• Portal do Governo Brasileiro

Plataforma Sucupira

Dados do Trabalhos de Conclusão

UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA MARIA
ENGENHARIA CIVIL (42002010020P0)
Educação Presencial
INVESTIGATION OF THE AGING PHENOMENON IN ASPHALT BINDERS AND ASPHALT MIXTURES: LINEAR VISCOELASTIC BEHAVIOR AND PERFORMANCE PROPERTIES
SILVIO LISBOA SCHUSTER
TESE
17/01/2023

The analysis of the behavior of asphalt mixtures is extremely important in the paving scenario, whose final objective is the best performance combined with resource savings. Accurate characterization and prediction of mix properties is becoming more important as more accurate methods of predicting pavement performance are being implemented. However, predicting the performance of asphalt materials is still a challenging task, since numerous factors that affect asphalt materials still require further investigation, including the aging phenomenon. Aging is generally defined as the change in rheological properties from the change in chemical composition, and impacts on the performance of pavements. In order to investigate these phenomena in the field and in the laboratory, eight monitored segments were established in this research and had their materials (binders, aggregates and mixtures) collected during the execution of the coating layer. The impact from laboratory aging protocols of asphalt binders was investigated and indices to track oxidation levels were observed. Most rheological indices found in the literature, and experimental data at intermediate and high temperatures, proved to be good indicators of the aging phenomenon, and strongly correlate with chemical changes and fatigue performance. Sample extraction and binder recovery at different depths were performed over time in the field. The aging profile of the binders was observed from changes in the properties of the linear viscoelastic domain (LVE), and the impact that these changes caused on the susceptibility to the main defects of asphalt pavements: cracking due to fatigue and rutting. In general, stiffness gain and loss of viscous portion were observed in response to deformations. Increased resistance to permanent deformation, and fatigue behavior linked to imposed strain levels were also observed. Polymer degradation during in-plant production severely impacted the SBS-modified binders. Equivalence time of the RTFOT protocol with the production in the plant was observed. Verifications regarding the use of reduced samples (38 mm x 110 mm) were carried out, and proved that this geometry generates reliable results of complex modulus and fatigue behavior in asphalt mixtures. This investigation allowed the study of mixtures aged in the field as built, from the horizontal extraction of samples, and also indicated that air voids (linked to field compaction) is an important factor in the performance of the pavement and in the costs throughout its service life. A multiscale analysis (binder/mixture/field) was carried out in relation to resistance to permanent deformation and demonstrated that the behavior of the binder is inherited by the pavement. Modified binders led to better performance of mixtures in the laboratory and in the field. Verifications of the LVE behavior of the mixtures over field and laboratory aging were carried out, and demonstrated that the mixtures gain stiffness in domains of high temperatures, and lose a viscous portion for domains of low and intermediate temperatures. Correlation between time in field and oven aging protocol were obtained. At the end, the fatigue performance analysis was evaluated during the aging of the mixtures in the laboratory. Gain or loss of performance was observed depending on the level of aging and level of imposed deformations. A strong relationship was obtained between the fatigue resistance of the binders and the fatigue resistance of the mixtures.

Asphalt Binder. Asphalt mixtures. Aging. LVE. Fatigue. Field Aging
análise do comportamento das misturas asfálticas é de extrema importância no cenário da pavimentação, cujo objetivo final é o melhor desempenho aliado à economia de recursos. A caracterização e previsão precisas das propriedades das misturas estão se tornando fatores mais importantes à medida que métodos mais precisos de previsão de desempenho de pavimentos estão sendo implementados. Contudo, a previsão da performance dos materiais asfálticos ainda é tarefa desafiadora, visto que inúmeros fatores que afetam os materiais asfálticos ainda necessitam de maiores investigações, entre eles, o fenômeno de envelhecimento. O envelhecimento é geralmente definido como a mudança nas propriedades reológicas a partir da mudança da composição química, e impacta na performance dos pavimentos. De forma a investigar estes fenômenos em campo e em laboratório, oito segmentos monitorados foram estabelecidos nesta pesquisa e tiveram seus materiais (ligantes, agregados e misturas) coletados durante a execução do revestimento. O impacto a partir dos protocolos laboratoriais de envelhecimento de ligantes asfálticos foi investigado e índices para mensurar os níveis de oxidação foram observados. A maioria dos índices reológicos encontrados na literatura, e os dados experimentais em temperaturas intermediárias e altas, mostraram-se bons indicadores do fenômeno de envelhecimento, e se correlacionam fortemente as alterações químicas e de performance a fadiga observadas. Extração de amostras e recuperação dos ligantes em diferentes profundidades foram realizadas ao longo do tempo em campo. Observou-se o perfil de envelhecimento dos ligantes a partir das alterações nas propriedades do domínio linear viscoelástico (LVE), e o impacto que estas alterações causaram na suscetibilidade aos principais defeitos dos pavimentos asfálticos: trincamento por fadiga e afundamento de trilha de roda. Em geral, foi observado ganho de rigidez e perda de parcela viscosa na resposta as deformações, ganho de resistência a deformação permanente, e comportamento a fadiga atrelado aos níveis de deformações impostas. A degradação polimérica durante a produção em usina impactou severamente os ligantes modificados por SBS. Tempos de equivalência do protocolo RTFOT com a produção em usina forma observados. Verificações acerca do uso de amostras reduzidas (38 mm x 110 mm) foram realizadas, e provaram que esta geometria gera resultados confiáveis de módulo complexo e comportamento de fadiga em misturas asfálticas. As amostras reduzidas, proporcionaram o estudo das misturas envelhecidas em campo como construídas, a partir da extração horizontal de amostras, e também indicou que o volume de vazios (vinculado a compactação de campo) é fator importante na performance do pavimento e nos custos ao longo da vida útil. Uma analise multi-escala (ligante/mistura/campo) foi realizada em relação a resistência a deformação permanente e demonstrou que o comportamento do ligante é herdado pelo pavimento. Ligantes modificados, levaram a melhores desempenhos de misturas em laboratório e em campo. Verificações do comportamento LVE das misturas ao longo do envelhecimento de campo e laboratório foram realizadas, e demonstraram que as misturas ganham rigidez em domínios de altas temperaturas, e perdem parcela viscosa para domínios de baixas e intermediárias temperaturas. Correlações entre tempo de exposição em campo e protocolo de envelhecimento em estufa foram obtidos. Ao final, a análise de performance a fadiga foi avaliada ao longo do envelhecimento das misturas em laboratório. Observou-se que o ganho ou perda de desempenho é função do nível de envelhecimento e das deformações impostas. Uma forte relação foi obtida entre a resistência a fadiga dos ligantes e a resistência a fadiga das misturas.
Ligantes Asfáltico. Misturas Asfálticas. Envelhecimento. LVE. Fadiga.
1
500
INGLES
UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA MARIA
O trabalho possui divulgação autorizada
TESE_PPGEC_2023_Sílvio Lisboa Schuster.pdf

