Change in fatigue behavior of asphalt hot mixes produced with asphalt rubber binders

Fatigue life of asphalt hot mixes is given as a function of both stiffness and tensilestrains induced in the bottom of the wearing courses of flexible pavements. In conventional as-phalt hot mixes the increase of stiffness leads to a decrease of fatigue life. However, this work shows that there is an increase of both fatigue life and stiffness of asphalt rubber hot mixes in comparison with the asphalt hot mixes produced with straight binders. In this work laboratory tests were performed in asphalt hot mixes with dense and gap gradation produced with straight binder (AC 50/70) and asphalt rubber binder manufactured by the wet process. Resilient mod-ulus and fatigue life tests under four point bending procedure were used to determine the me-chanical behavior of studied mixtures. The results show that the use of asphalt rubber binder produced an increase of both fatigue life and stiffness of the studied mixtures

Influência da temperatura de digestão no comportamento dos asfaltos-borracha obtidos pelo processo úmido

Os asfaltos-borracha são materiais obtidos pela incorporação de uma borracha granulada reciclada de pneus usados a um ligante asfáltico convencional. O processo de mistura entre estes dois materiais ocorre sob determinadas condições de tempo e temperatura que influenciam diretamente o comportamento do produto obtido, ou seja, do asfalto-borracha. Em geral não existem parâmetros pré-definidos para a escolha do tempo, e principalmente da temperatura empregada na fabricação dos asfaltos-borracha, sendo estes parâmetros normalmente adotados em função da experiência de cada produtor de asfalto-borracha, ou em função das limitações dos equipamentos disponíveis. Sendo assim, este trabalho tem por objetivo apresentar um estudo sobre a influência da temperatura de digestão empregada na fabricação dos asfaltos-borracha obtidos pelo processo úmido [1], tanto nas propriedades físicas dos asfaltos-borracha, medidas por meio de ensaios laboratoriais convencionais (penetração, viscosidade rotacional, ponto de amolecimento e resiliência), como nas propriedades mecânicas (resistência à tração, módulo resiliente, vida de fadiga e resistência às deformações permanentes) das misturas asfálticas produzidas com estes materiais. Os resultados mostraram que em geral o aumento da temperatura tende a produzir ligantes com maior capacidade de recuperação elástica e maior ponto de amolecimento, resultando em uma melhoria das propriedades relacionadas à flexibilidade, resistência ao trincamento por fadiga e resistência às deformações permanentes das misturas asfálticas produzidas.Asphalt rubber binders are obtained incorporating crumb rubber recycled from ground used tires into a straight binder. The process of manufacturing of asphalt rubber binders occurs under conditions of time e temperature that influenced the properties of these materials. In general, there aren’t criteria for the choice of time and temperature to be used on the manufacturing of asphalt rubber binders, being these parameters defined in function of experience of each manufacturer, or in function of equipments used to produce these modified binders. The aim of this paper is to present a study about the influence of temperature of digestion used in the manufacturing process of asphalt rubber binders, obtained by the wet process [1], such on their physical properties (penetration, rotational viscosity, softening point and resilience), as on the mechanical properties (tension strength, fatigue life, resilient modulus, permanent deformations) of asphalt rubber hot mixes. The results obtained show that, in general, the increase of temperature of digestion produce modified binders with higher elastic recovery and softening point, improving the mechanical properties of asphalt hot mixes produced related to flexibility, resistance to cracking and permanent deformations

Simulation of resistance and deformability of rocks via discrete elements with cemented particles

O Método dos Elementos Discretos (DEM) aparece como um dos métodos mais atraentes para entender problemas geotécnicos gerais e especificamente o comportamento de rochas devido às suas vantagens únicas em lidar com processos de fraturamento. Neste trabalho, foram feitas modelagens de ensaios de compressão simples e de tração indireta relativos a uma rocha magmática, conhecida como granito Lac du Bonnet, com base em uma abordagem discreta, utilizando o DEM e um modelo específico de contato e de cimentação entre grãos. Concluindo, foi realizada uma análise paramétrica da influência do módulo de Young em algumas propriedades macroscópicas do modelo numérico da rocha, visando gerar contribuições no entendimento do comportamento de resistência e de deformabilidade de rochas duras.The Discrete Element Method (DEM) appears as one of the most attractive methods for understanding general geotechnical problems and specifically the behavior of rocks due to their unique advantages in dealing with fracturing processes. In this work, unconfined compression and indirect tensile tests were performed for a magmatic rock, known as Lac du Bonnet granite, based on a discrete approach using DEM and a specific contact and cementation model between the particles. Concluding, a parametric analysis of the influence of Young's modulus on some macroscopic properties of the rock’s numerical model was carried out, with the objective of generating contributions as to the understanding of the deformability and strength behavior of hard rocks.Peer Reviewe

