Influência da temperatura na resistência à fadiga da mistura asfáltica e na estimativa da vida útil do pavimento: abordagem da energia dissipada acumulada e fenomenológica

Abstract

O sistema rodoviário é o principal meio de transporte de cargas e passageiros no Brasil e 12,3% dessas estradas são pavimentadas. Apesar disso, as condições de tráfego estão muito abaixo do esperado para uma utilização segura e confortável. O trincamento por fadiga gerado pela repetição de cargas sobre o pavimento é um dos principais defeitos encontrados, logo, faz-se necessário um aprofundamento no assunto. Esse trabalho apresenta um estudo sobre um dos principais influenciadores da resistência à fadiga do material: a temperatura. O objetivo principal proposto é a avaliação da influência que a temperatura exerce sobre a resistência à fadiga do revestimento asfáltico, sob a ótica de duas abordagens diferentes: a abordagem da energia dissipada acumulada e a fenomenológica. Fez-se uso de ensaios laboratoriais no aparato de flexão a quatro pontos nas temperaturas de 4, 15 e 20 °C. Com a aplicação dos dados brutos dos ensaios nos critérios de ruptura de Pronk e Hopman (energia dissipada) e convencional (fenomenológica), constatou-se que a abordagem que considera a degradação da rigidez apresenta valores menos conservadores para o número de ciclos necessários para levar a amostra à ruptura. Na obtenção das curvas de fadiga e posterior estimativa de vida útil, constatou-se que as temperaturas mais baixas são melhores para o revestimento asfáltico, independente da abordagem utilizada. A temperatura de 4 °C apresenta uma vida útil da ordem de 4 a 5 vezes maior que a temperatura de 15 °C e de 6 a 7 vezes maior que a de 20 °C, sob ambas as perspectivas. O procedimento utilizado para determinar a temperatura e frequência críticas para o material analisa apenas a parcela viscosa do módulo complexo, porém, concluiu-se que essa componente não pode ser avaliada isoladamente. É preciso levar em conta a microdeformação de tração atuante no pavimento. Por isso, a energia dissipada inicial é um parâmetro tido como ideal para realizar essa predição, visto que considera ambos os valores em seu cálculo. Após o estudo, constatou-se que a temperatura de 4 °C apresentou os melhores resultados para a vida à fadiga. Quanto maior a temperatura, piores foram os resultados.

Roadways are the main mean of transport of cargo and passengers in Brazil and 12.3% of these roads are paved. Despite this, traffic conditions are far below expected for safe and comfortable use. The fatigue cracking generated by repetitions of loads on the pavement is one of the main defect found, therefore, a deepening of the subject is necessary. This paper presents a research about one of the main influencers of material fatigue resistance: temperature. The main objective proposed is to evaluate the influence of temperature on the fatigue resistance of the asphalt coating, throughout two different optic approaches: the phenomenological approach and accumulated dissipated energy. Laboratory tests were performed on the four point flexural apparatus at the temperatures of 4, 15, and 20 °C. With the application of the raw data of the tests in the rupture criteria of Pronk and Hopman (dissipated energy) and conventional (phenomenological approach), it was found that the approach considering the degradation of stiffness presents less conservative values for the number of cycles required to bring the sample to rupture. In obtaining the fatigue curves and subsequent estimate f useful life, it was found that lower temperatures are better for asphalt coating, regardless of the approach. The temperature of 4 °C presents 4 to 5 times bigger useful life than the temperature of 15 °C and 6 to 7 times more than the temperature of 20 °C, through both perspectives. The procedure used to determine the temperature and critical frequency for the material uses only the viscous portion of the complex module, although, it was concluded that this component cannot be evaluated alone. It is necessary to take into account the microdeformation of traction acting on the pavement. Therefore, the initial dissipated energy is an ideal parameter to carry out this prediction, since It considers both of the values in its calculations. After the study, it was found that the temperature of 4 ° C presented the best results for the life to the fatigue. The higher the temperature, the worse the results.