Patrícia Hennig Osmari
Título
CHARACTERIZATION OF THE FATIGUE DAMAGE BEHAVIOR OF ASPHALTIC MATERIALS BASED ON EXPERIMENTAL MULTISCALE APPROACHES AND ON THE S-VECD THEORY
Orientador(es)
Francisco Thiago Sacramento Aragão
Leni Figueiredo Mathias Leite
Luis Alberto Herrmann do Nascimento
Resumo
Este estudo investiga o comportamento do dano por fadiga de materiais asfálticos com base em abordagens experimentais de multiescala e na teoria simplificada da mecânica do dano contínuo viscoelástico (S-VECD). Na investigação dos ligantes asfálticos, foram realizadas caracterizações reológicas, químicas e de morfologia superficial para identificar correlações fortes com parâmetros de fadiga. Matrizes de agregados finos (MAFs) foram caracterizadas em um ensaio de carregamento uniaxial implementado em uma prensa servo-hidráulica universal e os resultados foram bem correlacionados com as características mecânicas das misturas asfálticas correspondentes.
Abordagens fundamentalmente diferentes foram empregadas para estimar o comportamento de misturas a partir de características de MAFs com uma formulação empírica e com um modelo analítico baseado na S-VECD que avaliou a relação entre a deformabilidade das duas escalas, a volumetria e as características de dano por fadiga.
Um estudo adicional para estimar o comportamento da fadiga do pavimento usando o programa de análise estrutural LVECD foi conduzido a partir da proposição de uma metodologia que adota dados de MAFs. Uma análise correlacional em diferentes escalas também foi realizada. Espera-se que as metodologias de análise propostas e a identificação de relações entre as escalas do compósito asfáltico investigadas neste estudo contribuam para aprimorar investigações de fadiga a partir da abordagem de multiescala e para facilitar a produção de materiais asfálticos e pavimentos flexíveis duráveis.
Abstract
This study investigates the fatigue damage behavior of asphaltic materials based on experimental multiscale approaches and on the simplified viscoelastic continuum damage (S-VECD) mechanics theory. At the asphalt binder level, rheological, chemical, and surface morphology characterizations were performed to identify fatigue behavior parameters that presented strong correlations. Fine Aggregate Matrices (FAMs) were characterized in a uniaxial loading test that was implemented at a servo-hydraulic universal testing machine and the testing results were well correlated with mechanical characteristics of corresponding Asphalt Concrete (AC) mixtures. Fundamentally different approaches were employed to perform the FAM to AC damage upscale, i.e., an empirical formulation and a S-VECD-based analytical model that evaluated the relationship between strain ratio, volumetrics, and fatigue damage characteristics. An additional study to estimate the pavement fatigue behavior using the LVECD structural analysis program was carried out from the proposition of a methodology that adopts FAM data. A correlational analysis across different scales was also performed. It is expected that the proposed upscale analysis methodologies and the identification of relationships among the asphalt composite scales investigated in this study will contribute for the enhancement of fatigue multiscale frameworks and to facilitate the generation of durable asphaltic materials and flexible pavement structures.
