A fadiga é reconhecida historicamente como um dos principais mecanismos de degradação de pavimentos flexíveis, originando-se nas cargas repetidas de tráfego que geram tensões de tração na camada de concreto asfáltico, culminando na falha sucessiva das fibras. Estas tensões fazem com que, inicialmente, surjam microfissuras na zona inferior da camada, que evoluem para trincas e se propagam até que atinjam a superfície do revestimento, caracterizando a falha mecânica da estrutura. Apesar de no Brasil o dimensionamento oficial ainda não contemplar uma análise da fadiga destas camadas no dimensionamento de pavimentos novos, há um esforço de várias instituições na direção de compor um novo método mecanístico-empírico que o faça. Tradicionalmente os ensaios para avaliação da fadiga são feitos por compressão diametral, que reconhecidamente apresentam limitações no estado de tensões desenvolvido. O uso dos ensaios de tração direta associados à modelagem de dano se mostram como uma sólida ferramenta para avaliação dos parâmetros viscoelásticos, além de serem consideravelmente mais simples de realização do que, por exemplo, os ensaios de flexão. Desta forma, o presente trabalho teve por objetivo a implementação do protocolo de ensaios e análises para caracterização do dano de misturas asfálticas através do modelo Simplified-Viscoelastic Continuum Damage (S-VECD) Foram caracterizadas misturas asfálticas quentes e mornas com ligante convencional, modificado por polímero e com borracha. Após a modelagem do dano, foram geradas curvas de Wöhler e simuladas as diferentes misturas em uma estrutura de pavimento, com o software FLEXPave, utilizando dois critérios de ruptura, e . O critério baseado no apresentou uma melhor capacidade de previsão do comportamento das misturas deste trabalho. A mistura quente com polímero apresentou o melhor desempenho à fadiga, seguida da mistura quente com borracha e posteriormente da mistura morna com polímero. A mistura morna com ligante convencional apresentou melhor desempenho que a morna com asfalto borracha, enquanto a mistura quente com ligante convencional apresentou a menor vida de fadiga. O emprego do aditivo surfactante gerou efeito benéfico para a mistura com ligante convencional, enquanto para as misturas com ligantes modificados a vida de fadiga resultou em breve diminuição. / Fatigue cracking is admittedly one of the key modes of distress in flexible pavements; its genesis relies on the repeated tensile stretches due to the continuous load application yielding to successive failure of the material’s fibers. Such ruptures combined create microcracks that grows into macrocracks and propagate to the pavement surface, characterizing the mechanic failure of the structure. Despite the current design method for new pavements in Brazil neglects fatigue analysis, there is a national effort of various institutions to draw a new mechanistic-empirical design method to tackle the problem. Traditionally, fatigue tests are carried out using diametral compression apparatus, even though they feature acknowledged limitations in its stress state distribution. Direct tension tests combined with damage modeling have proven to be a solid tool to viscoelastic parameters assessment, not to mention its rather simple test protocol when compared to other tests, such as flexural tests. Hence, this dissertation aims to implement the protocol for testing and analysis of damage characterization through Simplified Viscoelastic Continuum Damage (S-VECD) model Hot and warm mixtures with different binders were characterized. With the calibrated damage models, pavement simulations using FLEXPave software with two different failure criteria, and , can be performed. The failure criteria demonstrate a better prediction capability than the , for the analysed asphalt mixtures. The correlation of number of cycles to failure and the strain level (Wöhler curves) could also be assessed. The material and pavement level simulations show that the hot mixture with polymer-modified binder have better fatigue performance, followed by the hot mixture with rubber asphalt and the warm mixture with polymer-modified binder. The warm mixture with conventional binder have better performance than warm mixture with rubber asphalt, while the hot mixture with conventional binder have the worse fatigue performance. The surfactant additive for the warm mixes results in positive effects for fatigue performance on the mixture with conventional binder, while for the mixtures with modified binders the fatigue life decreases.

