Descrição do equipamento e procedimento de ensaio

O equipamento utilizado no presente estudo para a realização de ensaios de compressão uniaxial de cargas repetidas consiste numa adaptação do equipamento existente no LNEC, geralmente utilizado para a realização de ensaios de fadiga por flexão de materiais betuminosos (Azevedo, M. C., 1993).

A adaptação realizada consistiu, fundamentalmente, na introdução de um sistema de aplicação de cargas uniaxiais ao provete, que garantisse a adequada distribuição das tensões transmitidas a este, e de um sistema de medição das deformações constituído por dois LVDT (Linear Velocity Displacement Transducer), colocados em posições diametralmente opostas. Estes LVDT têm um curso máximo de 15 mm e uma precisão de 2

Este equipamento de ensaio possui um actuador para a realização de ensaios com a aplicação de cargas repetidas, com uma gama bastante alargada de frequências e amplitudes de carga. O equipamento é essencialmente composto pela estrutura de carga e pelo grupo óleo- hidráulico. O actuador hidráulico utilizado, com uma área útil de fluído de 43,87 cm2, em associação ao grupo óleo - hidráulico permitem o desenvolvimento de uma carga máxima de 100 kN, em carregamentos estáticos, e uma carga dinâmica de 50 kN, a 20 Hz, com um deslocamento do êmbolo do actuador que pode ir até 2 mm. O curso máximo é de 152,4 mm, obtido para uma frequência de 5 Hz. No interior do corpo do actuador está instalado um LVDT, com uma precisão de 4 µm, para controlo e medição do deslocamento do actuador (Azevedo, M. C., 1993).

O controlo e a aquisição de dados do equipamento é efectuado pelo sistema ATS (Automated Testing System). Este sistema é constituído por um conjunto de programas para micro-computador, funciona em ambiente Microsoft Windows, efectuando o controlo digital do ensaio, nomeadamente a aplicação da carga, em conjunto com um condicionador de sinais, uma placa de aquisição de dados e um amplificador de servoválvulas.

Dado que os materiais em estudo apresentam um comportamento que é função da temperatura, como já referido, foi necessário proceder à instalação de uma câmara de temperatura controlada que permite a realização de ensaios a temperaturas de +5 a +75°C, com uma precisão de 0,5°C, que envolve todo o equipamento servo - hidráulico (Figura 5.1).

No âmbito do presente trabalho, foram realizados ensaios a temperaturas entre 30°C e 60°C. Embora a câmara de temperatura controlada seja adequada para a realização de ensaios a estas temperaturas, no caso dos ensaios realizados a 60°C, e por forma a

facilitar as manobras de posicionamento do provete e do respectivo sistema de medição das deformações atendendo à elevada temperatura de ensaio, optou-se por colocar o provete imerso em água mantida a 60 ± 0,5°C, devidamente envolvido numa membrana plástic a para evitar o contacto directo com a água (Figura 5.2).

Para obter uma temperatura homogénea do provete, quando imerso em água, este foi previamente condicionado à temperatura de ensaio durante cerca de 35 minutos, sendo

Figura 5.1 – Aspecto da câmara de temperatura controlada colocada à volta do equipamento servo-hidraúlico

posteriormente submetido a ensaio, de acordo com os resultados das medições da evolução da temperatura no interior do provete. No caso de ensaios realizados em câmara de temperatura controlada, por forma a obter uma temperatura homogénea no interior dos provetes, estes devem ser armazenados em estufa ventilada à temperatura de ensaio, durante pelo menos 2 horas, antes do início do ensaio.

Estes tempos de condicionamento dos provetes para cada um dos métodos foram determinados experimentalmente, com recurso a medições efectuadas no interior dos

Figura 5.2 – Várias fases da imersão em água do provete para realização do ensaio de compressão uniaxial de cargas repetidas

provetes. Na Figura 5.3 apresenta-se a evolução da temperatura medida no interior de um provete betuminoso com 100 mm de diâmetro, sujeito a uma temperatura de 60°C em câmara de temperatura controlada e em banho-maria, também a 60°C.

Como se pode observar a temperatura de 60°C, é atin gida mais rapidamente quando o provete está imerso em água do que quando está numa câmara de temperatura controlada.

Figura 5.3 – Evolução da temperatura no interior de um provete betuminoso com 100 mm de diâmetro

Os ensaios de compressão uniaxial são realizados sobre provetes cilíndricos, com 100 mm de diâmetro e uma altura nunca inferior a 60 mm. Para garantir a altura mínima do provete a ensaiar, nos casos em que estes são extraídos do pavimento em que a camada de desgaste apresenta uma espessura igual ou inferior a 60 mm, colocam-se dois provetes, com características de porosidade muito próximas, um sobre o outro, de acordo com o preconizado no projecto de norma europeu prEN 12697-25 – “Test: Uniaxial Cyclic Compression Test”, elaborado pelo CEN/TC 227/WG1 em Outubro de 1997.

De facto, de acordo com aquele projecto de norma, os provetes para ensaio extraídos de pavimentos em serviço, quando não apresentarem uma altura mínima de 60 mm, podem ser sobrepostos por forma a perfazer aquele valor mínimo (60 ± 2 mm), devendo ser garantidas as exigências relativas à regularidade e ao paralelismo dos topos dos provetes.

0 10 20 30 40 50 60 70 1 0 :0 0 1 1 :1 5 1 2 :3 0 1 3 :4 5 1 5 :0 0 1 6 :1 5 Hora T e m p e ra tu ra ( °C )

Provete com 0,10m de diâmetro, em câmara de temperatura controlada, a 60°C Provete com 0,10m de diâmetro, em banho-maria, a 60°C

Uma vez que estamos perante um ensaio com a aplicação de cargas uniaxiais, é fundamental garantir a aplicação uniforme da tensão de ensaio em cada instante. Para tal, os topos dos provetes cilíndricos para ensaio devem estar planos e paralelos entre si, devendo ser assegurada a ausência de qualquer tipo de atrito entre o prato de aplicação da força e o topo do provete, para eliminar o fenómeno de embarrilamento. Esta exigência é assegurada com o polimento dos topos do provete, e a aplicação de uma substância que actuou como lubrificante.

Dado que os materiais a ensaiar são misturas a aplicar em camadas de desgaste, a amplitude da força aplicada é a correspondente ao valor da tensão de contacto entre os rodados dos veículos pesados e a superfície do pavimento.

A força aplicada é do tipo “harversine”, conforme designado na literatura inglesa, apresentando um carregamento com forma sinusoidal, seguido de um tempo de repouso com força de valor zero, por forma a simular mais correctamente a passagem dos rodados de um veículo (Figura 5.4). Com efeito, este tipo de carregamento tem sido apontado por diversos autores como sendo o que melhor simula o andamento da variação de tensões nos pavimentos.

Figura 5.4 – Representação esquemática da forma de aplicação das cargas em ensaio de compressão uniaxial de cargas repetidas