caracterização da vida de fadiga de concreto asfáltico ... · o ensaio de flexão em 4p fornece...
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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
Organização da apresentação
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Introdução
Objetivo
Materiais e métodos
Resultados
Considerações finais
Agradecimentos
Introdução
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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)
Objetivo
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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).
Ensaio de fadiga em 4 pontos
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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.
Materiais utilizados
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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
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
1000
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0,0 0,1 1,0 10,0 100,0
Ret
ido
(%
)
Pass
an
te (
%)
Diâmetro dos Grãos (mm)
Composicão Granulométrica
Centro
Limites
Faixa Trabalho
Composição
20 80 10 4 Peneir 3/8 1/2" 40
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O sistema de moldagem e compactação para produção das amostras foi construído em uma usina de asfalto (km 30 da BR-290)
Moldagem dos corpos de prova
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Moldagem dos corpos de prova
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Desmoldagem dos corpos de prova
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Cortes das placas – Obtenção das vigotas
Medidas em centímetros (cm).
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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.
Extração dos corpos de prova cilíndricos
Método: Ensaio de fadiga em 4 pontos
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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
Método: Ensaio de fadiga por compressão diametral
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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
y = 3,3771x-0,147 R² = 0,88
0,1
1,0
10,0
1,0E+03 1,0E+04 1,0E+05 1,0E+06 1,0E+07 1,0E+08
Ten
são
de
Traç
ão (
MPa
)
Nº de ciclos (N50%)
Resultados: Ensaio de fadiga em 4 pontos
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Corpo de prova
%RT VV (%) T. Tração
(MPa) Def. Tração Inicial (με)
Número de Ciclos
10 15% 4,5 0,37 171 1,62E+06 11 15% 3,2 0,37 107 1,07E+07
12 20% 4,4 0,50 186 1,01E+05 13 20% 5,0 0,50 183 2,81E+05 14 25% 3,6 0,62 272 6,17E+04
15 30% 4,4 0,75 253 3,82E+04 16 30% 3,7 0,75 287 3,92E+04
17 35% 3,1 0,87 333 1,55E+04 18 40% 3,9 1,00 357 9,98E+03
y = 1.513,78x-0,16 R² = 0,92
10
100
1.000
1,0E+03 1,0E+04 1,0E+05 1,0E+06 1,0E+07 1,0E+08
Def
orm
ação
de
traç
ão(μ
ε)
Nº de ciclos (N50%)
Resultados: Ensaio de fadiga por compressão diametral
15
y = 1,78x-0,26 R² = 0,95
0,01
0,10
1,00
1,00E+03 1,00E+04 1,00E+05 1,00E+06
Ten
são
de
Traç
ão (
MPa
)
Nº de ciclos (N50%)
y = 0,0006x-0,246 R² = 0,66
10
100
1.000
1,00E+03 1,00E+04 1,00E+05 1,00E+06Def
orm
ação
de
traç
ão (
με)
Nº de ciclos (N50%)
Corpo de prova
% RT VV (%) Tensão de
tração (MPa) Deformação de
tração (με) Número de
Ciclos
1 10% 5,0 0,08 36 1,09E+05
2 10% 3,4 0,08 40 1,59E+05
3 10% 3,4 0,08 33 7,36E+04
4 20% 3,8 0,17 41 3,63E+03
5 20% 4,3 0,17 70 6,61E+03
6 20% 4,9 0,17 81 1,09E+04
7 30% 3,9 0,25 110 2,52E+03
8 30% 4,8 0,25 130 2,25E+03
9 30% 4,7 0,25 110 1,85E+03
10
100
1.000
1,0E+03 1,0E+04 1,0E+05 1,0E+06 1,0E+07 1,0E+08
Def
orm
ação
de
traç
ão (
με)
Nº de ciclos (N50%)
CA-E - 4PCA-E - CD
Resultados: 4 pontos e compressão diametral
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0,01
0,10
1,00
10,00
1,0E+03 1,0E+04 1,0E+05 1,0E+06 1,0E+07 1,0E+08
Ten
são
de
Traç
ão N
orm
aliz
ada
- σ
t/R
t (
MPa
)
Nº de ciclos (N50%)
Resultados: Estimativa de um fator de correlação
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Ensaio Tensão de Tração Deformação de Tração
Tensão (MPa) *N Def. (µɛ) *N
4P 0,50
3,8E+05 2,00E+02
2,0E+05
CD 1,5E+02 4,7E+02
* Número de ciclos do modelo obtido nos ensaios de fadiga
1,0E+00
1,0E+01
1,0E+02
1,0E+03
1,0E+04
1,0E+05
1,0E+06
4P CD
Vid
a d
e F
adgi
a (N
)
Deformação
Tensão
Resultados: Estimativa de um fator de correlação
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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 10.000, 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.
Considerações finais
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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 do número de ciclos suportado pela mistura em estudo.
Considerações finais
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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.
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Agradecimentos
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OBRIGADA!!!