Em componentes mecânicos submetidos a carregamentos cíclicos, o modo de falha predominante é a fadiga do material. Para dimensionar tais componentes, uma entrada do projeto é a vida útil, ou seja, a quantidade de ciclos que tal componente deverá resistir. Quando este carregamento cíclico é constante e invariável, a estimativa de vida pode ser encontrada por meio de equações consolidadas, porém em diversas aplicações da engenharia o componente está submetido a solicitações aleatórias e variáveis no tempo, como por exemplo, turbulências em uma asa de avião, uma estrutura sob ação de ondas e marés ou uma estrutura de transporte rodoviário. Nestes casos a estimativa de vida destes componentes torna-se complexa, sendo que, em alguns casos, o cálculo torna-se probabilístico e estatístico. Esta estimativa de vida pode ser realizada no domínio do tempo ou no domínio da frequência. No domínio do tempo, a estimativa é baseada na contagem de ciclos do sinal da tensão em função do tempo, existindo diversos métodos para a contagem destes ciclos, sendo que o mais utilizado é o método Rainflow. No domínio da frequência diversos autores desenvolvem métodos baseando-se no tipo de carregamento aleatório (banda estreita, gaussiano, etc). Os métodos mais utilizados baseiam-se na função densidade espectral de potência- PSD (Power Spectral Density), bem como os parâmetros oriundos desta, os momentos da PSD e a PDF (Probabilistic Density Function). Este trabalho estuda a estimativa de vida em um componente submetido a um carregamento aleatório, utilizando métodos sob o domínio da frequência, por meio dos parâmetros espectrais extraídos da PSD de tensão. Ao longo do trabalho comparou-se a estimativa de dano, ou vida, utilizando um software comercial, com cálculos baseados na literatura. Os resultados foram comparados e algumas fontes de erro, ou variação nos resultados foram destacados. / In mechanical components under cyclic loading, the predominant failure mode is the fatigue of material. To design these components, a necessary project input is the life, or the number of cycles that this component should work. When this cyclic loading is constant and invariable, the estimated life can be found by well-known engineering equations, but in many engineering applications the component was under random loading, e.g. airplane wing turbulence, a structure under the action of waves and tides, or a road transport components. In these cases the calculation becomes probabilistic and statistical. The life estimation can be accomplished under time or frequency domain. Under time domain, the estimation is based on counting cycles of stress signal in the time, there are several methods for this account, which is the most widely used is the Rainflow method. Under frequency domain several authors developed methods based on the sort of random loading (narrow band, gaussian, etc.) The most commonly used methods are based on the power spectral density, or PSD, and the parameters resulting from this, commonly the moments of PSD and the PDF (Probabilistic Density Function). This work studies the damage estimation of a component under random loading using some models of life estimation under frequency domain by spectral parameters extracted from PSD of stress. Throughout the study the damage, or life, estimation has been evaluated using a commercial software, and scripts based on the literature. The results were faced and some sources of error or variation in the results were posted.

O presente trabalho tem como objetivo avaliar as tensões atuantes no conjunto conector e duto flexível de camadas não aderentes durante ensaios com carregamentos axiais de tração e fadiga. Estes ensaios são utilizados para a qualificação de dutos flexíveis. Foram desenvolvidos e patenteados alguns modelos de conectores contemplando apenas a parte estrutural. Ensaios preliminares de tração e fadiga, com dois conectores diferentes e um segmento de riser de dimensões reduzidas, foram realizados visando a seleção do modelo de melhor desempenho em um pórtico. O conector de melhor desempenho foi então ensaiado em uma bancada com dimensões que atendessem ao documento da Petrobras a I-ET 3500.00.6500-291-PAZ-001 - Non standartized Prototype qualification tests of flexible pipes (2007). Tanto os ensaios do pórtico como o de bancada, foram monitorados com strain gages colados nos tendões da armadura externa de tração próximos aos conectores. O foco deste trabalho está nas armaduras de tração na interface com a resina do conector. Questões quanto ao desempenho da mesma em fadiga são de grande importância prática. Complementando a parte experimental, foram construídos modelos sólidos tridimensionais, baseados no Método dos Elementos Finitos para análise das tensões. A comparação dos resultados das diferentes metodologias validou o modelo numérico possibilitando melhor entendimento das variações de tensões nas armaduras de tração na interface com os conectores. Isso possibilitou responder a importantes questões quanto ao desempenho em fadiga bem como possíveis melhorias no projeto de conectores para dutos flexíveis. Existem trabalhos referentes à análise de tensões dos tendões nos conectores considerando o estado plano de tensões. O presente estudo dos tendões usando modelos tridimensionais, abordagem não encontrada em literatura aberta, avalia melhor a concentração de tensões nos tendões na entrada do conector. A motivação deste estudo se deve tanto à falta de informações detalhadas das tensões e deformações nos tendões na interface com o conector, como pela importância das mesmas, em componentes vitais à explotação de petróleo Offshore. / This aim of this work is to evaluate stresses which actuate on a system made up of a unbonded flexible pipe and a end fitting during static and dynamic axial loading mechanical tests. These tests are used as a means of qualification of flexible pipes. The structural design of models of end fittings were developed and patented. Preliminary static and dynamic tests with two different end fittings and a smalldimensioned riser segment were performed in a frame in view of selecting the bestperforming type. After this evaluation, the end fitting with the best performance was tested in a rig with dimensions according to Petrobras document I-ET 3500.00.6500-291-PAZ- 001 - Non standartized Prototype qualification tests of flexible pipes (2007). Tests performed in the frame and on the rig were monitored with resistance strain gages attached to wires of the external armor, on the interface with the end fitting resin, since performance of this region under fatigue is of utmost practical importance. Three-dimensional solid models were built using the Finite Element Modelling (FEM) method, as a way of validating experimental results. Comparison of results obtained from the different methodologies validated the numerical model, allowing a better understanding of the variations of stresses in the interface of the riser with the end fitting. This led to the solution of many doubts regarding fatigue performance as well as possible improvements in the design of flexible riser end fittings. Existing work published in literature considers only plane stress; the present study, based on 3D models which are not found in literature, is thought to better describe the stress concentration on the wires at the end fitting interface. The motivation of this work relies on the lack of detailed information of the stress and strain to which wires are subjected at the interface with the end fitting, as well as the importance of these in vital components for offshore oil exploration.

