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

4

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

7

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

8

Moldagem dos corpos de prova

9

Desmoldagem dos corpos de prova

10

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

16

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

22

OBRIGADA!!!