Les modèles d’acceptation

O equipamento utilizado nesse trabalho segue as recomendações da AASHTO T321-03. Segundo a norma, o equipamento deve conter o sistema de carregamento, uma câmara para controle da temperatura e um sistema de aquisição de dados. A IPC Global desenvolveu um mecanismo que possibilita a aplicação do carregamento harmônico contínuo à flexão em vigotas, de modo que os apoios estejam sem restrições de rotação e translação e que seja possível reposicionar o corpo de prova na posição original. Esses requisitos são necessários para que seja atendida a teoria baseada na aplicação do momento puro em vigas.

O sistema permite a aplicação do carregamento em diferentes freqüências, bem como modos de carregamentos à deformação ou tensão controlada. Além disso, há a possibilidade de o carregamento ser senoidal ou o chamado haversine. A diferença entre as duas formas de carregamento são importantes nas análises realizadas. A Figura 3.10 mostra um esquema com as duas curvas, ficando clara a diferença existente entre os dois tipos de solicitação. No Capítulo 5 será mostrado um estudo realizado neste trabalho onde se procurou mostrar as principais diferenças na utilização desses dois tipos de carregamentos. A maioria dos ensaios realizados nesse trabalho utilizou a curva haversine, com amplitude de deformação constante.

O equipamento aplica a carga por meio de um sistema pneumático atuando também no sistema das travas laterais. Os quatro servo-motores, acionados quando do posicionamento do corpo de prova, garantem o travamento necessário durante a realização do ensaio. A deflexão é medida por meio de um LVDT “flutuante”, posicionado no centro da viga, sendo que a referência de cálculo situa-se a ¾ do comprimento da mesma. Feito isso, o sistema permite

60 calcular a deflexão real que causa a flexão da viga durante o carregamento, e não sua deflexão total.

(a) (b)

Figura 3.10 – Tipos de carregamentos utilizados nos ensaios de fadiga a flexão: (a) senoidal; (b) haversine.

O sistema de aplicação da carga é posicionado dentro de uma câmara com controle de temperatura. Os corpos de prova, antes de serem ensaiados, foram acondicionados dentro da câmara com temperatura controlada até que se garantisse a uniformidade da temperatura requerida dentro da amostra. Dois controles foram utilizados para a correta obtenção da temperatura. Em pesquisas realizadas quando se deu o início do funcionamento do laboratório, procurou-se determinar o tempo necessário para que a temperatura dentro do corpo estabilizasse no valor requerido. Para diferentes valores de temperatura, diferentes períodos de acondicionamento eram necessários. Além disso, toda câmara possui um sistema de medição da temperatura no núcleo e na face em um corpo de prova de controle durante todo o andamento do ensaio (Figura 3.11).

O equipamento possui um sistema de controle que permite ao usuário obter sinais de respostas mais próximos daqueles escolhidos na entrada dos dados. Dessa forma, dependendo da rigidez do material com o qual se está trabalhando, o usuário poderá definir a sensibilidade com o qual o equipamento irá trabalhar, possibilitando maior facilidade nos ajustes necessários. Esse ajuste é importante, pois quanto mais próximo a curva da solicitação estiver da curva teórica, melhor a qualidade dos ensaios e, conseqüentemente, das análises realizadas. Os demais aspectos da realização dos ensaios de fadiga a flexão poderão ser obtidos na norma AASHTO T321-03.

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(a) (b)

Figura 3.11 – (a) Equipamento da fadiga a flexão em quatro pontos; (b) equipamento no interior da câmara climatizada.

3.5.2. Cálculos e respostas obtidas nos ensaios

Todo o ensaio é monitorado pelo sistema de aquisição de dados com o auxílio do software UTM 21 da IPC Global. Os sinais dos LVDT’s e da célula de carga são enviados ao software, e convertidos em valores de deslocamento e força a cada milisegundo do ensaio. O programa, então, converte essas informações em valores de tensão e deformação de acordo com a teoria da flexão pura em vigas. A tensão de compressão/tração nas fibras externas da vigota é determinada da seguinte forma:

NQ,< =7_Å£‘.•_.9¸ 3.1

onde N_Q,< é a tensão de tração/compressão, _% é o comprimento da vigota entre os apoios externos, é a força exercida pelo equipamento, _{ℎ é a altura média e é a largura média da} vigota.

Já a deformação atuante nas fibras externas na terça parte central da vigota pode ser determinada pela Equação 3.2. Nessa região, o momento fletor é constante por conta do posicionamento dos apoios e das cargas. Segundo Tayebali et al. (1994a), a existência de uma grande porção da amostra experimentando um esforço constante aumenta a probabilidade dos resultados refletirem a fraqueza que naturalmente ocorre em misturas asfálticas.

Apoios Célula de carga Servo- motores LVDT

62 CQ,< = _k/.7g-.Æ_£‘}..7¸.Å

µ

‘_r 3.2

onde C_Q,< é a deformação de tração/compressão, é o comprimento da vigota entre os apoios internos e E é o deslocamento exercido pelo equipamento.

A rigidez a flexão da amostra é então determinada dividindo a tensão pela deformação calculada, ou seja:

= cŸ,Ç

[Ÿ,Ç 3.3

onde é o módulo de rigidez à flexão.