Este trabalho foca a avaliação da vida em fadiga de um novo modelo de terminal conector para dutos flexíveis (risers) de camadas não aderentes (unbonded). Os ensaios foram feitos levando em consideração apenas a parte estrutural desses dutos, de forma a ensaiar uma nova configuração de ancoragem da armadura de tração encontrada nesse equipamento conhecido como terminal conector (end fitting). É dentro deste componente que os arames da armadura de tração são fixados por resina epóxi em conjunto com uma configuração específica permitindo dessa maneira a sustentação do duto flexível quando fixado a plataformas offshore. Para a escolha do novo modelo de ancoragem aqui proposto, além de se tomar como referência, fez-se também uma analogia aos modelos utilizados nas ancoragens das barras metálicas utilizadas em concreto protendido. Isto foi feito por entender que algumas características mecânicas da resina epóxi aproximam-se das do concreto. Para a definição do novo modelo de ancoragem, uma análise simplificada, utilizando o Método dos Elementos Finitos (MEF), foi feita em dois modelos de ancoragens recomendados na API RP 17B (2002) e utilizado por alguns fabricantes, no intuito de verificar as distribuições das tensões ao longo desses arames dentro do terminal conector quando envolto pela resina epóxi. Esta análise destacou as regiões ao longo dos arames onde havia concentrações das tensões. Utilizando-se dessas informações, foi desenvolvida uma nova configuração para o arame dentro da resina de maneira a minimizar esses concentradores de tensão, permitindo assim que o modelo de ancoragem proposto tenha um melhor desempenho em fadiga. Para tanto, as verificações desses modelos feitas através do MEF e validadas através de ensaios experimentais em escala reduzida, mostraram que o modelo proposto apresentou reduções do KT da ordem de 16,5% e das tensões na resina de 60% quando comparados aos outros dois modelos comerciais. Após essas avaliações protótipos do novo terminal conector foram confeccionados em escala real e montado a dois pedaços de duto flexível de 2,5" de diâmetro, compondo assim dois corpos de prova: o CP1 e o CP2, os quais foram submetidos a ensaios de tração estáticos e carregamentos dinâmicos. Nos ensaios o CP1 foi submetido a uma carga máxima em tração de 844 kN e após esse carregamento, a não evidência de ruptura nos arames da armadura de tração o levou para o ensaio de fadiga com cargas em tração variando entre 130 e 304 kN a uma freqüência de 1Hz para uma vida de 1.000.000 de ciclos de carga. O resultado desse ensaio mostrou a viabilidade do conceito, uma vez que se atingiu a 1.000.000 de ciclos de carga sem a ruptura de qualquer arame dentro do terminal conector, evidenciado através da dissecação. Para finalizar os trabalhos, um segundo corpo de prova (CP2) foi confeccionado, obedecendo as recomendações estipuladas na API RP 17B (2002). Ensaiado com os mesmos parâmetros do CP1, se conseguiu levá-lo a fase de Dano igual a 1. Ao final desse ensaio observaram-se a ruptura de alguns arames na região mediana sobre o duto flexível que unia os dois conectores. Já as dissecações não mostraram evidências de arames rompidos internamente aos conectores. / This work focuses on the evaluation of the fatigue of life in a new model of end fitting for unbounded flexible pipe (risers). The tests had been made taking in consideration only the structural part of these risers, in order to test a new configuration of anchorage of the tensile armor found in equipment known as an end fitting. It is inside of this component that the tensile armor wires are fixed by epoxy resin in the set with specific configuration in this way allowing the sustentation these flexible pipes when the fixed offshore platforms. For the choice of the new model of anchorage considered here, beyond the reference if taking an analogy to the models used in the anchorage dues ones of the metallic bars used in prestressed concrete. This was made by understanding that some mechanical characteristics of the epoxy resin are come close to the concrete. For the definition of the new model of anchorage, the simplified analysis, using the Finite Element Method (FEM), was made in two models of anchorage dues recommended in