Simulação computacional do ensaio de módulo complexo em misturas asfálticas

Francisco José Pereira de Almeida, Lucas Feitosa de Albuquerque Lima Babadopulos, Jorge Barbosa Soares, Evandro Parente Junior

Resumo


Considerando-se as heterogeneidades inerentes e utilizando-se o Método dos Elementos Finitos juntamente com a Teoria da Viscoelasticidade Linear é simulado computacionalmente, para materiais asfálticos, o ensaio de módulo complexo (que se traduz em um valor absoluto chamado de módulo dinâmico e em um ângulo de fase). O ensaio consiste na aplicação de solicitação (tensão ou deformação) senoidal e na leitura da resposta mecânica (deformação ou tensão). Os materiais estudados são uma Matriz de Agregados Finos (MAF) e uma Mistura Asfáltica Completa (MAC) composta por agregados graúdos, ar e MAF. Tomam-se como dados de entrada os parâmetros de dosagem e as propriedades dos materiais constituintes da mistura. Os resultados das simulações são comparados aos obtidos em ensaios realizados em laboratório. Avalia-se a influência do módulo de elasticidade dos agregados e do volume de vazios sobre o módulo dinâmico da MAC analisada. Os resultados mostraram que para baixas frequências da solicitação, a variação na rigidez do agregado interfere pouco na variação do módulo dinâmico da mistura, tornando-se mais significativa para as frequências mais altas. Ademais, foi possível obter o módulo dinâmico da MAC a partir da simulação, estimando-se o módulo de elasticidade dos agregados. O módulo dinâmico da mistura diminui com o aumento do volume de vazios e apresenta um comportamento aproximadamente linear, principalmente nas frequências mais baixas.


Palavras-chave


Misturas Asfálticas; Módulo Complexo; Módulo Dinâmico; Elementos Finitos; Viscoelasticidade Linear.

Texto completo:

PDF

Referências


ALLEN, D. H; LITTLE, D. N; SOARES, R. F; BERTHLOT, C. (2015) Multi-scale computational model for design of flexible pave-ment. Part III: Contracting multi-scaling. International Journal of Pavement Engineering. https://doi.org/10.1080/10298436.2015.1066001

BARI, J; WITCZAK, M. W. (2006) Development of a new revised version of the Witczak E* Predictive Model for hot mix as-phalt mixtures. Journal of Asphalt Paving Technologists, Proceedings of the Annual Meeting, Association of Asphalt Pav-ing Technologists, v. 75, p. 381-424.

BRINSON, H. F.; BRINSON, L. C. (2008) Polymer Engineering Science and Viscoelasticity. Springer. ISBN 978-0-387-73860-4, e-ISBN 978-0-387-73861-1. https://doi.org/10.1007/978-1-4899-7485-3

DI BENEDETTO, H.; OLARD F.; SAUZÉAT, C.; DELAPORTE, B. (2004) Linear viscoelastic behaviour of bituminous materials: from binders to mixes. International Journal of Road Materials and Pavement Design, 5 (SI), p. 163–202. https://doi.org/10.1080/14680629.2004.9689992

TEHRANI., F. F.; ABSI, J.; ALLOU, F.; PETIT, C. (2013) Investigation into the impact of the use of 2D/3D digital models on the numerical calculation of the bituminous composites’ complex modulus. Computational Materials Science, 79, 377–389. https://doi.org/10.1016/j.commatsci. 2013.05.054

FREITAS, F. A. C.; SOARES, J. B.; SOUZA, F. V. (2003) Princípios de Homogeneização Aplicados em uma Mistura Asfáltica Consi-derada como um Compósito Elástico. Anais do XVII Congresso da ANPET, Rio de Janeiro, RJ. https://researchgate.net/publication/265985875_PRINCIPIOS_DE_HOMOGENEIZACAO_APLICADOS_EM_UMA_MISTURA_ASFALTICA_CONSIDERADA_COMO_COMPOSITO_ELASTICO.

FREIRE, R. A.; BABADOPULOS, L. F. A. L.; CASTELO BRANCO, V. T. F.; BHASIN A. (2017) Aggregate Maximum Nominal Sizes' Influence on Fatigue Damage Performance Using Different Scales. Journal of Materials in Civil Engineering, v. 29. https://doi.org/10.1061/(asce) mt.1943-5533.0001912

HINTERHOELZL, R. M.; SCHAPERY, R. A. (2004) FEM Implementation of a Three-Dimensional Viscoelastic Constitutive Model for Particulate Composites with Damage Growth. Mechanics of Time-Dependent Materials. v. 8, p. 65-94 https://doi.org/10.1023/b:mtdm.0000027683.06097.76.

PARK, S. W.; KIM, Y. R.; SCHAPERY, R. A. (1996) A viscoelastic continuum damage model and its application to uniaxial behav-ior of asphalt concrete. Mechanics of Materials v. 24, p. 241–255. https://doi.org/10.1016/s0167-6636(96)00042-7.

PARK, S. W.; SCHAPERY, R. A. (1999) Methods of Interconversion between Linear Viscoelastic Material Functions, Part I - A Numerical Method based on Prony Series. International Journal of Solid and Structures, v. 36, p. 1653-1675. https://doi.org/10.1016/s0020-7683(98)00055-9

ARAÚJO Jr., PEDRO, C.; Soares, J. B.; Holanda, A. S.; Parente Jr., E.; Evangelista Jr., F. (2010) Dynamic Viscoelastic Analysis of asphalt Pavements using a Finite Element Formulation. Road Materials and Pavement Design. v. 11, p. 409–433. https://doi.org/10.1080/14680629.2010.9690282.

SCHAPERY, R. A. (1984) Correspondence principles and a generalized J integral for large deformation and fracture analysis of viscoelastic media. International Journal of Fracture v. 25, p. 195–223. https://doi.org/10.1007/bf01140837.

SIMO, J. C. (1987) On a Fully Three-Dimensional Finite-Strain Viscoelastic Damage Model: Formulation and Computational Aspects. Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering v. 60, p. 153–173. https://doi.org/10.1016/0045-7825(87)90107-1

TAYLOR, R. L.; PISTER, K. S.; GOUDREQU, G. L. (1970) Thermomechanical analysis of viscoelastic solids. International Journal for Numerical Methods in Engineering. v. 2, p. 45-59. https://doi.org/10.1002/nme.1620020106.




DOI: https://doi.org/10.14295/transportes.v27i2.1636

Métricas do artigo

Carregando Métricas ...

Metrics powered by PLOS ALM


Direitos autorais 2019 Francisco José Pereira de Almeida, Lucas Feitosa de Albuquerque Lima Babadopulos, Evandro Parente Junior, Jorge Barbosa Soares

Licença Creative Commons
Esta obra está licenciada sob uma licença Creative Commons Atribuição 4.0 Internacional.

TRANSPORTES (ISSN: 2237-1346) é uma publicação da ANPET - Associação Nacional de Pesquisa e Ensino em Transportes (www.anpet.org.br)

 

Licença Creative Commons

Este obra está licenciado com uma Licença Creative Commons Atribuição-NãoComercial-CompartilhaIgual 4.0 Internacional.