Pavimento Rígido de Dupla Camada Com Propriedade ...
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DESEMPENHO MECÂNICO DE MISTURAS ASFÁLTICAS NANOMODIFICADAS
João Victor Staub de Melo, Dr.
Glicério Trichês, Dr.
Universidade Federal de Santa Catarina - UFSC
Universidade Federal de Santa Catarina - UFSC Grupo de Pesquisa Rodovias Verdes www.rodoviasverdes.ufsc.br
INTRODUÇÃO E OBJETIVO DA PESQUISA
Deformação Permanente
Trincamento Por Fadiga DEFEITOS
Nanotecnologia Misturas Modificadas Com Nanocompósitos Asfálticos
NANOCOMPÓSITOS ASFÁLTICOS Partícula de Argila Nanocompósitos Asfáltico de Nanoargila
Nanocompósitos Asfáltico de NTC CAP 50-70
Nanotubo de Carbono (NTC)
NA-3%
NTC-2%
ENSAIOS DE DESEMPENHO DA MISTURA ASFÁLTICA
MÉTODO DA PESQUISA
NANOCOMPÓSITOS DESENVOLVIDOS
CAP 50-70
NANOARGILA 3%
CAP 50-70
NTC 2%
CAP 50-70
SIMULAÇÃO NUMÉRICA
1 - LOTTMAN MODIFICADO 2 - DEFORMAÇÃO PERMANENTE 3 - MÓDULO COMPLEXO 4 - RESISTÊNCIA À FADIGA
APRESENTAÇÃO DOS RESULTADOS
NANOMODIFICAÇÃO DO CAP 50-70
- Misturador mecânico de alto cisalhamento; - Temperatura de 150 oC; - 5.000 rpm; - Tempo de compatibilização de 1h40min.
NANOCOMPÓSITO DE NANOARGILA NA-3%
NANOCOMPÓSITO DE NANOTUBO DE CARBONO NTC-2%
APRESENTAÇÃO DOS RESULTADOS DOSAGEM DA MISTURA DE CONCRETO ASFÁLTICO
TEOR ÓTIMO 4,35%
Energia de Compactação Superpave
Parâmetros de compactação
Ninicial Nprojeto Nmáximo
Tráfego
50 75 Muito leve (local)
7 75 115 Médio (rodovias coletoras)
8 100 160 Médio a alto (vias principais, rodovias rurais)
9 125 205 Alto volume de tráfego (interestaduais, muito pesado)
APRESENTAÇÃO DOS RESULTADOS DANO POR UMIDADE INDUZIDA – LOTTMAN MODIFICADO
O resultado RTu/RT deve ser maior que 70%, ou seja, que apresentem um dano máximo de 30%!
APRESENTAÇÃO DOS RESULTADOS RESISTÊNCIA À DEFORMAÇÃO PERMANENTE
Condições do ensaio:
• Temperatura de 60 oC • Frequência de 1 Hz • Carregamento de 5 kN • Pressão do pneu de 0,6 MPa
5 x 18 x 50 cm
Redução do afundamento com os nanocompósitos: NA-3% = 29% NTC-2% = 51%
APRESENTAÇÃO DOS RESULTADOS RESULTADOS DE DEFORMAÇÃO PERMANENTE
APRESENTAÇÃO DOS RESULTADOS OBTENÇÃO DOS CORPOS DE PROVA PARA MÓDULO COMPLEXO E FADIGA
CP 1.2
CP 1.3
CP 1.4
CP 1.5
CP 1.1
CP 1.5
40,
00
60,00
38,10
5,08
9,0
0
Vista Lateral
1 2
3 4
APRESENTAÇÃO DOS RESULTADOS
ENSAIO DE MÓDULO COMPLEXO
CONDUÇÃO DO ENSAIO: - Deformação controlada; - Carregamento sinusoidal alternado; - Amplitude da deformação de 50 μm/m; - Frequências: 0,1 Hz, 0,2 Hz, 0,5 Hz, 1 Hz,
2 Hz, 5 Hz, 10 Hz, 20 Hz; - Temperaturas: 0 oC, 5 oC, 10 oC, 15 oC, 20
oC, 25 oC e 30 oC.
