduardo Meirelles, Fábio Hirsch, Leandro Conterato, Thiago Vitorello

2 Organização da apresentação Introdução Objetivo Materiais e métodos Resultados Considerações finais Agradecimentos 2

3 Introdução Um dos problemas de maior relevância nas misturas asfálticas é a fadiga, a qual ocorre devido às cargas repetidas do tráfego que acabam gerando tensões de tração na base do revestimento (Di Benedetto et al., 2004) Fonte: Grenfell (2013) 3

4 Objetivo Utilizar o ensaio de flexão em viga quatro pontos e tração indireta por compressão diametral para analisar o comportamento à fadiga de uma mistura asfáltica densa, tipicamente utilizada no estado do Rio Grande do Sul, com ligante asfáltico modificado por polímero. Este trabalho foi realizado através de uma parceria entre o Laboratório de Pavimentação da UFRGS (LAPAV), a Concessionária da Rodovia Osório-Porto Alegre S/A Concepa e a Agência Nacional de Transportes Terrestres (ANTT) por meio de uma Pesquisa de Desenvolvimento Tecnológico (RDT) e, também, fez parte de uma pesquisa de mestrado (Colpo, 2014). 4

5 Ensaio de fadiga em 4 pontos Ensaio pode ser realizado a tensão e deformação controlada, com frequência geralmente de 10Hz. Considerado por muitos pesquisadores como o equipamento que melhor simula a condição de fadiga em campo. Ruptura ocorre em uma zona de tensão uniforme, zona onde o momento fletor é constante com esforços cortantes nulos. 5

6 Passante (%) Retido (%) Materiais utilizados Agregados minerais: origem basáltica da formação Serra Geral Ligante asfáltico: AMP 60/85 Mistura asfáltica com AMP 60/85 (CA- E): produzida na usina de asfalto (km 30 BR- 290), buscando-se enquadrar o material próximo ao centro da Faixa C do DNIT e dentro dos limites da faixa de trabalho Mistura CA-E Propriedades Resultados Teor de ligante (%) 5,25 Volume de vazios (%) 4,00 Vazios de agregado mineral (%) 16,20 Relação betume-vazios (%) 75,00 Densidade máxima teórica (%) 2,45 Densidade aparente (%) 2,36 Composicão Granulométrica Peneir /8 1/2" 0 Centro 10 Limites 20 Faixa Trabalho 30 Composição ,0 0,1 1,0 10,0 Diâmetro dos Grãos (mm) 100,0 6

7 Moldagem dos corpos de prova O sistema de moldagem e compactação para produção das amostras foi construído em uma usina de asfalto (km 30 da BR-290) 7

8 Moldagem dos corpos de prova 8

9 Desmoldagem dos corpos de prova 9

10 Cortes das placas Obtenção das vigotas Medidas em centímetros (cm). 10

11 Extração dos corpos de prova cilíndricos Os cps cilíndricos, utilizados nos ensaios de tração indireta por compressão diametral, foram extraídos com sonda rotativa das placas e depois serrados, apresentado diâmetro de 101,6 ± 2 mm e altura 53,4 ± 3 mm. 11

12 Método: Ensaio de fadiga em 4 pontos Norma AASHTO T321 (2007) Modo de carregamento à tensão controlada Equipamento da IPC Global - modelo CS 7800 e o software UTS015. A frequência de carregamento utilizada foi de 10Hz e a forma de carregamento senoidal Temperatura constante de 25ºC O critério de finalização do ensaio foi a redução em 50% da rigidez inicial da amostra 12

13 Método: Ensaio de fadiga por compressão diametral Modo de carregamento à tensão controlada Temperatura constante de 25 C Frequência de 1Hz O critério de finalização do ensaio foi a redução em 50% da rigidez inicial da amostra 13

14 Tensão de Tração (MPa) Deformação de tração(με) Resultados: Ensaio de fadiga em 4 pontos Corpo de T. Tração Def. Tração Número %RT VV (%) prova (MPa) Inicial (με) de Ciclos 10 15% 4,5 0, ,62E % 3,2 0, ,07E % 4,4 0, ,01E % 5,0 0, ,81E % 3,6 0, ,17E % 4,4 0, ,82E % 3,7 0, ,92E % 3,1 0, ,55E % 3,9 1, ,98E+03 10, ,0 y = 3,3771x -0,147 R² = 0, y = 1.513,78x -0,16 R² = 0,92 0,1 1,0E+03 1,0E+04 1,0E+05 1,0E+06 1,0E+07 1,0E+08 Nº de ciclos (N 50% ) 10 1,0E+03 1,0E+04 1,0E+05 1,0E+06 1,0E+07 1,0E+08 Nº de ciclos (N 50% ) 14

