Doutor Eng.º Jorge B. Sousa, Prof. Kamil Kaloush, Eng.º ... · esals 1 10 100 1000 10000 100000...

OBSERVAÇÕES SOBRE O DESENVOLVIMENTO DE

ENSAIOS DE AVALIAÇÃO DE DESEMPENHO DE MISTURAS

BETUMINOSAS

Doutor Eng.º Jorge B. Sousa,Prof. Kamil Kaloush,

Eng.º George Way

IV CONGRESSO RODOVIÁRIO PORTUGUÊS

ÚLTIMOS 12 ANOS

• SHRP - Strategic Highway Research Program(terminou em 1993)

• NCHRP 9-19 - National Cooperative HighwayResearch Program (terminou em 2003)

IV CONGRESSO RODOVIÁRIO PORTUGUÊS

• Ensaio de Corte Directo• Ensaio de Flexão por Fadiga a Quatro Pontos• TSRST• Girátório Superpave• Guia de Dimensionamento de Pavimentos

AASHTO de 2002• Ensaio de Avaliação de Desempenho Directo

(Ensaio Uniaxial Dinâmico por Fluência)• Processos de Envelhecimento e Exposição a

HumidadeIV CONGRESSO RODOVIÁRIO PORTUGUÊS

ALGUNS DESENVOLVIMENTOS RECENTES

• Preparação da amostra• Condicionamento da amostra prévio ou durante

o ensaio• Realização do ensaio de avaliação de

desempenho no laboratório (ou no local)• Incorporação dos resultados do ensaio num

modelo ou formulação• Correlação do modelo com o comportamento

real no local

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SISTEMAS BASEADOS EM ÍNDICES DE DESEMPENHO

- TEOR DE BETUME +

FADIGA

NEEP /%FENDAS

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FORMULAÇÃO DE MISTURAS BASEADA EM ÍNDICES DE DESEMPENHO

DEFORMAÇÕES PERMANENTES

NEEP /PROFUNDIDADE CAVADO RODEIRA

A

B

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FORMULAÇÃO DE MISTURAS BASEADA EM ÍNDICES DE DESEMPENHO

FADIGA

NEEP /%FENDAS

DEFORMAÇÕES PERMANENTES

NEEP /PROFUNDIDADE CAVADO RODEIRA

- TEOR DE BETUME +

ENVELHECIMENTODEGRADAÇÃO DEVIDA A HUMIDADE

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FADIGA

NEEP /%FENDAS

DEFORMAÇÕES PERMANENTES

NEEP /PROFUNDIDADE CAVADO RODEIRA

- TEOR DE BETUME +

FORMULAÇÃO DE MISTURAS BASEADA EM ÍNDICES DE DESEMPENHO

• Fiabilidade do parâmetro do ensaio, de modo a distinguir o comportamento de uma vasta gama de misturas

• Repetibilidade do ensaio e sensibilidade do parâmetro do ensaio a diferentes variáveis da mistura

• Complexidade do procedimento de ensaio• Custo do equipamento e requisitos de preparação do ensaio• Tempo de ensaio necessário para completar o programa de

ensaio• Nível técnico ou experiência requerida ao operador

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No desenvolvimento de ensaios de avaliação de desempenho têm sido considerados os

seguintes factores

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Ensaio de Compressão Dinâmica Uniaxiala diferentes frequências e temperaturas

Frequências de Varrimento ao Corte a Altura Constante e a diferentes temperaturas

Ensaios para determinação da Rigidez das misturas

NCHRP foi mandatada para usar Amostras Giratórias. O equipamento foi re-desenhado para acomodar amostras de maiores dimensões de onde as mesmas são extraídas (sondagem à rotação)

Giratória Superpave

Cilindo de Rasto LisoCompactação Laboratorial dos Provetes

OBSERVAÇÕESNCHRPSHRPENSAIO

Ensaios de Tracção Indirecta por Fluência e de Resistência Mecânica / Módulo Dinâmico

TSRST

Ensaios para Determinar Fendilhamento a Baixas Temperaturas

Ensaios realizados a temperatura elevada representativa do local de construção

Ensaio de Compressão Uniaxial por Fluência

Ensaio Cíclico de Corte Directo a Altura Constante

Ensaios para Determinação da Deformação Permanente

Ensaios realizados a temperatura representativa do local de construção e com diferentes níveis de extensão

