CaracterizaÃÃo ViscoelÃstica Linear de Misturas AsfÃlticas: OperacionalizaÃÃo Computacional e AnÃlise pelo MÃtodo dos Elementos Finitos

• Main Author: Henrique Nogueira Silva
• Other Authors: Jorge Barbosa Soares
• Format: Others
• Language: Portuguese
• Published: Universidade Federal do Cearà 2009
• Subjects: Viscosidade; Misturas de emulsÃo asfÃlticas; MÃtodo dos elementos finitos; sÃrie de Prony; interconversÃo; wxWidgets; viscoelasticity; asphalt mixes; finite element method; Prony series; interconversion; INFRA-ESTRUTURA DE TRANSPORTES
• Online Access: http://www.teses.ufc.br/tde_busca/arquivo.php?codArquivo=5733

Uma mistura asfÃltica apresenta um comportamento mecÃnico complexo que pode ser idealizado por um modelo viscoelastoplÃstico, que considera a existÃncia de deformaÃÃes recuperÃveis (elÃstico e viscoelÃstico) e nÃo recuperÃveis (plÃstico e viscoplÃstico). No entanto, o estado da arte da pesquisa brasileira tem considerado um modelo mais restrito, o modelo viscoelÃstico linear. Este modelo trata o comportamento mecÃnico do material como dependente do carregamento e da correspondente taxa (temporal) de aplicaÃÃo, que representa um avanÃo considerÃvel na modelagem mecÃnico-computacional de misturas asfÃlticas frente ao modelo elÃstico linear (clÃssico) comumente empregado em projetos nacionais de dimensionamento de pavimentos. Ainda assim, o modelo viscoelÃstico apresenta alguns inconvenientes que dificultam seu uso. Um primeiro inconveniente à que para uma representaÃÃo compatÃvel com os dados experimentais, a caracterizaÃÃo constitutiva viscoelÃstica exige a manipulaÃÃo de uma grande quantidade de coeficientes da sÃrie de Prony, dificultando o processo de ajuste de curva e posterior manipulaÃÃo da sÃrie. AlÃm disso, o processo formal de interconversÃo entre as propriedades viscoelÃsticas fundamentais, comumente necessÃrio por questÃes operacionais, trata-se de um mÃtodo nÃo trivial. Para facilitar o emprego da teoria da viscoelasticidade (linear) na caracterizaÃÃo de misturas asfÃlticas, o presente trabalho se propÃs ao desenvolvimento de um programa computacional especÃfico que facilita o uso do modelo viscoelÃstico linear. Este programa realiza o ajuste de curva de sÃries de Prony e a interconversÃo entre propriedades viscoelÃsticas fundamentais no domÃnio do tempo, quais sejam, a FunÃÃo FluÃncia D(t) e o MÃdulo de RelaxaÃÃo E(t). Como principal resultado, foi possÃvel aplicar este programa computacional na caracterizaÃÃo de duas misturas nacionais tÃpicas, Areia Asfalto (AA) e Concreto AsfÃltico (CA), mostrando de forma detalhada os passos necessÃrios para uma representaÃÃo constitutiva viscoelÃstica adequada. Ainda como parte dos resultados obtidos, foi avaliada a eficÃcia da tÃcnica de ajuste de curva por MÃnimos Quadrados NÃo Linear (MQNL) para sÃries de Prony, sob a expectativa de incorporaÃÃo desta tÃcnica em versÃes futuras do programa computacional desenvolvido. Para explicitar o avanÃo da simulaÃÃo mecÃnica de pavimentos que o modelo viscoelÃstico possibilita frente ao modelo elÃstico (clÃssico), ao final do trabalho foram realizadas anÃlises computacionais utilizando o MÃtodo dos Elementos Finitos (MEF) para estimar os parÃmetros mecÃnicos de projeto de pavimentos (tensÃes de deformaÃÃes) considerando o modelo viscoelÃstico das misturas asfÃlticas investigadas, AA e CA. === An asphalt mixture has a complex mechanical behavior can be idealized by a viscoelastoplastic model that considers the existence of recoverable (elastic and viscoelastic) and non-recoverable deformations (plastic and viscoplastic). However, the state of the art of Brazilian research has considered a more restricted model, the linear viscoelastic model. This model treats the mechanical behavior of the material as dependent on the load and the corresponding (temporal) rate, which represents a considerable advance in mechanical-computational modeling of asphalt mixtures compared to the linear elastic (classic) model commonly employed on projects of national pavement design. But the viscoelastic model has some drawbacks that hinder its use. A first drawback is that for a representation compatible with the experimental data, the constitutive viscoelastic characterization requires handling a large number of Prony series coefficients, which makes difficult the curve fitting process and subsequent handling of the series. Futhermore, the formal process of interconversion between the fundamental viscoelastic properties, commonly required for operational reasons, is a non-trivial task. In order to enable the employment of the theory of (linear) viscoelasticity in the characterization of asphalt mixtures, this study proposed the development of a specific computer program that facilitates the use of the linear viscoelastic model. This program carries out curve fitting of Prony series and interconversion of fundamental viscoelastic properties in time domain, namely, Creep Compliance D(t) and Relaxation Modulus E(t). As a main result, it was possible to use this program in characterization of two national typical mixtures, Sand Asphalt (SA) and Asphalt Concrete (AC), showing in details the steps necessary for a proper viscoelastic constitutive representation. Also as part of the results, it was tested the efficacy of the technique of curve fitting by Nonlinear Least Squares (NLS) for the Prony series, under the expectation of incorporating this technique in future versions of this ongoing software. In order to explain the advances that viscoelastic model can enable in mechanical simulation of pavement, instead of using the elastic (classic) model, at the end of this study it was performed computational analysis using the Finite Element Method (FEM) to estimate the mechanical design parameters of pavements (stress and strains), considering the viscoelastic model of the investigated asphalt mixtures, SA and AC.