Author(s): Mendes, Susana Ferreira
Date: 2011
Persistent ID: http://hdl.handle.net/10400.21/1248
Origin: Repositório Científico do Instituto Politécnico de Lisboa
Subject(s): Misturas betuminosas; Infra-estruturas de transportes; Caracterização mecânica; Ensaios de cargas repetidas; Ensaios triaxiais; Ensaios de fadiga; Bituminous mixtures; Transport infrastructures; Mechanical characterization; Repeated loading tests; Triaxial tests; Fatigue tests
A maioria das infra-estruturas de transportes, nomeadamente os pavimentos rodoviários e aeroportuários, são constituídas por misturas betuminosas, o que permite um bom desempenho e uma adequada durabilidade, nas condições usuais de serviço. As misturas betuminosas são ainda amplamente utilizadas na construção de zonas de estacionamento de veículos, tendo-se verificado recentemente a sua aplicação também em infra-estruturas ferroviárias. Face à necessidade de melhorar o desempenho das vias-férreas, permitindo uma concepção mais durável de linhas de alta velocidade e uma redução dos custos da sua manutenção, tem-se vindo a desenvolver diversos estudos para promover a utilização de novos materiais, principalmente através da incorporação de misturas betuminosas. O presente trabalho tem como objectivo a caracterização do comportamento mecânico de misturas betuminosas a aplicar em infra-estruturas de transportes. Como metodologia para o estudo do comportamento mecânico das misturas betuminosas foram realizados em laboratório ensaios de cargas repetidas, nomeadamente, ensaios de flexão em quatro pontos para determinação da rigidez e da resistência à fadiga e ensaios de compressão triaxiais cíclicos para avaliação do comportamento à deformação permanente. A resistência à fadiga das misturas betuminosas em estudo foi avaliada através do ensaio de flexão em quatro pontos, com extensão controlada, e aplicação de um carregamento sinusoidal com diferentes frequências, de acordo com o procedimento de ensaio da norma europeia EN 12697-24 (2004 + A1: 2007). A resistência à deformação permanente das misturas betuminosas foi analisada através de ensaios de compressão triaxiais cíclicos, submetendo-as a uma tensão de confinamento estática pela aplicação parcial de vácuo e a uma pressão axial cíclica sob a forma rectangular, de acordo com a norma europeia EN 12697-25 (2004). O conhecimento destas propriedades mecânicas assume particular importância ao nível da formulação das misturas betuminosas, do dimensionamento de uma estrutura ou do estabelecimento de uma adequada solução para uma obra de reabilitação duma infra-estrutura de transportes. Para este estudo foi utilizado um modelo físico construído numa fossa no LNEC, com o propósito de serem testadas três substruturas ferroviárias não convencionais, utilizando sub-balastro betuminoso. A selecção das substruturas foi efectuada após uma análise de várias secções de estruturas já testadas e aplicadas noutros países, de forma a proporcionar comparações fiáveis entre elas. Os resultados obtidos mostraram que a mistura betuminosa AC20 base 50/70 (MB) aplicada na camada de sub-balastro é adequada para ser aplicada nas infra-estruturas de transportes pois apresenta um bom desempenho à fadiga e à deformação permanente. Através dos ensaios efectuados foi ainda possível entender a importante influência das características volumétricas, principalmente da porosidade para o bom comportamento da mistura betuminosa.
Most transport infrastructures, including road and airport pavements include bituminous mixtures, which allow a good performance and an adequate durability under ordinary service conditions. The bituminous mixtures are still widely used in the construction ofparking areas for vehicles, being recently applied in rail infrastructures. Due to the need to improve the performance of railways, allowing a more durable highspeed lines and a maintenancecost reduction, numerous studies to promote the use of new materials, mainly through the incorporation of bituminous mixtures have been developed. The present work aims to characterize the mechanical behaviour of bituminous mixtures in order to be applied in transport infrastructures. As a methodology to study the mechanical behaviour of the bituminous mixtures,laboratory repeated loading tests were performed, namely four-point bending tests (4PBT) to determine stiffness and fatigue behaviour, and cyclic triaxial compression tests to evaluate the permanent deformation behaviour. The fatigue behaviour of the studied bituminous mixtures was evaluated by the 4PBT, with controlled strain and the application of a sinusoidal loading with differentfrequencies, according to the European Standard EN 12697-24 (2004 + A1:2007). The permanent deformation behaviour of the bituminous mixtures was analyzed with the cyclic triaxial compression test, by subjecting the samples to a static confinementstress through the application of vacuum and applying a rectangular cyclic axial pressure stress, according to the European Standard EN 12697 -25 (2004). The knowledge of these mechanical properties is of particular importance in the formulation of bituminous mixtures, in structure design or for the establishment of anadequate solution to transportation infrastructure rehabilitation. For this study a physical model built at LNEC’s test pit was used, in order to test three unconventional railway substructures using bituminous mixtures as sub-ballast layer. The selection of the substructures was made after the analysis of several sections already tested and applied in other countries, in order to provide reliable comparisons between them. The results obtained showed that the bituminous mixture AC20 base 50/70 (MB)applied in the sub-ballast layer is suitable for application in transport infrastructurebecause it presents an adequate performance to fatigue and permanent deformation. Through the tests carried out it was also possible to understand the importance of volumetric characteristics, especially the bulk density to a good behaviour ofbituminous mixture.