Ensaio de Flexão Simples a Quatro Pontos

Ensaio de Flexão Simples a Quatro Pontos

Ensaios para determinação das Propriedades na Fadiga das Misturas

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OBSERVAÇÕESNCHRPSHRPENSAIO

Não abordado. Nenhum ensaio proposto

Modelo inserido no Guia de Dimensionamento da AASHTO de 2002.Nenhum ensaio proposto

Não abordado. Nenhum ensaio proposto

Ensaios para determinar a Resistência à Reflexão de Fendas

Em investigaçãoECSDegradação devida àHumidade

Em investigaçãoLTOA - 85 ºC durante 5 dias

Método de Envelhecimento da Mistura para simular o envelhecimento em Serviço

STOASTOA

Método de Envelhecimento da Mistura para simular o envelhecimento em Central Betuminosa

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OBSERVAÇÕESNCHRPSHRPENSAIO

Rigidez Flexuralcorrelacionada com Rigidez Uniaxial

Ensaios de Corte ou Flexão em carotes ou vigas extraídas no local

Método para realizar Ensaios de Controlo de Qualidade das propriedades de rigidez

Vigas extraídas do local e sujeitas ao ensaio de flexão para determinação da vida à fadiga

Vigas extraídas do local e sujeitas ao Ensaio Flexural de Fadiga

Método para realizar Ensaios de Controlo de Qualidade dos indicadores de desempenho relativos àfadiga

Critérios em Desenvolvimento

Carotes extraídas do local e ensaiadas ao Corte a temperatura elevada representativa

Método para realizar Ensaios de Controlo de Qualidade dos indicadores de desempenho relativos àdeformação permanente

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OBSERVAÇÕESNCHRPSHRPENSAIO

FABRICO DOS PROVETES

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1E+1

1E+3

1E+5

1E+7

3 5 11 13 15Volume Vazios (%)

CAMPOTXGY

RW

SGC- AI

KNDG

MARSHALL SGC- FT

SGC- AI MXRSST-CH Cycles to 2%

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DEFORMAÇÕES PERMANENTES –

FLUXO DE CORTE PLÁSTICO A VOLUME

CONSTANTE

SHRP

NCHRPIV CONGRESSO RODOVIÁRIO PORTUGUÊS

ENSAIOS DE DEFORMACAO PREMANENTE

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H

H

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ENSAIO CÍCLICO DE CORTE DIRECTO A ALTURA CONSTANTE

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LVDT station 3

LVDT station 2

LVDT station 1

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MODELOS E CORRELAÇÕES

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ESALs

1

10

100

1000

10000

100000

10000 100000 1000000 10000000

SHRP - 1993 MODELO DEDEFORMAÇÕES PERMANENTES

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R2 = 0.81

Current Completion Dates

• Rutting testing Jan. 2004• Fatigue testing (100-mm) Mar. 2006• Fatigue testing (150-mm) Dec. 2007

7 Asphalt Binders

CR-AZ----70-22

1

PG70-22Control

2

AirBlown

3

SBSLG

4

CR-TB

5

TP

6

PG70-22

+Fibers

7

PG70-22

8

SBS64-40

9

AirBlown

10

SBSLG

11

TP

12

ALF 2004 - Thick Sections – 6”

0.820.760.760.490.71

Superpave

SST -Cycles to

2% Strain

Failure & 74°C

0.010.040.040.000.06

Hamburg - Load App.'s

(Passes) to 10mm

Rut & 64°C

0.220.000.000.020.01

French PRT

Total Rut Depth

(mm) at 60,000

Passes & 74°C

Lanes 8-12 6"-

Sections

Number of Passes to get 10% strain

(Passes)

Strain in AC Layer after

40,000 Passes

(mm/mm)

Rut Depth in AC Layer

after 40,000 Passes (mm)

Slope -Log(Rut) / Log(P)

Rut Depth in AC Layer

(mm)

R-squared R2

R2 = 0.6425N = 387Se = 0.055SEE = 1.43

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1

Average Estimated Measured AC Rutting (in)

Pred

icte

d A

C R

uttin

g (in

)

AASHTO MODELODE DEFORMAÇÃO PERMANENTEDE 2002

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0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

