Gustavo Adolfo Badilla Vargas
Título
Caracterização Numérico-Experimental de Propriedades de Fratura de Misturas Asfálticas de Agregados Finos
Resumo
A caracterização adequada das propriedades de fratura de misturas asfálticas é um passo fundamental para o entendimento do comportamento do material e para a implementação de modelos computacionais de previsão, que podem resultar em economia de tempo e custo dos esforços experimentais. Este trabalho avalia propriedades de fratura de quatro misturas asfálticas de agregados finos (MAF) a partir dos principais ensaios usados na literatura: dois de flexão (flexão de semi-círculos, SCB, e flexão de vigas prismáticas com uma fenda, SE(B)) e um de tração (tração em disco com uma fenda, DC(T)). Foram conduzidos ensaios em três taxas de propagação da fissura (0,5 mm/min., 1,0 mm/min. e 2,0 mm/min.) e três temperaturas (-10°C, 10°C e 25°C). As propriedades de fratura também foram caracterizadas seguindo um procedimento numérico-experimental integrado, a partir de simulações numéricas dos ensaios conduzidos em laboratório. O modelo baseado no método dos elementos finitos considera o comportamento viscoelástico da MAF e simula a formação e a propagação de fissuras explicitamente no material, a partir da consideração do conceito de zonas coesivas de fratura. Os resultados indicam que os procedimentos puramente experimentais propostos na literatura podem não representar de maneira adequada o processo de fratura do material, já que outras fontes de dissipação de energia, além da própria energia dissipada no processo de fratura, são erroneamente incluídas nos cálculos. Alternativamente, o procedimento numérico-experimental adotado mostrou-se uma técnica atrativa e eficiente, já que permitiu a caracterização de diversas propriedades de fratura simultaneamente, a partir de simulações do mesmo ensaio de laboratório.
Abstract
The proper characterization of fracture properties of asphalt mixtures is a key step in the understanding of the material behavior and the implementation of computer prediction models, with significant savings in experimental costs and time. This study evaluates the fracture properties of four fine aggregate asphalt mixtures (FAM) using the main tests used in the literature: two bending test (semi-circular bending, SCB, and singleedge notched beam, SE(B)) and a tensile test (disk-shaped compact tension, DC(T)). Were performed in the laboratory at three propagation speeds (0.5 mm/min., 1.0 mm/min., and 2.0 mm/min.) and three temperatures (-10°C, 10 °C, and 25°C). The fracture properties also were characterized using an integrated numerical-experimental approach through numerical simulations of the tests conducted in the laboratory. The model based on the finite element method considers the viscoelastic behavior of the MAF and simulates the formation and the explicit crack propagation in the material, from the consideration of the concept of cohesive zones fracture. The results indicate that the purely experimental procedures proposed in the literature could be not appropriate for the calculation of fracture characteristics the material, because it erroneously includes other sources of energy dissipation in the calculation of the energy that should solely characterize the fracture process. Alternatively, the integrated numerical-experimental approach shows to be an attractive and efficient method because it allows the determination of multiple fracture properties of the material from the simulation of a single experiment.