Contexto

CONSTRUÇÃO CIVIL E PRESERVAÇÃO AMBIENTAL
GEOTECNIA E PAVIMENTAÇÃO
ESTUDO DO COMPORTAMENTO DE MATERIAIS GEOTÉCNICOS E PAVIMENTAÇÃO (055933)

Banca Examinadora

LUCIANO PIVOTO SPECHT
DOCENTE - PERMANENTE
Sim
Nome Categoria
LUIS ALBERTO HERRMANN DO NASCIMENTO Participante Externo
LUCAS DOTTO BUENO Participante Externo
SILVINO DIAS CAPITÃO Participante Externo
LUCIANO PIVOTO SPECHT Docente - PERMANENTE
DEIVIDI DA SILVA PEREIRA Docente - PERMANENTE

Financiadores

Financiador - Programa Fomento Número de Meses
FUND COORD DE APERFEICOAMENTO DE PESSOAL DE NIVEL SUP - Programa de Fomento à Pós-Graduação 48

Vínculo

Servidor Público
Instituição de Ensino e Pesquisa
Ensino e Pesquisa
Sim
Plataforma Sucupira
Capes UFRN RNP
  • Compatibilidade
  • . . .
  • Versão do sistema: 3.87.0
  • Copyright 2022 Capes. Todos os direitos reservados.

Nós usamos cookies para melhorar sua experiência de navegação no portal. Ao utilizar o gov.br, você concorda com a política de monitoramento de cookies. Para ter mais informações sobre como isso é feito, acesse Política de cookies.Se você concorda, clique em ACEITO.

Politica de Cookies

O que são cookies?

Cookies são arquivos salvos em seu computador, tablet ou telefone quando você visita um site.Usamos os cookies necessários para fazer o site funcionar da melhor forma possível e sempre aprimorar os nossos serviços. Alguns cookies são classificados como necessários e permitem a funcionalidade central, como segurança, gerenciamento de rede e acessibilidade. Estes cookies podem ser coletados e armazenados assim que você inicia sua navegação ou quando usa algum recurso que os requer.

Cookies Primários

Alguns cookies serão colocados em seu dispositivo diretamente pelo nosso site - são conhecidos como cookies primários. Eles são essenciais para você navegar no site e usar seus recursos.
Temporários
Nós utilizamos cookies de sessão. Eles são temporários e expiram quando você fecha o navegador ou quando a sessão termina.
Finalidade
Estabelecer controle de idioma e segurança ao tempo da sessão.

Cookies de Terceiros

Outros cookies são colocados no seu dispositivo não pelo site que você está visitando, mas por terceiros, como, por exemplo, os sistemas analíticos.
Temporários
Nós utilizamos cookies de sessão. Eles são temporários e expiram quando você fecha o navegador ou quando a sessão termina.
Finalidade
Coletam informações sobre como você usa o site, como as páginas que você visitou e os links em que clicou. Nenhuma dessas informações pode ser usada para identificá-lo. Seu único objetivo é possibilitar análises e melhorar as funções do site.

Você pode desabilitá-los alterando as configurações do seu navegador, mas saiba que isso pode afetar o funcionamento do site.

Chrome

Firefox

Microsoft Edge

Internet Explorer