Chemical and environmental assessment of rejuvenated asphalt mixtures

A reciclagem é um tema que vem ganhando bastante espaço em diversas áreas da engenharia. Quando se reaproveita um material em obras civis, indiretamente se está contribuindo para a preservação da natureza. Dentro deste contexto, a reciclagem de revestimentos asfálticos é um assunto que desperta grande interesse, mas que requer estudos mais aprofundados. Desta forma, o presente trabalho tem como objetivo estudar os efeitos de produtos rejuvenescedores no comportamento de ligante asfáltico envelhecido, visando sua aplicação em reciclagem de revestimentos de pavimentos rodoviários. Para tanto, inicialmente foi extraído ligante residual e em seguida foram adicionados rejuvenescedores a base de alcatrão (RejuvaSeal) e outros a base de óleo de xisto, conhecidos comercialmente com AR-5, AR-250 e AR-500, nas taxas de 15, 20 e 25%, de modo a verificar qual teor seria apropriado para recuperar as características originais do ligante. Entre as diversas conclusões obtidas neste trabalho tem-se que a mistura contendo 20% de AR-5 apresenta o melhor comportamento quando comparada a um ligante asfáltico novo (CAP 50-70). As análises químicas e ambientais mostraram que a reciclagem de material fresado de revestimento asfáltico utilizando rejuvenescedor é uma solução tecnicamente possível e ambientalmente correta para pavimentação.Recycling is a topic that has been gaining enough space in various areas of engineering. When reuses material in civil works, indirectly it is contributing to the preservation of nature. Within this context, the recycling of asphalt coatings is a subject that arouses great interest, but that requires further study. Thus, this paper aims to study the effects of rejuvenating products on aged asphalt binder behavior, for their application in recycling road surface coatings. Therefore, it was initially extracted residual binder and then were added rejuvenating tar base (RejuvaSeal) and other shale oil based commercially known AR-5, AR-250 and AR500, at rates of 15, 20 and 25%, in order to see which content would be appropriate to recover the original characteristics of the binder. Among the many findings from this study is that the mixture containing 20% of AR-5 shows better behavior when compared to a new asphalt binder (CAP 50-70). The chemical and environmental analysis showed that the recycling of material milled using rejuvenating asphalt layer is a technically feasible solution for flooring and environmentally friendly

Avaliação química e ambiental de misturas asfálticas rejuvenescidas

A reciclagem é um tema que vem ganhando bastante espaço em diversas áreas da engenharia. Quando sereaproveita um material em obras civis, indiretamente se está contribuindo para a preservação da natureza.Dentro deste contexto, a reciclagem de revestimentos asfálticos é um assunto que desperta grande interesse,mas que requer estudos mais aprofundados. Desta forma, o presente trabalho tem como objetivo estudar osefeitos de produtos rejuvenescedores no comportamento de ligante asfáltico envelhecido, visando sua aplicaçãoem reciclagem de revestimentos de pavimentos rodoviários. Para tanto, inicialmente foi extraído liganteresidual e em seguida foram adicionados rejuvenescedores a base de alcatrão (RejuvaSeal) e outros a base deóleo de xisto, conhecidos comercialmente com AR-5, AR-250 e AR-500, nas taxas de 15, 20 e 25%, de modoa verificar qual teor seria apropriado para recuperar as características originais do ligante. Entre as diversasconclusões obtidas neste trabalho tem-se que a mistura contendo 20% de AR-5 apresenta o melhor comportamentoquando comparada a um ligante asfáltico novo (CAP 50-70). As análises químicas e ambientaismostraram que a reciclagem de material fresado de revestimento asfáltico utilizando rejuvenescedor é umasolução tecnicamente possível e ambientalmente correta para pavimentação.Palavras-chave: ligantes asfálticos rejuvenescidos, análise química, análise ambienta

