Use of mechanistic-empirical method of pavement design for performance sensitivity analysis to asphalt pavement fatigue Translated title: Sensibilidade do desempenho à fadiga de revestimentos asfálticos compostos por ligante polimérico

Abstract

ABSTRACT In the new Brazilian mechanistic-empirical design method of asphalt pavements, MeDiNa, the characterization of permanent deformation (PD) for the selection of soils and gravel is based on tests performed with at least 150,000 loading cycles for each of the nine specimens indicated in the DNIT standard. Despite providing information about the material behavior under a wide range of testing conditions, the experimental program related to these PD characterizations is time consuming and it is believed that it can be optimized. This paper evaluates the influence of the number of loading cycle applications on the characterization of the materials. For this purpose, seven materials were analyzed at their optimum moisture content (OMC) and one of them was also compacted in a condition above the OMC, in a total of eight data sets. Statistical regression analyzes were performed to identify the parameters of the predictive model for different numbers of cycles and the PD predictions for the different materials were compared. From these results, simulations were performed in the MeDiNa software to predict the performance of the materials. Four different N values were evaluated, considering 150,000 cycles as reference: discarding the 500 first cycles, but considering the PD accumulated in that interval; discarding the 500 first cycles and considering the PD accumulated in that interval; final N of 80,000; and final N of 100,000. For the analyzed materials, no significant differences were observed in the PD prediction, even considering tests with 50,000 or 70,000 cycles less than the 150,000 cycles required in the standard. This indicates that, although characterization is recommended following standardized procedures, the experimental program of the current PD standard can possibly be significantly optimized by reducing the number of cycles applied to materials in laboratory tests. This possibility must be analyzed for each material.

Translated abstract

RESUMO São vários os fatores (geométricos, mecânicos e de carregamento) que podem influenciar no dimensionamento do pavimento flexível e no seu desempenho quanto ao aparecimento de fissuras por fadiga. Por isso, os métodos mecanístico-empíricos para o dimensionamento são amplamente aceitos e utilizados no âmbito da engenharia de pavimentação. Entretanto, para a análise mecanística existe uma gama de modelos de fadiga que podem proporcionar diferentes dimensionamentos do pavimento. Este estudo visou analisar a sensibilidade do desempenho à fadiga do revestimento asfáltico de acordo com dados derivados de um dimensionamento mecanístico-empírico do pavimento e levando em consideração diferentes modelos de fadiga. As seguintes variáveis foram consideradas nos modelos de fadiga: as propriedades mecânicas dos materiais estruturais, as espessuras das camadas estruturais e a carga aplicada à estrutura. As misturas asfálticas de projeto contempladas na pesquisa foram definidas de acordo com o método de projeto de mistura Marshall, enquadradas em duas distintas faixas granulométricas aplicáveis ao concreto asfáltico com ligante polimérico. O protocolo mecanístico-empírico envolveu o pré-projeto das estruturas do pavimento utilizando o método empírico do Departamento Nacional de Infraestrutura de Transportes (DNIT) e sua análise mecanística utilizando o programa de computador Elsym5, o qual considera que as camadas horizontais são formadas por materiais elástico-lineares e isotrópicos. Os resultados mostraram que o desempenho à fadiga e o dimensionamento da camada de revestimento asfáltico variaram conforme os modelos de fadiga aplicados nos diferentes cenários. Porém, a sensibilidade do desempenho à fadiga do revestimento asfáltico determinado por esses modelos, diante das variações dos fatores estudados, foi aproximadamente a mesma. Assim, concluiu-se que a fadiga dos revestimentos asfálticos foi mais sensível à variação da espessura da camada de revestimento asfáltico do que à variação do valor de carga aplicada, seguidas do módulo de resiliência do solo do subleito.