Simulação numérica dos efeitos de cargas dinâmicas na vida de fadiga de pavimentos.

Abstract

Este trabalho buscou avaliar, comparativamente, o comportamento estrutural do pavimento, considerando os carregamentos atuantes como estático ou dinâmico. O resultado dessa análise se deu pelo cálculo de vida de fadiga do pavimento, produzida pelos carregamentos dinâmico e estático. Trabalhos de outros pesquisadores motivaram e auxiliaram esta pesquisa, fornecendo instrumentos para que se avaliassem criticamente as principais metodologias de dimensionamento de pavimento existentes. Destarte foi sugerida nova metodologia para o dimensionamento de pavimentos considerando o carregamento dinâmico e imperfeições nos pavimentos. Admitiu-se, como base para a criação do novo método de dimensionamento, o uso do modelo mecanicista-empírico, o modelo à fadiga, os conceitos que envolvem o estudo da irregularidade de pavimentos e o estudo do cálculo das forças dinâmicas atuantes sobre o pavimento, por meio dos modelos de um quarto de carro e um quarto de caminhão. Para o desenvolvimento e testes do novo método, utilizaram-se as ferramentas numéricas Simulink, para o cálculo das forças dinâmicas pneu-pavimento, e o programa Mechsys, que usa o método dos elementos finitos para calcular o estado de tensão-deformação nas camadas do pavimento estudado. A nova metodologia aplicada se mostrou altamente relevante diante dos resultados dos testes comparativos realizados, entre carregamento estático e dinâmico. Nos testes admitiram-se várias configurações de perfil, velocidade e defeitos. Os defeitos testados foram concentrados e desconcentrados ao longo dos perfis estudados, representados por “buracos”, “elevações” e “senos” por onde trafegavam as diferentes velocidades de caminhão de eixo padrão, 8,2 kN. Os resultados mostram que para defeitos concentrados, ao se considerar o carregamento dinâmico, o número máximo de passadas de um veículo do tipo padrão é de 10 a 100.000 vezes menor que o número de passadas calculadas para o carregamento estático. Diferenças menores, porém igualmente relevantes, são apresentados para as camadas onde o defeito é desconcentrado. Para os testes realizados restringiu-se a uma única disposição e dimensões das camadas do pavimento. _______________________________________________________________________________________ ABSTRACT

This study aimed to comparatively evaluate the structural behavior of the pavement, considering both, static and dynamic loads acting. The result of this analysis is given by the calculation of fatigue life of the pavement, produced by the dynamic and static loads. The literature review helped and motivated this research by providing arguments in order to evaluate critically the main methods of pavement design. Then it was suggested new methodology or the design of pavements considering the dynamic loading and highway defects. Then, were assumed as the basis for the creation of the new method of design the mechanistic-empirical fatigue model, the concepts of IRI, dynamic forces concepts and the quarter car and the quarter truck models. For the development and testing of the new methodology were used two numerical tools. The first one was Simulink, it was used to calculate the dynamic forces acting on the pavement. The other one was Mechsys program, which uses the finite element method to calculate the stress-strain state in the pavement layers. The new methodology applied in this research presented highly relevant results. The results show that when was considering dynamic loading instead of the static loading and admitted different profiles settings, speeds and defects the fatigue life can change abruptly. The simulation consider the pavement defects as concentrated or distributed over the profiles, it was represented by "holes", "elevation" and "sine wave" under vehicle traffic represented by a standard axle, 8.2kN , at different speeds. The results presented for the concentrated defect, when was considering the dynamic loading show the maximum number of passes of a standard axle got a range between 10 to 100,000 times smaller than the number calculated for static loading. The sine profile had minor differences at the number of passes between the static and the dynamic loads, however the difference was expressive as well. Finally, the testes were limited to a single layout and dimensions of the pavement layers.