Influence of crumb rubber gradation on asphalt-rubber properties

Asphalt rubber is a material produced by the incorporation of crumb rubber obtained from ground tires in straight asphalt and its properties are influenced by the components properties. The crumb rubber gradation is one of the variables which have a significant influence on asphalt rubber properties. Thus, this work studies the influence of crumb rubber gradation on the asphalt rubber properties expressed by penetration, rotational viscosity (using the Brookfield viscometer), resilience and softening point. Test samples were produced with a 50/70 penetration grade straight asphalt and a crumb rubber obtained by the grinding process which basically consists in a tearing and crushing the old tires at ambient temperature. The digestion time was 60 minutes and the digestion temperature was 170 ºC. The results show that the rotational viscosity and the resilience are the properties most affected by the crumb rubber. It was also observed that the increase of the crumb rubber specific surface (fine crumb rubber) produces asphalt rubber with higher viscosity and lower resilience. The use of coarse crumb rubber influences mainly the resilience.Brasil. Ministério da Educação. Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES).Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPQ)

Una nueva regla endurecimiento para modelar el efecto de la densidad en el comportamiento de los suelos

Los autores proponen una nueva ley de endurecimiento para modelos constitutivos basados en el concepto subloading. Este concepto permite una transición suave entre la descarga y la recarga. Lo más importante es que caracteriza el suelo con un único grupo de parámetros, independientes de la densidad inicial. La nueva regla busca mejorar el modelo original propuesto por el último autor. La versión inicial incluía una regla de evolución lineal en aras de la simplicidad, sin incluir pruebas empíricas de dicha ley. Esta nueva versión propone una ley exponencial que se ajusta mejor los datos experimentales. Esta ley requiere sólo dos parámetros, con una interpretación física clara, obtenidos a partir de ensayos simples de compresión unidimensional. El modelo se basó en ensayos controlados con esferas de vidrio, sin embargo, fue aplicado a suelos granulares y arcillosos. Los resultados muestran que el modelo puede reproducir muy bien el comportamiento de suelos reales.The authors propose a new hardening rule for constitutive models based on the subloading concept. This concept allows a smooth transition between unloading and reloading. Most importantly it characterizes the soil with a single set of parameters regardless of its initial density state. The new rule aims to improve the original model proposed by the last author. The original version included a linear evolution rule for the sake of simplicity, but did not include any empirical evidence for such law. This new version proposes an exponential law that provides a better fit to the experimental data. This law requires only two parameters with a clear physical interpretation. These parameters can be obtained from simple one-dimensional compression tests. The model was based on controlled tests performed with glass spheres, but was applied to real granular and clay soils. The results show that the model can very successfully reproduce the behavior of real soils

The use of crumb rubber in asphalt mixtures using the dry process

The modification process of hot mix asphalts in which crumb rubber is initially mixed with the mineral aggregates before the addition of the binder is known as dry process. This process has as main advantages the use of conventional mixing plants and, at least in principle, has no limitation of the incorporated rubber content. The aim of this paper is to study the influence of the incorporated crumb rubber content in the mechanical behavior of dense graded mixes ( grade envelope C of Brazilian specification DNER-ES 313/97). For this purpose, laboratory tests were carried out to determine the main properties to be used in numerical analyses of a structure of flexible pavement executed with that type of asphalt mixture. The mechanical properties of asphalt hot mixes used in the numerical analysis were determined by laboratory tests (stiffness modulus and fatigue life). The studied asphalt hot mixes were produced with a crumb rubber obtained by the milling process at ambient temperature and a straight binder AC 50/70 (classification by penetration). The incorporated rubber content varied from 2% up to 3,6% in relation to the mineral aggregate mixture. For the sake of comparison, a conventional asphalt mixture produced with straight binder AC 50/70 and an asphalt-rubber hot mix produced by wet process were also studied. The results showed that the asphalt hot mixes modified with crumb rubber by dry process presented a significant improvement in terms of mechanical behavior in relation to conventional asphalt hot mixes, especially in terms of increase of fatigue life, as can be observed in the numerical analysis performed.Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES).Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPQ).Cepsa.Biosafe.Bezerras Ltda

