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
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
22
OBRIGADA!!!