Rotação Tração direta Tração Indireta Viga retangular de quatro apoios Cilíndrico com redução de seção Cilíndro “Marshall” Cilíndrico Flexão em balanço Viga trapezoidal
T C
Figura 2.15. Relação de formas geométricas dos corpos de prova
O ensaio de flexão consiste em submeter uma vigota retangular simplesmente apoiada a duas cargas simétricas em relação ao centro da vigota, que produzem um estado de tração uniforme na parte central da borda inferior da vigota, abaixo da linha neutra, entre dois pontos de carga.
No ensaio rotacional, amostras cilíndricas com seção reduzida no centro são submetidas a uma carga constante através de um fio conectado em uma das extremidades. A rotação da amostra e a carga constante na extremidade produzem tensões de compressão e de tração senoidais nos ponto da fibra externa, rompendo a amostra no ponto de solicitação máxima.
O ensaio de fadiga através da flexão em amostras trapezoidais é caracterizado pela aplicação de uma força na menor extremidade do corpo de prova através de um sistema capaz de produzir uma deformação elástica constante. O corpo de prova trapezoidal possui dimensões de 56mm de lado na base maior, 25mm na base menor, 250mm de altura e 25mm de espessura (MOMM, 1998 apud LOUREIRO, 2003). Este tipo de ensaio foi desenvolvido na França, e é utilizado para o ensaio de fadiga.
No ensaio de tração direta, amostras retangulares são comprimidas e tracionadas axialmente.
O ensaio de tração indireta por compressão diametral foi desenvolvido pelo professor Fernando Luiz Lobo B. Carneiro do Instituto Nacional de Tecnologia do Rio de Janeiro, para a determinação da resistência à tração de corpos-de-prova cilíndricos de concreto de cimento Portland, sendo conhecido no exterior como “ensaio brasileiro”.
O investigador Schmidt da Chevron, Califórnia, introduziu este ensaio para as misturas asfálticas sob carregamento repetido.
A carga é aplicada por compressão diametral em amostras cilíndricas tipo Marshall (10,16cm x 6,35cm), induzindo um estado de compressão na direção vertical e de tração na horizontal, conforme é mostrado na figura 2.16, resultando num estado biaxial de tensões,
x 2 F = hd F y F 62F - = hd =-3 t 3 t t
F - carga distribuída em frisos curvos h - altura do corpo-de-prova d - diâmetro do corpo-de prova
Figura 2.16: Estado de tensões gerados no ensaio de tração indireta por compressão diametral (Pinto, Salomão / Preussler, Ernesto, 2002)
O carregamento vertical é aplicado e distribuído através de um friso de carga curvo e o deslocamento horizontal é medido por transdutores do tipo LVDT.
Pela teoria elástica, segundo Focht, a deformação específica num ponto distante de x do centro do corpo-de-prova cilíndrico é dada por:
Onde:
F: força vertical aplicada através do friso à geratriz do cilindro; E: módulo de elasticidade do material;
h: altura do corpo-de-prova cilíndrico; d: diâmetro do corpo-de-prova cilíndrico;
x: abcissa – distância horizontal ao centro do corpo-de-prova; μ: coeficiente de Poisson.
Integrando a Equação
ε
x no intervalo de (-d/2, +d/2), calcula-se o deslocamento total,Δ
, nahorizontal (para d=10,16cm): = 2F 3,14E hd 4d - 16 ( - 4 ) 4 2 d x d x 2 2 2 2 + (1 - )
μ
(2.19)onde:
Para a carga aplicada por um meio de um friso curvo de 1,27 cm, tem-se, com base nos estudos de Preussler, a equação:
A aplicação da teoria da elasticidade a misturas asfálticas no ensaio de compressão diametral, é admissível a níveis de tensão de tração de 50% ou menos em relação à de ruptura e a temperaturas inferiores a 35°C.
Atribui-se o coeficiente de Poisson de 0,25 a 0,30 para as misturas asfálticas a quente em função da temperatura, especialmente.
