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Title in Portuguese: Evaluation of the coarse aggregate influence in the fatigue damage using fine aggregate matrices with different maximum nominal sizes
Author: Freire, Reuber Arrais
Advisor(s): Castelo Branco, Verônica Teixeira Franco
Keywords: Transportes
Dano
Fadiga
Issue Date: 1-Jul-2015
Citation: FREIRE, R. A. Evaluation of the coarse aggregate influence in the fatigue damage using fine aggregate matrices with different maximum nominal sizes. 2015. 86 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia de Transportes)–Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2015.
Abstract in Portuguese: O Trincamento por fadiga é um dos problemas mais comuns em pavimentos flexíveis no Brasil e no mundo. Danos por fadiga em misturas asfálticas se origina como um fenômeno de pequena escala. Recentemente, alguns autores têm utilizado a porção fina das misturas asfálticas, chamado Matriz de Agregados Finos (MAF), como um passo intermediário para estimar o comportamento do Concreto Asfáltico (CA). Por definição, a MAF é composta de agregados finos, fíler mineral e ligante asfáltico. Há muitas questões volumétricas neste tipo de mistura. No Brasil, a pesquisa desenvolvida sobre MAF usa peneira #10 (2,00mm) na preparação de amostras, uma vez que a peneira #16 (mais utilizado na literatura) não pertence ao conjunto de peneiras normatizadas nacionalmente. Recentemente, alguns autores têm utilizado o conceito de mecânica do dano contínuo em meios viscoelásticos, a fim de quantificar o dano durante o ensaio de fadiga. Nesta teoria as trincas são consideradas homogêneas dispersa no meio, e são representados como variáveis ​internas ​de estado determinadas experimentalmente. O objetivo deste estudo é avaliar a influência da variação de um dos constituintes da MAF, os agregados, variando seu tamanho máxima nominal (TMN), na resistência ao dano destas misturas asfálticas. Para alcançar o objetivo, ensaios de Linear Amplitude Sweep (LAS) e Time Sweep (TS) à tensão controlada e à deformação controlada foram realizadas nas misturas e os resultados foram analisados ​​usando o método simplified viscoelastic continuum damage (S-VECD) para a criação de curvas C vs S. Através dos resultados e um critério de falha com base em energia, os testes cíclicos podem ser simulados em diferentes condições de carregamento para a construção da curva de Wöhler. Os módulos dinâmicos obtidos das MAFs são muito semelhantes aos da frequência utilizada para induzir danos. No entanto, para menor freqüência, a MAF intermediária apresentou menor valor de rigidez. Concluiu-se que as MAFs com diferentes TMNs apresentaram desempenhos de dano muito distintos, e à diminuição do TMN da mistura resulta em um aumento da resistência ao dano para baixas amplitudes de deformação. Além disso, o protocolo de teste LAS não permite a previsão de falha, devido à ausência de falha neste tipo de ensaio para MAF.
Abstract: Fatigue cracking is one of the most common distresses in flexible pavements in Brazil and in the world. Fatigue damage in asphalt mixtures originates as a small scale phenomenon. Recently, some authors have used the fine portion of the asphalt mixtures, called Fine Aggregates Matrix (FAM), as an intermediate step to estimate the hot mix asphalt (HMA) behavior. By definition, the FAM is composed of fine aggregates, mineral filler and asphalt binder. There are many volumetric issues of these kind of mixtures. In Brazil, the developed research regarding FAM uses sieve #10 (2.00mm) in the FAM sample preparation, since the #16 sieve (most used in the literature) does not belong to the set of national standardized sieves. Recently, some authors have used the concept of continuum damage mechanics in viscoelastic media in order to quantify the damage during the fatigue testing. In this theory the cracks are considered homogeneous dispersed in the medium, and are represented from internal state variables, determined experimentally. The objective of this study is to evaluate the influence of the variation of one of the FAM constituents, the aggregates, by varying its Maximum Nominal Size (MNS), on damage resistance of these asphalt mixtures. To achieve the objective, Linear Amplitude Sweep (LAS) and time sweep (TS) tests at controlled stress and controlled strain modes of loading were performed on the mixtures and the results were analyzed using the simplified viscoelastic continuum damage (S-VECD) methodology creating C vs S curves. Through the results and a failure criterion based on energy, cyclic tests can be simulated at different loading conditions for Wöhler’s curves construction. The FAM dynamic moduli obtained are very similar to the frequency used to induce damage. However, for lower frequency, the intermediate FAM presented lower stiffness value. It was concluded that FAM with different MNS present very distinct damage performance, and the decrease in the MNS results in an increase in the mixture damage performance for low strain amplitudes. Also, the LAS testing protocol does not allow failure prediction due to the absence of failure in this type of test for FAM.
URI: http://www.repositorio.ufc.br/handle/riufc/13875
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