A teoria do dano em meio contínuo no estudo da fadiga em misturas asfálticas

Abstract

Atualmente, o fenômeno da fadiga em misturas asfálticas é o principal defeito observado em pavimentos. As trincas desenvolvidas nesses materiais são reflexos de repetidas deformações provocadas pelas solicitações do tráfego. Pela sua importância no comportamento dos pavimentos, grandes esforços vêm sendo realizados no intuito de compreender de maneira mais adequada os diversos fatores que interferem no desempenho das misturas asfálticas. As metodologias utilizadas até então consideram relações obtidas com base em observações do comportamento obtido em laboratório, ficando sua aplicabilidade limitada às condições nas quais foram criadas. Pesquisas recentes vêm procurando aproximar o estudo do fenômeno da fadiga dos conceitos desenvolvidos a partir da Teoria do Dano em Meio Contínuo. Esse trabalho aplica essas metodologias nos ensaios de fadiga à flexão utilizando misturas convencionais e modificadas com borracha. Essa metodologia permite a visualização da evolução do dano no interior da mistura por meio da consideração de uma variável de estado interna. Para isso, foi preciso caracterizar as misturas asfálticas com base na Teoria da Viscoelasticidade, por meio de ensaios de módulo dinâmico. Com esses resultados, e com o auxílio de procedimentos de interconversão entre propriedades viscoelásticas, foi possível determinar Curvas Mestras do módulo de relaxação. Os resultados mostram que a evolução do dano no interior da mistura é independente da amplitude da solicitação imposta, tanto sob tensão quanto sob deformação controlada. Além disso, observou-se que as curvas características são independentes da freqüência de aplicação da carga. Com isso, procurou-se determinar parâmetros viscoelásticos e de dano que estivessem diretamente relacionados com o desempenho de uma mistura asfáltica à fadiga. Um fator que relaciona características viscoelásticas e parâmetros da evolução do dano foi criado para definir o comportamento à fadiga das misturas. Além disso, foi verificada a aplicabilidade da metodologia utilizando um código numérico que permite considerar a evolução do dano em um material caracterizado como viscoelástico. Para as simulações numéricas, os revestimentos foram caracterizados com os resultados obtidos nesta pesquisa. Pode-se visualizar a evolução do dano no interior da camada de revestimento asfáltico, assim como observar a influência de alguns fatores nesse comportamento. A metodologia é considerada consistente e permite análises da evolução do dano em revestimentos asfálticos de maneira mais próxima dos conceitos da mecânica dos pavimentos. ____________________________________________________________________________________ ABSTRACT

Fatigue cracking in hot mix asphalt is the main distress on pavements. The cracks are induced by the repetitive strains due to traffic. Due to the importance of fatigue cracking on the pavement behavior, huge efforts have been made to identify the most relevant factors that affect the hot mix asphalt behavior. The methodology most adopted until now is based on empirical relationships obtained from laboratory experiments and therefore its applicability is limited to the conditions in which the tests were carried out. Recent researchs try to apply the Continuum Damage Theory in other to investigate the fatigue phenomena in asphalt mixes. This thesis applies such methodologies to interpret the results of flexural fatigue tests using conventional and asphalt rubber modified mixtures. The Continuum Damage Theory allows observing the development fatigue damage in the mix using internal state variables. However, in order to use this methodology, hot mix asphalt have to be characterized with the linear theory of viscoelasticity using, for example, dynamic modulus tests and master curves for the relaxation modulus, determined by approximate interconvertion processes. The results show that development of damage in the mix is independent of the frequency and strain amplitude applied for both strain and stress controlled tests. A new factor was proposed to relate proprieties with the fatigue behavior. Moreover, the methodology was tested using a numerical code that allows calculating the damage evolution for a viscoelastic material. The asphalt layers were characterized using the test results obtained is this work. The numerical analyses showed the influence of the most relevant factors for the consideration of damage evolution in pavement design. The methodology applied here proved to be consistent and useful for the analysis of fatigue damage in pavements using mechanistic concepts.