Aumento do Módulo Complexo com os nanocompósitos:
NA-3% 20% NTC-2% 25%
Frequência de ensaio: 10 Hz Temperatura de ensaio: 20 oC
Redução do Ângulo de Fase com os nanocompósitos:
NA-3% 15% NTC-2% 18,5%
Efeito dos Nanomateriais no Comportamento Reológico
APRESENTAÇÃO DOS RESULTADOS
RESULTADOS DE MÓDULO COMPLEXO
APRESENTAÇÃO DOS RESULTADOS RESISTÊNCIA À FADIGA
Esforço Cortante
Momento Fletor
Carregamento
Reação Reação
Def
orm
ação
(Ɛ)
Tempo
Ɛo
Sinusoidal (Flexão Alternada)
Def
orm
ação
(Ɛ)
Tempo
Ɛo
Haversine (Pulsatório)
MODO DE CARREGAMENTO
APRESENTAÇÃO DOS RESULTADOS
CONDUÇÃO DO ENSAIO DE FADIGA: - Carregamento sinusoidal contínuo; - Deformação controlada; - Critério de ruptura: redução de 50% do módulo complexo inicial; - Módulo inicial determinado no centésimo ciclo;
- Temperatura do ensaio 15 oC;
- Frequência de teste de 10 Hz, equivalente a velocidade de 72 km/h.
APRESENTAÇÃO DOS RESULTADOS RESULTADO DE RESISTÊNCIA À FADIGA
MISTURA DE REFERÊNCIA X
MISTURA DE NTC-2%
APRESENTAÇÃO DOS RESULTADOS
MISTURA DE REFERÊNCIA X
MISTURA DE NA-3%
RESULTADO DE RESISTÊNCIA À FADIGA
APRESENTAÇÃO DOS RESULTADOS MODELIZAÇÃO DA ESTRUTURA DO PAVIMENTO ASFÁLTICO
18,0
018
,00
20,0
0
Concreto Asfáltico
Camada Viscoelástica
(T = 15 oC)
Brita Graduada
E = 260 MPa; ν = 0,35
Camada Elástica
Macadame Seco
E = 210 MPa; ν = 0,35
Camada Elástica
Páleo Duna
E = 180 MPa; ν = 0,35
Camada Elástica
V = 20 m/s
Eixo Simples de Roda Dupla
Q = 8,2 ton
Ɛt
Estrutura do Pavimento: - Segmento monitorado na BR-101/SC. contorno de Araranguá-SC.
APRESENTAÇÃO DOS RESULTADOS MODELIZAÇÃO DA ESTRUTURA DO PAVIMENTO ASFÁLTICO
Parâmetros
Revestimento asfáltico
Referência
(1a Simulação)
NTC-2%
(2a Simulação)
NA-3%
(3a Simulação)
Equação de
Fadiga N=1,32x1014 Ɛt
-4,25 N=5,30x1015 Ɛt-4,88 N=4,54x1015 Ɛt
-4,84
Ɛt (µm/m) 61 53 56
N8,2t 3,41x106 2,04x107 1,57x107
Resistência à Ruptura por Fadiga NA-3% 4,6 vezes maior NTC-2% 6 vezes maior
APRESENTAÇÃO DOS RESULTADOS
EQUIVALÊNCIA DE DESEMPENHO DA MISTURA DE REFERÊNCIA EM RELAÇÃO ÀS MISTURAS NTC-2% E NA-3%
MISTURA
NTC-2%
NA-3%
CRITÉRIO: DEFORMAÇÃO DE TRAÇÃO
40,0 µm/m
42,6 µm/m
= =
ESPESSURA DO REVESTIMENTO
+ 7 cm
+ 6 cm
CONCLUSÕES
A principal conclusão da pesquisa é o efeito benéfico da incorporação de nanotubo de carbono e nanoargila nas misturas asfálticas. Os nanomateriais proporcionam: • Aumento da resistência à ação deletéria da água;
• Maior resistência à deformação permanente;
• Aumento do módulo complexo, redução do ângulo de fase e menor
susceptibilidade térmica; • Maior resistência à fadiga;
• A simulação numérica da estrutura do pavimento comprova um aumento na
vida à fadiga do revestimento asfáltico de 6 vezes e 4,6 vezes mais quando utilizado os nanocompósitos NTC-2% e NA-3%, respectivamente.
AGRADECIMENTOS
Rede Temática do Asfalto/Petrobras
Laboratório Central de Microscopia Eletrônica UFSC