Nuevas tendencias en el diseño de materiales y estructuras

El presente texto incluye temas como las nuevas herramientas para la modelación de diferentes problemas relacionados con la Ingeniería Civil; la implantación de un modelo matemático para el análisis dinámico no lineal de las viviendas prefabricadas, que permite simular el comportamiento histerético del sistema estructural de la vivienda a partir del comportamiento cíclico experimental; las herramientas de la inteligencia artificial (las redes neuronales) para la modelación de fenómenos complejos presentes en el comportamiento de algunos materiales, en este caso en tres arenas típicas y su relación esfuerzo-deformación; nuevos enfoques en el diseño de estructuras y materiales, nuevas tendencias de diseño tanto de las estructuras como en los materiales compuestos; una perspectiva sobre nuevos materiales compuestos o alternativos, que proponen materiales de origen natural combinados con materiales tradicionales en la industria de la construcción. Presenta una breve descripción de los materiales compuestos, tipo sándwich, y propone un nuevo compuesto a partir de conglomerados de material vegetal y ferrocemento. E incluye el estudio de los suelos residuales estabilizados con cal y se evalúa su comportamiento mecánico.PRÓLOGO............. 15 PRESENTACIÓN.............. 17 Primera parte Nuevas herramientas para la modelación de problemas en Ingeniería Civil Capítulo 1 APLICACIÓN DEL MODELO DE Bouc y Wen EN EL ANÁLISIS SÍSMICO DE VIVIENDAS PREFABRICADAS Daniel Alveiro Bedoya Ruiz 1.1 INTRODUCCIÓN.............. 21 1.2 AVANCES EN EL MODELO DE Bouc y Wen............. 23 1.3 SISTEMAS HISTERÉTICOS NO LINEALES............ 27 1.3.1 Ecuación de movimiento............ 30 1.3.2 Parámetros de forma de la histéresis............ 31 1.3.3 Disipación de energía............. 34 1.3.4 Rigidez, resistencia y estrangulamiento..............35 1.4 Identificación de sistemas y control.............. 37 1.5 APLICACIÓN DEL MODELO EN VIVIENDAS PREFABRICADAS............. 38 1.5.1 El modelo en casas prefabricadas de ferrocemento............. 41 1.5.2 Dinámica y comportamiento no lineal............. 44 1.6 CONCLUSIÓN............ 45 Capítulo 2 DETERMINACIÓN DE LA RELACIÓN CONSTITUTIVA DE LAS ARENAS USANDO REDES NEURONALES ARTI FICIALES (RNA) Hernán Eduardo Martínez-Carvajal - Márcio Muniz de Farias 2.1 INTRODUCCIÓN............ 51 2.2 MODELAMIENTO CONSTITUTIVO DE MATERIALES........... 53 2.3 MODELAMIENTO CONSTITUTIVO USANDO REDES NEURONALES ARTIFICIALES............. 55 2.4 LA BASE DE DATOS............ 56 2.5 LA ARQUITECTURA DE LA RED NEURONAL............... 58 2.6 RESULTADOS DE LA SIMULACIÓN............. 60 2.7. CONCLUSIONES.............. 65 Segunda parte Nuevos enfoques en el diseño de materiales y estructuras Capítulo 3 Diseño por desplazamientos de pilares de puentes Matthew J. Tobolski - José I. Restrepo 3.1 INTRODUCCIÓN............ 69 3.2 ESPECTRO DEL DISEÑO............. 72 3.3 AMORTIGUAMIENTO............ 74 3.4 RESPUESTA INÉLASTICA............. 75 3.5 COMBINACIÓN DE FACTORES DE AMPLIFICACIÓN DE DESPLAZAMIENTO............. 