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Title in Portuguese: Avaliação do modelo viscoelástico linear aplicado a misturas asfálticas utilizadas em revestimentos de pavimentos no Brasil
Author: Babadopulos, Lucas Feitosa de Albuquerque Lima
Advisor(s): Soares, Jorge Barbosa
Co-advisor(s): Souza, Flávio Vasconcelos de
Keywords: Modelos viscoelásticos lineares
Misturas asfálticas
Módulo dinâmico
Ângulo de fase
Módulo de resiliência
Issue Date: 2013
Citation: BABADOPULOS, L. F. d. A. L. (2013)
Abstract in Portuguese: A tendência da Mecânica dos Pavimentos, quanto à análise estrutural, é a gradual sofisticação dos modelos constitutivos dos materiais. A hipótese de elasticidade linear, ainda usada no estado da prática (a partir da utilização do módulo de resiliência), cede lugar a modelos constitutivos mais gerais e adequados a cada um dos constituintes quando se trata do estado da arte. No caso dos solos, estimula-se o uso de modelos resilientes não-lineares, e no das misturas asfálticas, modelos viscoelásticos, para os quais o módulo dinâmico e o ângulo de fase são as propriedades a determinar. O presente trabalho trata da modelagem viscoelástica linear de misturas asfálticas. Alguns dos modelos existentes apenas ajustam resultados experimentais usando funções matemáticas genéricas, como as leis de Potência ou a função sigmoidal. Outros utilizam análogos mecânicos, que permitem a interpretação física dos resultados matemáticos. Dentre os modelos baseados em análogos mecânicos, destacam-se os de Kelvin-Voigt e de Maxwell-Wiechert (associações de um número finito de molas e amortecedores lineares cujos resultados matemáticos são séries de Prony) e o modelo 2S2P1D (associação de duas molas lineares, um amortecedor linear e dois parabólicos). Enquanto os primeiros apresentam elevada eficiência computacional, o último apresenta resultado mais refinado para a representação do comportamento das misturas asfálticas. Isso se deve ao fato de os primeiros poderem fornecer apenas um Espectro Discreto de Relaxação, mesmo com a utilização de muitos elementos, enquanto o último é capaz de representar um Espectro Contínuo, equivalente a uma quantidade infinita de elementos discretos. Durante o presente trabalho, diversas misturas asfálticas foram estudadas, com diferentes tipos de ligantes modificados e agregados. Trata-se de uma base de dados extensa, em se considerando a dificuldade de se encontrar modelos viscoelásticos disponíveis na literatura. Foi estudado e validado para misturas asfálticas um método matemático aproximado para obtenção do ângulo de fase a partir do módulo dinâmico. Além disso, foram apresentados e testados métodos para obtenção do módulo de resiliência a partir do módulo dinâmico. Quanto à modelagem viscoelástica linear, a aplicação do modelo 2S2P1D permite a melhor representação das propriedades viscoelásticas lineares das misturas asfálticas, mas recomenda-se a obtenção das séries de Prony a partir do modelo 2S2P1D para a modelagem dos pavimentos, por causa de sua maior eficiência computacional.
Abstract: The trend in Pavement Mechanics with respect to structural analysis is the progressive enhancement of constitutive models. The hypothesis of linear elasticity for all layer materials is commonly used in practical applications, by using the resilient modulus. However, more general constitutive equations can be used, such as non-linear elastic models for soils, and linear viscoelasticity for asphalt mixes (by using the dynamic modulus). This paper deals with the linear viscoelastic modelling of asphalt mixes. Some of the existing models fit general mathematic functions, like the Power Laws or the Sigmoidal Functions. Others are based in mechanical analogs, and considered to be a better physical interpretation of the mathematical results. Among the analogical models, the Kelvin-Voigt, the Maxwell-Wiechert (both being associations of a finite number of linear springs and dashpots, from which the mathematical results are Prony series) and the 2S2P1D model (association of two linear springs, two parabolic dashpots and a linear one) are the most used. While the first ones present high computational efficiency, the last one obtains more refined results while representing the linear viscoelastic properties of asphalt mixes. This is due to the fact that the first ones result only in a Discrete Relaxation Spectrum, even using a high number of elements, while the latter is capable of representing a Continuum Relaxation Spectrum, using only seven model constants, which is equivalent to an infinite number of viscoelastic elements. For the present paper, different asphalt mixes were evaluated, using different modified binders and aggregates. An extensive database was created for asphalt mixes used in Brazil. Na approximate mathematical method to obtain the phase angle from the dynamic modulus master curve was studied and validated for asphalt mixes. In addition, a method to obtain the resilient modulus from the dynamic modulus was presented. With respect to the linear viscoelastic modelling, the application of 2S2P1D model allows a better representation of the linear viscoelastic properties of asphalt mixes, but Prony series are recommended to Pavement Analysis because of its lower computational cost. Prony series can be obtained from an adjusted 2S2P1D model.
Description: BABADOPULOS, Lucas Feitosa de Albuquerque Lima. Avaliação do modelo viscoelástico linear aplicado a misturas asfálticas utilizadas em revestimentos de pavimentos no Brasil. 2013. 86 f. Monografia (Graduação em Engenharia Civil)-Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2013.
URI: http://www.repositorio.ufc.br/handle/riufc/36433
metadata.dc.type: TCC
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