15 Tensão de Tração (MPa) Deformação de tração (με) Resultados: Ensaio de fadiga por compressão diametral Corpo de prova % RT VV (%) Tensão de tração (MPa) Deformação de tração (με) Número de Ciclos 1 10% 5,0 0, ,09E % 3,4 0, ,59E % 3,4 0, ,36E % 3,8 0, ,63E % 4,3 0, ,61E % 4,9 0, ,09E % 3,9 0, ,52E % 4,8 0, ,25E % 4,7 0, ,85E+03 1, ,10 y = 1,78x -0,26 R² = 0, y = 0,0006x -0,246 R² = 0,66 0,01 1,00E+03 1,00E+04 1,00E+05 1,00E+06 Nº de ciclos (N 50% ) 10 1,00E+03 1,00E+04 1,00E+05 1,00E Nº de ciclos (N 50% )

16 Deformação de tração (με) Tensão de Tração Normalizada - σt/rt (MPa) Resultados: 4 pontos e compressão diametral 10,00 1,00 0,10 0,01 1,0E+03 1,0E+04 1,0E+05 1,0E+06 1,0E+07 1,0E+08 Nº de ciclos (N 50% ) CA-E - 4P CA-E - CD ,0E+03 1,0E+04 1,0E+05 1,0E+06 1,0E+07 1,0E Nº de ciclos (N 50% )

17 Vida de Fadgia (N) Resultados: Estimativa de um fator de correlação Tensão de Tração Deformação de Tração Ensaio Tensão (MPa) *N Def. (µɛ) *N 4P 3,8E+05 2,0E+05 0,50 2,00E+02 CD 1,5E+02 4,7E+02 * Número de ciclos do modelo obtido nos ensaios de fadiga 1,0E+06 1,0E+05 1,0E+04 Deformação Tensão 1,0E+03 1,0E+02 1,0E+01 1,0E+00 4P CD 17

18 Resultados: Estimativa de um fator de correlação Isto levaria, a partir de uma extrapolação necessária, a verificação de um fator de correlação entre ambos os ensaios, CD para 4P de 2480 quando analisado a TT e de 426 quando analisada a DT. Conforme resultados apresentados por Pinto (1991), para ensaios de CD, foi estimado um fator laboratório-campo de valores próximos a , considerando como critério de ruptura 20% da área trincada. A título de ilustração argumentativa, poderia se dizer que os fatores de correlação dos ensaios de fadiga são próximos de 4 para tensão de tração e 23 para deformação de tração, conforme os resultados obtidos neste trabalho. 18

19 Considerações finais Ensaios de fadiga à flexão em 4P, sob tensão controlada, foram realizados em conjunto com os ensaios de fadiga de CD, com o intuito de analisar o comportamento a fadiga da mistura CA-E, em relação a estas duas diferentes metodologias de ensaio. A mistura CA-E apresentou um melhor comportamento a fadiga no ensaio de flexão em relação ao ensaio de CD. Este fato provavelmente acontece devido ao acúmulo de deformação permanente que ocorre durante o ensaio de CD e não à fadiga propriamente dita. O ensaio de flexão em 4P fornece dados adicionais como energia dissipada e rigidez na flexão, que auxiliam na realização de modelagens, visando o dimensionamento de pavimentos, enquanto o ensaio de CD se restringe somente à determinação 19 do número de ciclos suportado pela mistura em estudo.

20 Considerações finais Fator de correlação: é possível inferir que grande parte da variação observada entre ambas as situações pode ser creditada ao ensaio de CD em função das suas condições de carregamento. O ensaio de CD forneceu tendências semelhantes ao dos ensaios de flexão em 4P, porém, a vida de fadiga neste último apresenta um comportamento mais verossímil da condição de campo. Sabe-se que levantamentos realizados em campo colaboram em linhas gerais para a confirmação dos fatores de correlação. Uma continuidade desta pesquisa está sendo proposta com adição de instrumentação em pavimentos para melhor detalhamento da fase de iniciação das trincas seu processo de iniciação e desenvolvimento. 20

21 Agradecimentos 21

22 OBRIGADA!!! 22