Estudo da deformabilidade de estruturas multicamada para pavimentos flexíveis

Abstract

Quando se considera os custos de construção, manutenção e reabilitação, o elemento mais dispendioso do sistema rodoviário é igualmente o mais preponderante: a estrutura do pavimento. O desempenho da camada de desgaste e inferiores exige uma avaliação precisa das propriedades que lhes estão inerentes, quando submetidas a diferentes temperaturas e frequências de aplicação de cargas. Nos pavimentos flexíveis, a presença de misturas betuminosas tem especificidades em vários aspetos, sendo um dos mais importantes o estudo da sua deformação permanente e recuperada, em especial na presença de temperaturas mais elevadas. Através de ensaios empíricos e fundamentais, complementados com modelação numérica, é possível quantificar os parâmetros qua a caracterizam, nomeadamente o módulo de deformabilidade e o coeficiente de Poisson. Assim, o objetivo deste trabalho consistiu em estudar a deformabilidade de misturas betuminosas e de estruturas multicamada utilizando uma triangulação de métodos para aumentar a confiança nos resultados normalmente registados nessas alternativas em separado. Nesse sentido, foram propostas alterações ao ensaio de pista que permitiram avaliar a deformação elástica em cada ciclo de carga, com vista à posterior modelação do comportamento e de estruturas monocamada e multicamada, sob diferentes condições de temperatura (T) e frequência (f) (T=30 °C e f=1 Hz, 50 °C e 1 Hz ou 50 °C e 0,5 Hz). Estes ensaios foram complementados pelo ensaio triaxial para validação das propriedades fundamentais da mesma mistura betuminosa utilizada em todos os ensaios realizados. Os resultados finais permitiram validar as inovações propostas, por existir consistência na evolução da deformação. A modelação numérica do ensaio de pista apresentou resultados interessantes, mas sugere-se a utilização de modelos tridimensionais com carga móvel e com comportamento viscoelástico para diminuir a diferença entre o módulo de deformabilidade e o coeficiente de Poisson determinados por retroanálise e no ensaio triaxial.

When the costs of construction, maintenance and rehabilitation are taken into account, the most costly element in the road system is also the most preponderant: the structure of the pavement. The performance of the surface course and the layers underneath it demands a precise evaluation of its inherent properties when subjected to different temperatures and loading cycles. In flexible pavements, the presence of bituminous mixtures brings several specificities to the table, one of the most important being deformability, especially when influenced by high temperatures. Using empiric tests, fundamental tests and simulations, complemented by backanalysis, it’s possible to quantify defining parameters like the deformability modulus and the Poisson ratio. As such, the objective of this work consisted in studying the deformability of bituminous mixtures and multilayerd structures using a triangulation of methods, to increase the confidence in the results usually obtained separately. With that in mind, changes in the wheel tracking test were proposed, to enable an evaluation of overall permanent deformation, elastic deformation in every loading cycle and, afterwards, comparisons between monolayered and multilayered structures, not to mention creating models of each, under different temperature (T) and frequency (f) conditions (T=30 ºC and f=1 Hz, T=50 ºC and f=1 Hz or T=50 ºC and f=0,5 Hz). Triaxial tests complemented the validation of the fundamental properties determined for the mixture used in all the executed tests. The final results validate the proposed innovations, because of the consistency showed in the deformation’s evolution. The finite element modelling of the wheel tracking tests displayed interesting results, but the use of tridimensional models with mobile loads and viscoelastic behavior is suggested, to reduce the difference between the deformability modulus and the Poisson ration determined through triaxial tests and backanalysis.