API RP 17B (2002) and used by some manufacturers, in intention to verify the distributions tensions along the wires within of the end fitting when wrapped for the epoxy resin. This analysis highlighted the wires throughout the regions where it had concentrations of the tensions. Using these information of itself, a new configuration for the wire inside of the way resin was developed to minimize these concentrators of tension as soon as, allowing anchorage of the considered model one has better performance in fatigue. For in such a way, the verifications of these models made through the FEM and validated through experimental tests in reduced scale, had shown that the considered model presented reductions of the KT of the order of 16.5% and stress in the resin of 60% when compared with the others two commercial models. After these evaluations archetypes of connecting the new end fitting had been confectioned in real scale and mounted two pieces of flexible pipe of 2.5" of diameter, thus composing test of two bodies: the CP1 and the CP2, which had been submitted the static tension tests and dynamic loads tests. In the tests the CP1 was submitted to tension in the maximum load of 844 kN and after this shipment, the evidence of rupture in the wires of armor did not take the tension it for the tests of fatigue in traction with loads varying between 130 and 304 kN to the frequency of 1Hz for a life of 1,000,000 cycles of load. The result of this test showed the viability of the concept, that if the team reached the inside of 1,000,000 load cycles without the rupture of any wire of the end fitting, evidenced through the dissection. To finish the works, the body of the test (CP2) it was confectioned, obeying to the recommendations stipulated in API RP 17B (2002). Tested with the same parameters of CP1, were taken to the stage Damage equal to 1. To the end of this test they had observed it rupture of some wires in the region on the medium flexible pipe that joined the two end fittings. Already the dissections had not shown evidence of broken internally wires to the end fittings.

A fadiga é um processo de degradação importante, que pode se manifestar de maneira intensa em estruturas sujeitas à ação de carregamentos cíclicos, tais como as pontes rodoviárias. A fadiga consiste num mecanismo de acumulação de micro-danos, que envolve a formação e o crescimento de fissuras, e que pode, depois de um determinado número de ciclos, culminar na completa fratura do material sob ação de tensões bem inferiores à sua tensão última de ruptura. No caso de pontes rodoviárias, o procedimento de cálculo visa assegurar que as tensões de trabalho nos materiais sejam pequenas, muito inferiores às tensões de ruptura, de maneira que os micro-danos sejam quase inexistentes, tornando necessário um elevadíssimo número de ciclos para provocar a fadiga. Normalmente, em projeto é considerado o efeito, em termos de tensões, da passagem do trem tipo, carregamento padrão recomendado pelas Normas Brasileiras, sobre a estrutura. Na vida real, todavia, cada veículo resulta em uma ação diferenciada sobre a estrutura, dependendo de seu peso total e da distribuição do mesmo no rodado. Fica evidente que os veículos pesados são aqueles que consomem mais rapidamente a vida útil de fadiga, pois os mesmos podem resultar em grandes diferenciais de tensão, principalmente em estruturas onde o peso próprio é relativamente pequeno. Diante da tendência de aumento do volume de tráfego e do incremento no peso total dos veículos circundantes, torna-se preocupante a situação para as pontes existentes, principalmente as mais antigas. Buscando colaborar nessa avaliação, o objetivo principal desta tese foi estudar o impacto na redução da vida útil de fadiga devido ao incremento de tráfego de veículos pesados. Foi traçando um comparativo entre a vida útil estimada de projeto, deduzida a partir da consideração do trem tipo de norma, a atual (45t) e a anterior (36t), e uma estimativa de vida útil alternativa, decorrente da consideração de espectros de carregamentos reais obtidos a partir da análise do volume e composição de tráfego de dados oficiais, CONCEPA e DNIT, em quatro postos situados ao longo da BR 290, rodovia federal brasileira. Dois