79 3.6 CAPACIDAD DE DESPLAZAMIENTO............ 80 3.7 PROCEDIMIENTO DE DISEÑO............ 85 3.8 OBJETIVO DE DESEMPEÑO DE SEGURIDAD DE LA VIDA.............. 86 3.9 OBJETIVO DE DESEMPEÑO DE FUNCIONAMIENTO INMEDIATO.............. 89 3.10 DISEÑO DE LOS ELEMENTOS............. 92 3.11 ANÁLISIS PARAMÉTRICO............. 93 3.12 EXIGENCIA SÍSMICA Y DUCTILIDAD DE CURVATURA.............. 93 3.13 PROPORCIÓN DE LA ROTACIÓN RESIDUAL............. 94 3.14 DIÁMETRO Y ALTURA DE LA COLUMNA.............. 95 3.15 CONCLUSIONES.............. 98 3.16 APÉNDICE. EJEMPLO DE DISEÑO............... 99 Capítulo 4 UN NUEVO ENFOQUE PARA EL ANÁLISIS Y DISEÑO DE ESTRUCTURAS DE HORMIGÓN ARMADO Héctor Guillermo Urrego Giraldo 4.1 INTRODUCCIÓN.............. 111 4.2 COMPORTAMIENTO DEL HORMIGÓN............. 113 4.3 COMPORTAMIENTO DEL ACERO.............. 115 4.4 CURVATURA.............. 117 4.5 EJEMPLO 1.............. 123 4.6 MÉTODO PROPUESTO............... 136 4.7 EJEMPLO 2............. 138 4.8 CONCLUSIONES............... 144 Capítulo 5 DESEMPEÑO SÍSMICO DE PÓRTI COS PLANOS DE ACERO CON EL SISTEMA KNEE-BRACING Ricardo León Bonett Díaz - Carolina López Toro 5.1 INTRODUCCIÓN.............. 147 5.2 MARCO CONCEPTUAL.............. 149 5.3 CRITERIOS PARA ESCOGER EL KNEE Y EL BRACE.............. 151 5.4 CASO DE ESTUDIO............. 153 5.5 INCORPORACIÓN DEL DISPOSABLE KNEE BRACING............. 165 5.6 EVALUACIÓN DE LA CAPACIDAD SÍSMICA............. 167 5.7 ANÁLISIS DE RESULTADOS.............. 172 5.8 CONCLUSIONES................ 176 Capítulo 6 TENDENCIAS EN EL DISEÑO DE MEZCLAS ASFÁLTI CAS EN CALIENTE ¡MARSHALL vs SUPERPAVE! Carlos Rodolfo Marín Uribe 6.1 INTRODUCCIÓN.............. 179 6.2 DESCRIPCIÓN DE LAS METODOLOGÍAS DE DISEÑO............... 180 6.3 Algunas diferencias entre las dos metodologías.............. 190 6.4 DESARROLLO DE UN TRABAJO EXPERIMENTAL.............. 192 6.4.1 Selección de materiales............ 192 6.4.2 Obtención del porcentaje óptimo de asfalto........... 195 6.4.3 Caracterización mecánica y dinámica de las mezclas asfálticas............. 195 6.5 ANÁLISIS DE RESULTADOS.............. 203 6.6 CONCLUSIONES............... 204 Capítulo 7 EL EFECTO ARCO EN SUELOS John Mario García Giraldo 7.1 INTRODUCCIÓN............. 209 7.2 EL ARCO COMO FORMA ESTRUCTURAL.............. 210 7.2.1 Definición de arco.............. 210 7.2.2 Historia del arco como elemento estructural............. 211 7.3 F ORMAS DE ARCO............ 212 7.4 EFECTO DE LA GEOMETRÍA ESTRUCTURAL EN LA DISTRIBUCIÓN DE TENSIONES EN EL INTERIOR DE UN ELEMENTO............. 215 7.4.1 Esfuerzos en un elemento estructural............. 215 7.4.2 Distribución de tensiones en el interior de un elemento estructural............. 216 7.5 GEOMETRÍAS ÓPTIMAS............... 219 7.6 ESTUDIO DEL EFECTO ARCO EN LOS SUELOS............ 220 7.6.1 Efecto de arco sobre una escotilla móvil (trapdoor).............. 220 7.6.2 Análisis del efecto arco en los suelos por Terzaghi en 1945........... 222 7.7 ANÁLISIS DEL EFECTO ARCO EN LOS SUELOS POR HANDY EN 1985.............. 226 7.8 ANÁLISIS DEL EFECTO ARCO EN LOS SUELOS POR HARROP EN 1989.............. 