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

COMPOSIÇÃO GRANULOMÉTRICA DA MISTURA ASFÁLTICA

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

CARACTERIZAÇÃO DOS NANOMATERIAIS: ANÁLISE TÉRMICA

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 MOLDAGEM DAS PLACAS DE CONCRETO ASFÁLTICO

1

4

2

3

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

UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA CATARINA

www.rodoviasverdes.ufsc.br

OBRIGADO!