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Tese de Doutorado
Documento
Autor
Nome completo
Andressa Ka Yan Ng
E-mail
Unidade da USP
Área do Conhecimento
Data de Defesa
Imprenta
São Carlos, 2017
Orientador
Banca examinadora
Faxina, Adalberto Leandro (Presidente)
Aragão, Francisco Thiago Sacramento
Bhasin, Amit
Branco, Verônica Teixeira Franco Castelo
Savasini, Kamilla Vasconcelos
Título em inglês
Evaluation of the fatigue damage behavior of fine aggregate matrices prepared with modified asphalt binders
Palavras-chave em inglês
Asphalt mastics
Fine aggregate matrices
Long-term aging
Modified asphalt binders
Short-term aging
Viscoelastic continuum damage (VECD)
Resumo em inglês
The fatigue cracking process occurs by the repeated dynamic loading from the traffic of heavy vehicle. This phenomenon initiates as microcracks and develops under two circumstances: (i) after adhesive failure, when the crack occurs at the interface aggregate-mortar, and/or (ii) after cohesive failure, when the crack develops within the mortar. Based on such interpretation of the cracking phenomenon in asphalt concrete mixtures, researchers have been using the fine aggregate matrices (FAMs) to estimate the fatigue behavior of the asphalt concrete. Good agreement is observed between the properties of the FAM and asphalt concrete properties in studies related to moisture damage, fatigue cracking and permanent deformation. Regarding the fatigue resistance of the flexible pavements, it is important to investigate the effect of the use of modified binders and the binder aging on the fatigue properties of the asphalt concrete, once that the modified binder can enhance the fatigue behavior of the asphalt concrete, and the binder aging hardens the asphalt binder and turns it into a fragile material, with negative effects on the fatigue life of the asphalt concrete. Based on these evidences, this study has the objective of evaluating the effect of modified binders and aging level on the fatigue life of the FAMs, asphalt mastics and asphalt binders. The three scales are comprised of four asphalt binders (neat, AC+PPA, AC+SBS and AC+rubber) aged in short- and long-term. The fatigue properties of the three scales were evaluated by means of the viscoelastic continuum damage (VECD) concepts, once that this theory is able to predict the asphalt concrete behavior independent of loading mode (uniaxial or torsional), control mode (stress-control or strain-control), and amplitude loading applied to induce the damage. The overall results indicate that the addition of modified binder enhances the fatigue behavior and that extended aging is capable of compromise the fatigue performance. At the scales of the binder and the mastic, the AC+rubber presented the best fatigue performance, occupying the first position in the final rank order, and the AC+SBS presented the worst performance, occupying the last position. However, at the FAM scale, the FAMs prepared with the AC+SBS presented the best fatigue performance, occupying the first position in the final rank order, and the FAMs prepared with the neat binder presented the worst behavior, occupying the last position. The best correlation between the three scales regarding the short- and long-term aging was obtained between binder and mastics aged in the PAV with the FAMs aged in long-term for 30 days.
Título em português
Avaliação do comportamento ao dano por fadiga de matrizes de agregado fino preparadas com ligantes asfálticos modificados
Palavras-chave em português
Dano contínuo em meio viscoelástico (VECD)
Envelhecimento a curto prazo
Envelhecimento a longo prazo
Ligantes asfálticos modificados
Mástiques
Matrizes de agregado fino
Resumo em português
O processo de trincamento por fadiga ocorre devido ao carregamento dinâmico repetido do tráfego de veículos pesados. Este fenômeno tem o início por meio de microtrincas e se propaga por meio de duas condições: (i) após a ruptura adesiva, quando a trinca ocorre na interface entre agregado e mástique, e/ou (ii) após a ruptura coesiva, quando o processo de trincamento ocorre no mástique. Com base nesta interpretação para o trincamento por fadiga em mistura asfáltica, pesquisadores vêm usando matrizes de agregado fino (MAFs) para estimar o comportamento da mistura asfáltica completa quanto ao dano por fadiga. Boa correlação é observada entre as propriedades da MAF e da mistura asfáltica completa (MAC) em estudos relacionados ao dano por umidade, fadiga e deformação permanente. Com relação a resistência de pavimentos flexíveis, é importante avaliar o efeito do uso de ligantes asfálticos modificados e do envelhecimento do ligante nas propriedades da mistura asfáltica, uma vez que ligantes modificados podem melhorar o comportamento da mistura asfáltica quanto ao