A tensão de tração (σt) normal horizontal é de compressão vertical (σc) no centro do corpo-
de-prova é dada por:
O equipamento de compressão diametral utilizado para a determinação dos módulos de elasticidade e estudos de fadiga de misturas betuminosas e cimentadas é mostrada esquematicamente na figura 2.17. A temperatura do ensaio deve ser especificada e controlada mediante o condicionamento do equipamento em uma câmara termo-regulável.
(2.20) (2.21) (2.22)
∇
= F E.h (μ
+ 0,2734) =∇
F .h (μ
+ 0,2734) E =∇
F .h (0,9976μ
+ 0,2692) E = 2 3,14 F hdσ
t = -6 3,14 F hdσ
c (2.24) (2.23)Figura 2.17: Equipamento de Ensaio a Compressão diametral de cargas repetidas
Tipo de Carregamento
O ensaio de fadiga pode ser realizado de duas formas: tensão controlada e deformação constante.
• Ensaio à tensão controlada
Neste ensaio aplica-se uma carga contínua e constante sobre um corpo de prova cilíndrico ou prismático. A aplicação contínua da tensão procura simular as condições de campo no laboratório, onde a carga das rodas dos veículos atua sobre os pavimentos de forma repetitiva.
Durante o ensaio, as deformações resultantes vão aumentando e atingem um valor máximo até a fase de colapso da amostra. Portanto, o critério de parada neste ensaio de fadiga está associado à fratura do corpo de prova (PINTO, 1991).
A figura 2.18 apresenta o esquemático de fadiga à tensão constante de misturas asfálticas (MONISMITH e DEACON, 1969).
Figura 2.18: Comportamento da tensão e deformação, no ensaio de fadiga a tensão controlada
• Ensaio à deformação constante
É realizado controlando-se a tensão aplicada (reduz-se a tensão com o andamento do ensaio), de forma a manter a deformação recuperável constante durante o ensaio.
Neste tipo de ensaio, as trincas evoluem de forma mais lenta que no ensaio a tensão controlada, com isto o ensaio se torna mais demorado.
O corpo de prova não chega ao colapso, portanto alguns critérios são utilizados para o término do ensaio.
• Redução em 40% e 50% da carga inicial aplicada (PINTO 1991).
• 50% do módulo de rigidez inicial por flexão ou da tensão inicial (PRONK e HOPMAN, 1990; TAYEBALI et al, 1992 apud LOUREIRO, 2003).
Na figura 2.19 é apresentado o modelo esquemático de comportamento de fadiga à deformação controlada de misturas asfálticas (MONISMITH e DEACON, 1969).
Figura 2.19: Comportamento da tensão e deformação, no ensaio de fadiga a deformação constante
A fadiga vai alterando as propriedade de resistência e a rigidez das misturas, fazendo com que o comportamento das tensões e deformações no interior da camada betuminosa varie durante o carregamento. Monismith e Deacon (1969) definiram uma forma de avaliar esta variação como o Fator Modo, expresso por:
B A B - A FM + = onde, FM: fator de modo;
A : variação percentual da tensão de tração horizontal devido a uma redução arbitrada e fixa da rigidez da mistura;
B : variação percentual da deformação de tração horizontal devido a uma redução arbitrada e fixa da rigidez da mistura.
O fator de modo varia de +1 (deformação controlada), a –1 (tensão controlada), e dentro deste intervalo o comportamento é tido como intermediário.
Na figura 2.20 é apresentada o modelo esquemático do comportamento de fadiga de misturas asfálticas em um modo de carregamento intermediário (MONISMITH e DEACON, 1969).
Figura 2.20: Comportamento da tensão e deformação, no ensaio de fadiga com um modo de corregamento intermediário
A figura 2.21 apresenta o diagrama da vida de fadiga para diversos modos de carregamento (MONISMITH e DEACON, 1969).
Figura 2.21: Diagrama da vida de fadiga para diversos modos de carregamento
Observa-se que, para que um mesmo nível de tensão inicial, a vida de fadiga da mistura asfáltica é maior quando se realiza o ensaio à deformação constante.
O quadro 2.1 apresenta os critérios de fadiga.