Thiago Delgado de Souza
Título
IMPROVING FINE AGGREGATE MATRIX MIX DESIGN AND SAMPLE FABRICATION USING EXPERIMENTAL DATA-DRIVEN CRITERIA
Resumo
As matrizes de agregados finos (MAFs) têm sido identificadas como um constituinte relevante dos concretos asfálticos (CAs). Para permitir análises realistas sobre o comportamento de amostras de MAFs, as características inerentes às misturas asfálticas devem ser consideradas nos procedimentos de dosagem. Estas características, por vezes, não são obtidas diretamente de ensaios e têm seus valores assumidos ou adotados a partir de valores sugeridos em tabelas disponíveis na literatura. Tais características incluem a área de superfície específica e o tamanho máximo dos agregados, a espessura do filme de ligante asfáltico e o percentual de vazios a serem adotados na fabricação de amostras. Para permitir a determinação direta destes parâmetros, este trabalho propõe diversos procedimentos baseados em caracterizações em laboratório e em técnicas de análise digital de imagens. Um procedimento é inicialmente proposto para a caracterização da área de superfície específica dos agregados, com o uso de um granulômetro a laser. Em seguida, é sugerido um critério para selecionar o tamanho máximo dos agregados a ser utilizado na fabricação de MAFs, com base em imagens obtidas em ensaios de microtomografia computadorizada de raios X e do comportamento em multiescala dos materiais asfálticos. Também utilizando ensaios de microtomografia computadorizada de raios X, características volumétricas relacionadas à distribuição e ao teor de vazios em regiões de MAFs presentes em CAs são identificadas, considerando procedimentos avançados de inteligência artificial na fase de segmentação das imagens das amostras. Além disso, uma técnica recentemente proposta é otimizada para permitir a medição da espessura do filme de ligante de MAFs presentes em CAs. Por fim, estes procedimentos e seus respectivos resultados são integrados e aplicados para dosar novas MAFs, tendo como base um conceito de dosagem de MAFs já existente. As MAFs projetadas usando o procedimento de dosagem desenvolvido possuem o potencial de garantir uma relação simplista entre o módulo dinâmico da MAF e do CA e de prever melhor o fenômeno de trincamento por fadiga a partir da razão de deformação entre as diferentes escalas de materiais. Dessa forma, acredita-se que as MAFs dosadas por este procedimento podem resultar em previsões mais acuradas do comportamento global das misturas asfálticas a partir de modelos baseados na abordagem de multiescala.
Abstract
Fine aggregate matrices (FAMs) have been identified as a key constituent of asphalt concrete (AC). To allow realistic analyses of the behavior of FAM testing specimens that are representative of the material present in the asphalt mixtures, mix design procedures must consider characteristics inherent to the material. Those are often not directly obtained from tests and have their values assumed or adopted from tables available in the literature. Those characteristics include the specific surface area and maximum size of aggregates, the asphalt binder film thickness, and the percentage of air voids to be adopted in the fabrication of the testing samples. To allow the direct determination of these parameters, this work proposes several procedures based on laboratory characterizations and on digital image analysis techniques. A procedure is initially proposed to characterize the specific surface area of fine aggregates, employing a laser granulometer. Then, a criterion is suggested to select the maximum size of the aggregates to be used in FAM fabrication, based on images obtained in X-ray micro-computed tomography tests and on the multiscale behavior of asphalt materials. Also, using X-ray micro-computed tomography tests, volumetric characteristics related to the distribution and content of air voids in FAM regions within the ACs are identified, considering advanced artificial intelligence procedures in the segmentation image step of the samples. Moreover, a technique recently developed is optimized to allow the measurement of the asphalt binder film thickness in FAMs comprising the ACs. Finally, all these procedures and their respective results are integrated and applied to design new FAMs based on an existing FAM mix design. The FAM mixtures designed using the developed mix design procedures have the potential to ensure a simplistic relationship between the dynamic modulus of the FAM and the AC and to better predict the fatigue cracking phenomenon trough the strain ratio relationship between the different material scales. Therefore, it is believed that the FAMs designed by this procedure can result in more accurate predictions of the global behavior of the asphalt mixtures from multiscale-based approaches.