-4 -3 -2 -1 0 1 2log (Damage %)

Cra

ckin

g (%

of T

otal

Lan

e A

rea)

Measured Alligator Cracking Predict Bottom-Up Cracking

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AASHTO MODELO DE FADIGA DE 2002

100,000

1,000,000

10,000,000

100,000,000

100,000 1,000,000 10,000,000 100,000,000

Observed

Pred

icte

d

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MODELO DE REFLEXÃO DE FENDAS - RPA

ESFORÇOS DE AVALIAÇÃO DO ARIZONA

• 33 Secções-Teste projectadas com recurso ao Procedimento RSST-CH (Ensaio Cíclico de Corte Directo a Altura Constante)

– Em algumas utilizaram-se carotes extraídas directamente do pavimento

– Em algumas utilizaram-se cilindro de rasto liso

– Em algumas utilizaram-se Superpave Giratório

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y = 0.46x

y = 0.81x

y = 0.83x

0123456789

10

0 2 4 6 8 10Predicted

Obs

erve

dARACSHRPSMA

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0

5

10

15

20

25

30

0 5 10 15 20

Estimated Rut (mm)

Act

ual Ru

t Dep

th (mm)

CoresGyratoryRolling Wheel

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0

5

10

15

20

25

30

0 5 10 15 20Estimated Rut (mm)

Act

ual Ru

t Dep

th (

mm

) CoresRolling Wheel

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0

5

10

15

20

25

30

0 5 10 15 20Estimated Rut (mm)

Act

ual Ru

t Dep

th (

mm

)

Gyratory

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y = 4.1245E+19x-4.9761E+00

y = 4.0584E+19x-5.0942E+00

y = 5.4796E+17x-4.8688E+00

y = 6.4467E+20x-5.9300E+00

1.E+03

1.E+04

1.E+05

1.E+06

1.E+07

100 1 000

Epson VM (E-6)

Fatig

ue L

ife

ARC Petrogal 35/50 + 18% #14AR4000+Tennis BallsDGACPG70-10

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Fatigue Relationships at Control Strain, 70oF and at 50% of Initial Stiffness

ARAC_11% AVy = 0.0096x-0.2381

R2 = 0.9329

ALR_9.7% AVy = 0.0279x-0.2885

R2 = 0.9548

AR-ACFC_18% AVy = 0.0181x-0.2552

R2 = 0.9827

SRB PG76-16_7%y = 0.0041x-0.1894

R2 = 0.96181.E-04

1.E-03

1.E-02

1.E+02 1.E+03 1.E+04 1.E+05 1.E+06 1.E+07

Cycles to Failure

Stra

in le

vel

Alberta ARArizona AR-ACFCArizona ARACSRB PG76-16

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7 Asphalt Binders

CR-AZ----70-22

1

PG70-22Control

2

AirBlown

3

SBSLG

4

CR-TB

5

TP

6

PG70-22

+Fibers

7

PG70-22

8

SBS64-40

9

AirBlown

10

SBSLG

11

TP

12

TPF-5(019) Accelerat ed Loading Facilit y St at us Report Jan. 2005

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

25000 50000 75000 100000 125000 150000 175000 200000 225000 250000 275000 300000

Number of Load Passes

Cont rol L2 CR-TB L5 SBS LG L4 CR-AZ L1

ALF Test Results 2004

ControlTerminal Blend

SBS Polymer

Asphalt Rubber

• One more new Pavement Design Criteria

• Reflective Cracking !!!!

CONCLUSÕES

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• Alcançaram-se progressos bastante significativos via àcaracterização de ensaios, métodos e metodologias de análise e previsão de algumas das formas de ruína do pavimento

• O conceito base da utilização de diferentes métodos de ensaio, para determinação de parâmetros chave em diferentes modelos aparenta ter sido eficaz na previsão do comportamento do pavimento

• Alguns aspectos relativos ao condicionamento das amostras, tal como envelhecimento a longo prazo e degradação devida ao teor em humidade, parecem carecer de investigação adicional

• Aparenta ser altamente improvável que todos os aspectos cruciais referentes ao comportamento de uma mistura betuminosa e ao desempenho de um pavimento, possam ser inferidos ou medidos a partir de um único ensaio “simples”de avaliação de desempenho

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