dano por fadiga, e o envelhecimento do ligante asfáltico pode enrijecer o material tornando-o mais frágil, reduzindo a vida de fadiga das misturas asfálticas. Levando em consideração as evidências apresentadas, este estudo tem por objetivo avaliar o efeito de ligantes asfálticos modificados e o nível de envelhecimento na vida de fadiga das MAFs, mástiques e ligantes asfálticos. Estas três escalas da mistura asfáltica completa foram compostas por quatro ligantes asfálticos (CAP 50/70, CAP+PPA, CAP+SBS e CAP+borracha) envelhecidos a curto e a longo prazo. As propriedades das três escalas quanto ao dano por fadiga foram avaliadas por meio dos conceitos da teoria do dano contínuo em meio viscoelástico (VECD), uma vez que esta teoria é capaz de prever o comportamento da mistura asfáltica independentemente do modo de carregamento (uniaxial ou torsional, tensão ou deformação controlada) e da amplitude do carregamento aplicado ao material para induzir o dano. De modo geral, os resultados indicaram que o uso de ligantes asfálticos modificados melhoram o comportamento das MAFs quanto ao dano por fadiga e o envelhecimento é capaz de comprometer o desempenho das MAFs quanto ao trincamento por fadiga. Na escala do ligante e do mástique asfáltico, o CAP+borracha apresentou o melhor desempenho à fadiga, ocupando o primeiro lugar no ordenamento final, e o CAP+SBS o pior desempenho, ocupando a última posição. Entretanto, na escala da MAF, as MAFs preparadas com CAP+SBS apresentaram o melhor desempenho à fadiga, ocupando o primeiro lugar no ordenamento final, e as MAFs preparadas com CAP 50/70 apresentaram o pior desempenho, ocupando o último lugar no ordenamento final. A melhor correlação entre as três escalas com relação ao envelhecimento a curto e a longo prazo, foi obtido entre os ligantes asfálticos e mástiques envelhecidos no PAV com as MAFs envelhecidas a longo prazo por 30 dias.
 
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Data de Publicação
2018-01-26
 
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  • Domingos, M.D.I., and FAXINA, A. L. Creep-recovery behavior of asphalt binders modified with SBS and PPA. Journal of Materials in Civil Engineering, 2014, vol. 26, p. 781-783.
  • Domingos, M.D.I., e FAXINA, A. L. Avaliação do comportamento fluência-recuperação de ligantes asfálticos modificados com SBS e ácido polifosfórico. Transportes (Rio de Janeiro), 2013, vol. 21, p. 51-58.
  • Domingos, M.D.I., and FAXINA, A. L. Concepts and application of the dynamic creep test in the rheological characterization of asphalt binders. In 2o. Congresso Brasileiro de Reologia, Aracaju, 2013. Livro de resumos e programação científica., 2013. Abstract.
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  • Domingos, M.D.I., e FAXINA, A. L. Avaliação do comportamento fluência-recuperação de ligantes asfálticos modificados com SBS e ácido polifosfórico. In XXVI ANPET - Congresso de Pesquisa e Ensino em Transportes, Joinville, 2012. Anais do XXVI Congresso de Pesquisa e Ensino em Transportes., 2012.
  • Domingos, M.D.I., e FAXINA, A. L. Caracterização do comportamento fluência-recuperação de ligantes asfálticos modificados virgens e envelhecidos. In XVI Congresso Iberolatinoamericado del Asfalto, Rio de Janeiro, 2011. XVI Congresso Iberolatinoamericado del Asfalto., 2011.
  • Domingos, M.D.I., e FAXINA, A. L. Comportamento fluência-recuperação de ligantes asfálticos modificados com copolímero SBR e ácido polifosfórico. In XXVII ANPET - Congresso Nacional de Pesquisa e Ensino em Transportes, Belém, 2013. XXVII ANPET - Congresso Nacional de Pesquisa e Ensino em Transportes., 2013.
  • Domingos, M.D.I., e FAXINA, A. L. Efeitos de diferentes tempos de fluência e recuperação nas propriedades reológicas de ligantes asfálticos. In 26o. Congresso de Pesquisa e Ensino em Transportes, Joinville, 2012. Panorama Nacional em Pesquisa em Transportes - 2012., 2012. Resumo.
  • Domingos, M.D.I., e FAXINA, A. L. Viscosidade rotacional de ligantes asfálticos modificados de mesmo grau de desempenho. In XXV Congresso da Associação Nacional de Pesquisa e Ensino em Transportes, Belo Horizonte, 2011. XXV Congresso da Associação Nacional de Pesquisa e Ensino em Transportes., 2011.
  • Nuñez, J. Y. M., et al. Propriedades mecânicas de misturas asfálticas preparadas com ligantes asfálticos modificados de mesmo grau de desempenho. In XXVI ANPET - Congresso de Pesquisa e Ensino em Transportes. Anais do XXVI Congresso de Pesquisa e Ensino em Transportes., 2012.
  • Nuñez, J. Y. M., Domingos, M.D.I., and FAXINA, A. L. Rheological tests for fatigue characterization of paving asphalt binders. In 2o. Congresso Brasileiro de Reologia, Aracaju. Livro de resumos e programação científica., 2013. Abstract.
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