modelos de vigas, foram tomados como referência para as análises, considerando-se para cada uma delas com diferentes comprimentos de vãos. Foram também estudadas simulações de situações com incrementos de veículos com sobrepeso, de fluxo de tráfego, e de efeitos da diminuição da seção resistente por deterioração da armadura por corrosão. O estudo mostra que em função do fluxo de veículos pesados pode resultar um encurtamento significativo da vida útil de estruturas antigas de pequeno porte dimensionadas para o trem tipo de 36t, e para estruturas com balanços dimensionadas para os dois trens tipo considerados. / Fatigue is an important degradation process, to which structures under the action of cyclic loading, such as bridges, may be subjected. It consists in a micro-damage accumulation mechanism, which involves the formation and growing of cracks. After a determined number of cycles, it can culminate on the total crack of the material under a much lower stress than its ultimate capacity. The design calculation procedure to prevent that from happening, ensures the working material stress to be much lower than the rupture stress. In such way, minimizing micro-damages, it becomes necessary a very high number of loading cycles to provoke fatigue. Usually, bridge design considers the effect of live loads through a Standard Loading Vehicle, recommended by the Brazilian Code. In real life however, each vehicle results in a different action upon the structure, depending on its total weight and axel distribution. It becomes evident that heavier vehicles are those that fastly consume the structure´s fatigue life, especially for bridges with a relative small self weight. Due to the ever increasing traffic volume and total weight of the vehicles, it becomes preoccupant the situation of many existent bridges, especially the older ones. In this sense, the objective of this work is to study the impact of the increasing traffic of heavy vehicles on the reduction of the remaining bridge fatigue’s life. For that purpose, a comparison was established between two different estimative analyses of a bridge service life expectation. One considers the bridge design specifications contained in the actual (45t) and previous (36t) Brazilian Codes. The other results from the consideration of a real traffic loading observation. Such traffic data was obtained in four checkpoints of a Brazilian federal highway ( BR 290 ), by the federal agencies CONCEPA and DNIT. Two commonly used cross section beams and bridge length were considered for the analysis. With such models, different numerical simulations of increasing vehicle weight and traffic flow were performed. Furthermore, the effects of a reduced section resistance. due to corrosion deterioration of the reinforcement. were also studied. Conclusions show that the increasing traffic of heavy vehicles may result in a significant reduction of a bridge remaining service life. That is more evident for small old bridges designed under the previous Brazilian Code specifications ( 36t ). Also, cantilevered bridge structures designed by the previous and actual Codes may be subjected to such life reduction.

Vem se tornando cada vez mais importante o conhecimento e avaliação da incerteza de medição em todos areas de ensaios experimentais. Este trabalho visa estudar a incerteza de medição no levantamento do comportamento em fadiga de materiais metálicos utilizando-se de curvas S-N. Embora existam diversas normas e códigos sobre a análise estatística dos resultados obtidos em fadiga, eles avaliam apenas a dispersão no número de ciclos para a falha, não considerando fatores como as fontes incerteza das tensões aplicadas, da máquina de ensaios utilizada, entre outros. / The knowledge and evaluation of measurement uncertainty is becoming more and more important in all areas of experimental tests. The goal of this work is to study the measurement uncertainty in the fatigue tests of metalic materials using the S-N curve approach. Although there are various standards and codes on statistical analysis of the fatigue results, they only assess the dispersion in the number of cycles to failure, not taking into account uncertainty sources of aplied load, test machine, among others.