É importante lembrar que os valores da tensão ou da deformação são obtidos em função dos deslocamentos e força aplicados pelo equipamento. Assim, é esperado que as solicitações senoidais e haversine produzam resultados diferentes de tensão e deformação nas fibras externas da vigota. A energia dissipada em cada ciclo é determinada pela Equação 2.16), conforme exposto no item 2.2 do Capítulo 2. Considerando a teoria da elasticidade e as equações definidas para a flexão pura em vigas, pode-se determinar o módulo de elasticidade do material da seguinte maneira:

%= = •_Æ•_¸¸_.9.Å.7£• . –k/.7£‘}..7µ

‘_r

..Å‘ + . X1 + RZš 3.4

onde _%= é o módulo de elasticidade, é uma variável que leva em consideração a tensão cisalhante (assumida como 1,5) e R é o coeficiente de Poisson.

De acordo com a escolha do usuário, os resultados são obtidos para cada ciclo ou para intervalos pré-definidos. Da mesma forma, pode-se obter o valor de força e deslocamento para cada milisegundo do ciclo de carregamento, possibilitando a visualização da histerese formada em cada estágio de carregamento. Os dados podem ser exportados para qualquer programa de planilha eletrônica. Na ASU, os ensaios eram finalizados quando a rigidez à flexão inicial alcançava 28°% do valor inicial. Com isso, pode-se estudar qual a redução da rigidez inicial mais representativa quando da ruptura da amostra.

63 3.5.3. Programa experimental realizado

A metodologia utilizada para a realização dos ensaios no laboratório da ASU não seguiu estritamente o descrito pela norma AASHTO T321-03. De acordo com a mesma, os ensaios de fadiga a flexão devem ser feitos na temperatura de 20°C, com freqüência de carregamento de 10 Hz, usando três amostras para cada um dos três níveis de solicitação imposta, ou seja, no caso dos ensaios à deformação permanente, três amostras para três níveis de deformação. Com isso, pode-se obter a relação entre a deformação e o número de ciclos para até a ruptura, de acordo com um critério especificado pelo usuário. Essa relação, expressa em um gráfico log x log, produz a já mencionada Curva de Whöler. Dessa forma, seguindo a metodologia sugerida pela norma, são necessários nove ensaios de fadiga a flexão para a obtenção de uma única curva de fadiga.

Entretanto, o trabalho aqui realizado seguiu o procedimento adotado pelo APL. Esse procedimento visa à obtenção de três curvas de Whöler, considerando a metodologia tradicional de análise. Para isso, os ensaios de fadiga são realizados com uma freqüência de 10 Hz e em três temperaturas diferentes, sendo elas 4°C, 21°C e 37°C. Para cada temperatura, são realizados ensaios que permitam a obtenção de uma variabilidade considerada aceitável para a definição do modelo definido pela Equação 2.17. Geralmente, eram necessários aproximadamente oito ensaios de fadiga em diferentes níveis de solicitação para se obter uma variabilidade aceitável do modelo. O intuito de se obter as três curvas está na necessidade de ter a influência da rigidez da mistura para, assim, poder obter o modelo definido pela Equação 2.18. Apesar do foco desse trabalho não estar centrado nas análises tradicionais dos ensaios de fadiga, os resultados obtidos também serviram para a realização dos estudos relativos à evolução do dano utilizando a metodologia descrita no Capítulo 2.

Como foi exposto anteriormente, os diversos projetos que foram utilizados nessa pesquisa possuíam dois ou três tipos de misturas. Para as misturas convencionais e descontínuas, foram feitos ensaios para as três temperaturas definidas, enquanto que para as misturas abertas não foram realizados ensaios a 37°C. Por ser um material com índice de vazios extremamente elevado, a mistura aberta possui rigidez à flexão reduzida e, para temperaturas relativamente altas, o material não respondeu de maneira adequada às solicitações impostas durante os ensaios.

A Tabela 3.3 mostra o programa experimental realizado para os projetos utilizados nessa pesquisa. Vale lembrar que para alguns projetos foi preciso uma grande quantidade de amostras até que o equipamento fosse corretamente calibrado face os diferentes valores de rigidez existentes entre as misturas. Ao longo do trabalho outras campanhas de ensaios foram feitas, tais como o estudo que procurou comparar os dois tipos de carregamentos (senoidal e

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haversine), ensaios em diferentes freqüências de carregamento e alguns outros realizados com o intuito de observar o fenômeno da auto-cicatrização (healing). Os projetos que fazem parte do banco de dados do APL contêm os demais ensaios com modo de carregamento à tensão controlada e que serão utilizados em algumas análises desse trabalho.

Tabela 3.3 – Programa experimental realizado.

Projetos Modo de Carregamento Temperatura de ensaio Total de ensaios Sigla de Identificação Tipo de Mistura 4°C 21°C 37°C BC7 Convencional Deformação controlada 8 8 8 24 BC4 Aberta 8 8 - 16 KR7 Convencional 8 8 8 24 KRTR7 Convencional 8 8 8 24 SS7 Convencional 8 8 8 24 SS4 Aberta 8 8 - 16 BB3 Descontínua 8 8 8 24 BB4 Aberta 8 8 - 16 JR7 Convencional 8 8 8 24 JR3 Descontínua 8 8 8 24 JR4 Aberta 8 8 - 16 TG7 Convencional 8 8 8 24 TG3 Descontínua 8 8 8 24 TG4 Aberta 8 8 - 16 Total 320

A seguir será descrita a metodologia para a determinação da curva que descreve a evolução do dano, com as considerações necessárias e os procedimentos utilizados.