Influência do gradiente de temperaturas na estimativa da vida à fadiga do revestimento asfáltico

Abstract

O sistema de transportes brasileiro tem o modal rodoviário como principal meio, tanto para cargas quanto para passageiros e apenas 12,3% dessas estradas estão pavimentadas. Apesar da sua importância, as condições de tráfego nas vias estão muito abaixo do esperado para uma utilização segura e confortável. Faz-se necessário um maior aprofundamento nos fenômenos de degradação do pavimento das rodovias brasileiras. A fadiga devido a repetição de carregamento é um processo de dano cumulativo e uma das principais causas de perda estrutural em pavimentos flexíveis. O presente trabalho aborda um dos principais influenciadores da resistência à fadiga do revestimento asfáltico: a temperatura. O objetivo principal proposto é a avaliação da vida à fadiga de um revestimento asfáltico sob a atuação de um gradiente de temperaturas. Foi utilizado um modelo matemático baseado em dados climatológicos dos anos de 2017 e 2018, da cidade de Araranguá para obter o perfil de temperatura. A previsão de desempenho do material asfáltico à fadiga baseou-se na abordagem fenomenológica. Fez-se uso de ensaios laboratoriais realizados por Melo (2014) e Pereira (2017) no aparato de flexão a quatro pontos nas temperaturas de 4, 15 e 20 °C, utilizando o critério de ruptura convencional e deformação controlada. Simulações numéricas da estrutura do pavimento foram realizadas em diferentes datas do período de estudo para avaliar como a sazonalidade e o gradiente de temperaturas interfere na vida de fadiga do revestimento asfáltico. Constatou-se que a equação utilizada para obter o perfil térmico do revestimento fornece dados coerentes para as temperaturas máximas do revestimento. Observou-se também que as simulações numéricas indicam a suscetibilidade térmica da mistura asfáltica, apresentando maior resistência à fadiga sob um perfil de temperaturas variável quando comparadas às simulações sob a temperatura média do gradiente. Quanto à avaliação das diferentes estações do ano, o desempenho do revestimento à fadiga é máximo no Inverno e mínimo no Verão. O dimensionamento racional de um pavimento rodoviário com revestimento asfáltico deve considerar o gradiente de temperaturas como parâmetro influente na vida a fadiga do pavimento.

The Brazilian transportation system has roadways as main mean of transport for both: cargo and passenger. Only 12,3% of this roads are paved. Despite of its importance, the traffic condition is bellow-expected for comfort and safety usage. It requires a closer look to the deterioration phenomenon of Brazilian paved roadways. Fatigue due to repeated traffic loading is a process of cumulative damage and one of the principal failure modes of flexible pavement structures. This study discusses one of the main influences in the fatigue resistance of asphalt mixtures: the temperature. The study central focus is the evaluation of the fatigue resistance in a flexible structure pavement undergoing thermal gradients. The pavement temperature profile is obtained through a mathematical model based on weather reports from Araranguá in between 2017 and 2018. The prediction of fatigue resistance for the asphalt mixture is oriented in a phenomenological approach. The asphalt concrete data comes from laboratory tests performed by Melo (2014) and Pereira (2017) on the four point flexural apparatus at the temperatures of 4, 15, and 20 °C using the conventional criteria of rupture. Numerical simulations of the pavement structure were performed in different times of the year to evaluate the influence of seasonality in the fatigue resistance performance. It was found that the equation used to obtain de thermal gradient provides consistent data to the maximum temperature on the asphalt mixture. Also, the simulations points to the thermal susceptibility of asphalt mixtures, showing a better performance of the flexible pavement when it’s submitted to a temperature variable when compared to simulation with uniform temperature. About seasonality influence, the best overall performance is obtained in the Winter, and the worst performance was calculated in Summer. A rational assess and designing of asphalt pavement structures has to consider the thermal gradients as an influent parameter in the fatigue-life prediction.