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Título: A Contribution to couple aging to hot mix asphalt (HMA) mechanical characterization under load-induced damage
Autor(es): Babadopulos, Lucas Feitosa de Albuquerque Lima
Orientador(es): Soares, Jorge Barbosa
Palavras-chave: Transportes
Mistura asfáltica
Fadiga
Deformação permanente
Modelagem
Data do documento: 26-Jun-2014
Citação: BABADOPULOS, L. F. A. L. (2014)
Resumo: Apesar de simulação de envelhecimento ser realizada em ligantes asfálticos através dos ensaios de RTFOT e PAV, nenhuma consideração sobre envelhecimento de misturas é feita na caracterização laboratorial comum. O presente trabalho se concentra na incorporação do envelhecimento na modelagem do comportamento mecânico de concretos asfálticos (CA) para carregamentos que induzem dano. Isto é feito através da combinação de modelos e da adaptação de procedimentos de envelhecimento existentes. O modelo de envelhecimento utilizado se baseia na evolução de uma variável interna de estado e é associado à disponibilidade de oxigênio, à temperatura e a quatro parâmetros materiais. Estes parâmetros são relacionados à susceptibilidade ao envelhecimento, à cinética de reação e à dependência sobre o histórico e sobre a temperatura de envelhecimento. O modelo permite estabelecer relações entre diferentes processos de envelhecimento. Resultados em quatro estados de envelhecimento (em duas temperaturas diferentes) foram analisados, e os parâmetros do modelo estimados. Capturar a dependência do processo quanto à temperatura constitui uma contribuição do trabalho quanto a resultados da literatura. O modelo de envelhecimento é acoplado à resposta viscoplástica e ao dano, comparando-se o comportamento nos diferentes estados. Quanto aos modelos de dano, esta dissertação trata dos derivados da teoria do potencial de trabalho de Schapery para análise da fadiga. O modelo simplificado de dano contínuo em meio viscoelástico (S-VECD) foi selecionado. Ensaios de Creep Dinâmico não confinado foram utilizados para avaliar o efeito do envelhecimento na resistência à deformação permanente. Além da modelagem mecânica do comportamento do CA usando modelos do Estado da Arte, também foram executados métodos de caracterização em uso no Brasil (resistência à tração, módulo de resiliência e ensaios de fadiga por compressão diametral). A possibilidade de se simular a resposta do material em várias condições de carga constitui uma vantagem do método do Estado da Arte sobre o do Estado da Prática, usado principalmente para comparar misturas. Concluiu-se que, dependendo das condições do pavimento e da geometria das camadas, o envelhecimento não necessariamente diminui a resistência à fadiga, embora certamente melhore a resistência à deformação permanente. Isso acontece apesar de o envelhecimento produzir materiais menos tolerantes ao dano, i.e., materiais que rompem para estados de dano menos evoluídos. O procedimento para a caracterização do dano em misturas asfálticas foi implementado e espera-se ter contribuído para um maior desenvolvimento da modelagem de misturas quanto ao envelhecimento.
Abstract: Although aging simulation in binder is performed through RTFO and PAV tests, n o considerations of asphalt mixture aging are made in regular laboratory characterization. T he present work is focused in incorporating aging to the modeling of the mechanical behavior of hot mix asphalt (HMA) during load - induced damage. This is accomplished by combining existing models and the adaptation of mixture aging procedures . The aging model used is based on the evolution of an internal state v ariable, associated to oxygen availability, aging temperature a nd four material parameters. The se parameters are related to aging susceptibility , reaction kinetics and dependency on aging history and on aging temperature. The model allows to establish relation ship s between different aging processes. Results at four aging states (using two different temperatures) we re analyzed and the aging model parameters w ere estimated. Capturing aging dependency on temperature constitutes a contribution of the presen t work with respect to previous results reported in the literature . T he aging model is coupled to viscoplasticity and damage, comparing the behavior observed at the different aging states. Concerning the damage models, t his thesis used mechanical models de rived from Schapery's work potential theory to model fatigue behavior . T he Simplified Viscoelastic Continuum Damage (S - VECD) model was selected . U nconfined dynamic creep tests were used to evaluate the effect of aging in the mixture resistance to permanent deformation. In addition to the state - of - the - art modeling of HMA, the characterization methods currently in use in Brazil (tensile strength, resilient modulus and controlled force indirect tensile fatigue tests) were also conducted . T he possibility to sim ulate the material behavior for various loading conditions constitutes a n advantage of the state - of - the - art model over the state - of - the practice method for fatigue characterization, used primarily to rank mixtures. It was concluded that, depending on pavem ent conditions and layer geometry, aging not necessarily affects negatively the fatigue behavior, while certainly improving the permanent deformation characteristics. That happens de s pite the fact that aging produces less damage tolerant materials, i.e., m aterials that fail for less evolved damage states. T he framework ( testing and analysis) for damage characterization of asphalt mixtures was implemented and it is expected to contribute to further developments in aging modeling of asphalt mixtures
Descrição: BABADOPULOS, L. F. A. L. A Contribution to couple aging to hot mix asphalt (HMA) mechanical characterization under load-induced damage. 2014. 139 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia de Transportes) – Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2014.
URI: http://www.repositorio.ufc.br/handle/riufc/11164
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