233 7.9 ANÁLISIS DEL EFECTO ARCO EN LOS SUELOS POR SALGADO EN 2002.............. 237 7.10 CONCLUSIONES............ 241 Tercera parte Nuevos materiales compuestos o alternativos Capítulo 8 MATERIALES COMPUESTOS A BASE DE FERROCEMENTO Y MATERIAL VEGETA L Daniel Alveiro Bedoya Ruiz - Juan Camilo Aldana Barrera - Leonardo Ávila Vélez 8.1 INTRODUCCIÓN.............. 247 8.2 MATERIALES COMPUESTOS.............. 249 8.2.1 Núcleo............. 252 8.2.2 Corteza estructural............. 253 8.2.3 Sistemas constructivos............ 254 8.3 COMPORTAMIENTO EXPERIMENTAL DE LOS COMPUESTOS DE FERROCEMENTO Y MATERIAL VEGETAL............. 255 8.3.1 Núcleo de material vegetal............ 256 8.3.2 Corteza de ferrocemento.............. 260 8.3.3 A. 3.3 paneles de ferrocemento con núcleo vegetal............. 261 8.4 CONCLUSIONES.............. 266 Capítulo 9 COMPORTAMIENTO MECÁNICO DE SUELOS RESIDUALES ESTABILIZADO S César Augusto Hidalgo Montoya - Mario Alberto Rodríguez Moreno 9.1 INTRODUCCIÓN.............. 271 9.2 ESTABILIZACIÓN DE SUELOS CON CAL............. 273 9.3 PROPIEDADES RESILIENTES O RESILIENCIA............... 275 9.4 CARGAS EN EL PAVIMENTO.............. 276 9.4.1 Tipos de cargas que actúan............. 276 9.4.2 Duración de la carga cíclica............. 279 9.5 MÓDULO RESILIENTE............. 279 9.6 F ACTORES GENERALES QUE AFECTAN EL MÓDULO RESILIENTE............. 281 9.6.1 Factores que afectan el Mr de suelos finos............ 281 9.6.2 Factores que afectan el Mr de materiales granulares............ 284 9.7 ENSAYOS PARA DETERMINAR EL MÓDULO RESILIENTE.............. 286 9.8 CORRELACIONES............... 289 9.9 PROPIEDADES RESILIENTES DE SUELOS ESTABILIZADOS.............. 290 9.10 ENSAYOS DE LABORATORIO.............. 292 9.11 ANÁLISIS DE RESULTADOS............... 295 9.11.1 Compresión simple............ 296 9.11.2 Tracción indirecta............. 299 9.11.3 CBR............. 300 9.11.4 Módulo resiliente.............. 302 9.12 CONCLUSIONES.............. 30

EXTRAÇÃO DOS FATORES DE INTENSIDADE DE TENSÃO VIA MÉTODO DOS ELEMENTOS FINITOS ESTENDIDO NOS MODELOS CDT E SEN (B)

O Método dos Elementos Finitos Estendido (XFEM), promove uma simples simulação dos mecanismos de início e propagação de trincas. O fundamento do XFEM é o relevante Método de Elementos Finitos, adicionando a este graus de liberdade e funções de enriquecimento, que servem para descrever as descontinuidades locais do modelo. No XFEM, a geometria da fratura se torna independente da malha, permitindo a ela se movimentar livremente através do domínio, sem que haja a necessidade de um passo para adaptar a malha à descontinuidade. Utiliza-se o XFEM para realizar a discretização espacial de dois modelos numéricos tridimensionais da Mecânica da Fratura: a viga apoiada em três pontos com carregamento centrado (SEN(B)); e o disco compacto submetido à tração (CDT). O critério de propagação se baseia na taxa de energia liberada e nos fatores de intensidade de tensão. As soluções fornecidas pelo modelo numérico mostraram uma ótima concordância com os resultados obtidos a partir de dados experimentais