Simulação do comportamento mecânico de misturas asfálticas usando um modelo computacional multi-escala

Abstract

RESUMO: As misturas asfálticas, por serem materiais heterogêneos, possuem comportamento global dependente do comportamento dos constituintes individuais, de suas frações volumétricas e das interações físico-químicas entre os constituintes, dentre outros fatores. Deste modo, para que se possa compreender melhor o comportamento desses materiais, é necessário o uso de metodologias capazes de considerar as características e fenômenos ocorrentes nas escalas menores. Uma metodologia que vem sendo bastante estudada e aplicada na comunidade científica internacional são os chamados modelos multi-escala. O objetivo do presente trabalho é descrever um modelo computacional multi-escala e aplicá-lo à simulação de ensaios comumente usados em misturas asfálticas, quais sejam, os ensaios de compressão diametral e de fadiga por flexão em viga. Para o caso de compressão diametral, os resultados numéricos se mostraram em concordância com os resultados observados experimentalmente. Para o caso de carregamento cíclico, não foi feita uma comparação com experimentos, mas os resultados numéricos mostram a capacidade do modelo em simular qualitativamente os fenômenos de trincamento por fadiga e acúmulo de deformações permanentes.ABSTRACT: Given that asphalt mixtures are composite materials, their behavior is fundamentally determined by the local behavior of their constituents, their volume fraction and their physical-chemical interactions. Thus, in order to better understand the mechanical response of asphalt mixtures, it is necessary the use of methodologies that accurately consider the characteristics and phenomena that occur in smaller scales. A methodology that has been very studied and applied by the international scientific community is the so-called multi-scale modeling. The aim of the present paper is to describe and apply a computational multi-scale model to the numerical simulation of commonly used tests, such as the indirect tension test (Brazilian test) and the fatigue beam test. From the simulations of the indirect tension test, it was observed that the numerical results are in agreement with the experimental ones. In the case of cyclic loading, no experiments were performed, but the numerical results show that the model may qualitatively simulate both fatigue cracking and accumulation of permanent deformations. INTRODUÇÃOO uso de materiais compósitos, ou seja, materiais formados a partir da combinação de dois ou mais constituintes individuais, em aplicações estruturais tem crescido de forma significativa nos últimos anos, destacando-se as aplicações nos diversos ramos das engenharias aeroespacial, biomédica, civil e mecânica. Esse uso crescente deve-se ao fato de que os materiais compósitos podem oferecer características estruturais ótimas para determinadas aplicações que seus constituintes não podem oferecer individualmente.Além disso, observa-se uma preocupação crescente em se minimizar o passivo ambiental provocado por certos materiais aparentemente inservíveis, os quais podem ser aproveitados como constituintes dos mat...