Tradicionalmente, o processo de análise para obtenção da vida à fadiga em sistemas estruturais ou componentes mecânicos sujeitos a carregamentos dinâmicos é realizado no domínio do tempo, procedimento que, mesmo sendo amplamente conhecido, demanda maior tempo e esforço computacional. Nas últimas décadas, tem se aperfeiçoado métodos de solução no domínio da frequência que vêm apresentando maior eficiência e mostrando-se competitivos, além de um campo com promissor potencial de desenvolvimento. Assim, neste trabalho será desenvolvida uma abordagem visando reduzir os recursos computacionais consumidos numa análise de vida à fadiga, utilizando para isso métodos no domínio da frequência, onde excitação e resposta são representadas por PSD, e também uma abordagem de análise Global-Local. Para isso, será realizada uma sequência de etapas que de forma resumida são: geração do modelo Global, análise modal, geração do modelo Local e matriz de compatibilidade, cálculo da PSD a partir do carregamento, transformação do sistema para o domínio da frequência, montagem da Função de Resposta em Frequência, e por fim, utilizando dados da curva S-N do material será realizada a aplicação do modelo de Dirlik para prever a vida em fadiga. Todas estas etapas foram implementadas em programa numérico, e seus resultados testados com exemplos da literatura, gerando assim, um conjunto de ferramentas para pesquisa da fadiga no domínio da frequência. O estudo desenvolvido utiliza como hipóteses que a resposta do sistema estrutural seja linear, o carregamento seja randômico, estocástico e ergódico, a distribuição de picos siga uma distribuição gaussiana, e o método probabilístico para previsão da vida a fadiga se baseie nos parâmetros espectrais. / Traditionally the analysis process to obtain the fatigue life of structural systems or mechanical components subjected to dynamic loading is performed in the time domain, a procedure which, although widely known, requires more time and computational effort. In the last decades it has been optimized solution methods in the frequency domain that has shown greater efficiency and proving to be competitive, besides a field with promising potential development. Thus, this work will be developed an approach aimed at reducing the computational resources consumed in an analysis of fatigue life, using for this frequency domain method, where excitement and response are represented by PSD, and also a global-local analysis approach. Thereunto, there will be a sequence of steps that briefly are: Global model generation, modal analysis, generation of local model and compatibility matrix, calculation of the PDS from the load, system transformation to the frequency domain, assembly frequency response function and finally, using data from the SN curve of the material will be realized the application of Dirlik model to predict the fatigue life. All these steps were implemented in numerical software and their results were tested with literature examples, generating a set of search tools to fatigue in the frequency domain. The study was developed using hypotheses that the structural system response is linear, the loading is random, stochastic and ergodic, the peaks distribution follow a Gaussian distribution, and the probabilistic method to prediction of life for the fatigue is based on the spectral parameters.

Esta pesquisa tem como objetivo analisar a resistência ao trincamento, bem como princípio de propagação de trincas e previsão vida de fadiga de misturas asfálticas empregando o ensaio de flexão em amostra semicircular com fenda (semi-circular bending test – SCB), estático e dinâmico, respectivamente. As trincas que surgem nos revestimentos asfálticos revelam-se como um dos grandes danos que afetam diretamente a serventia e qualidade das estruturas de pavimentos flexíveis. Considerando que a reabilitação dos pavimentos fissurados é geralmente onerosa, revela-se um grande desafio aos engenheiros projetistas dimensionar misturas asfálticas a quente que apresentem resistência suficiente capaz de evitar tanto a deformação permanente, quanto o trincamento por fadiga. Sendo assim, a primeira etapa desta pesquisa analisa três misturas asfálticas, dosadas pelo método Superpave: uma com cimento asfáltico de petróleo CAP 50/70, outra com asfalto modificado por polímero AMP 60/85 e a terceira com asfalto borracha AB8. Os resultados indicam para a maior rigidez da mistura com asfalto modificado, que também apresentou maior vida de fadiga. Os corpos de prova com CAP 50/70 e AB8 apresentaram-se dúcteis e com menor velocidade de propagação das microtrincas. A segunda parte deste trabalho apresenta os resultados dos ensaios conduzidos em amostras com asfalto convencional no teor de projeto (TP) e com 0,5% a mais de ligante asfáltico (TP+0,5%), simulando a camada rich-bottom, amplamente utilizada em projetos de pavimentos perpétuos. Quando comparada a mistura no teor ótimo, aquela com maior quantidade de ligante garante uma mistura mais flexível, pois requer maiores deslocamentos para que se atinja o número de ciclos necessários ao desenvolvimento do trincamento e à ruptura. / This study aims to analyze the cracking resistance, as well as the principle of cracking propagation and prediction of fatigue life in hot mix asphalt (HMA) by means of the semi-circular bending test (SCB), static and dynamic, respectively. Pavement surface cracking is one of the major distress mechanisms that affect the serviceability and quality of flexible pavement structures. Considering that the rehabilitation of a damaged pavement is generaly costly, it becomes a challenge for the engineers to design HMA that endures both rutting and fatigue cracking. Therefore, the first part of this research investigates the cracking resistance and fatigue life of three asphalt concrete mixes, designed by the Superpave method: one with standard binder pen50/70, a polymer modified PMB60/85 (softening point/elastic recuperation) and a third mix with asphalt-rubber binder type AB8. The results indicated to the PMB60/85 mixture stiffness that also presented longer fatigue life. The samples with binder pen50/70 e AB8 demonstrated more ductility, with less microcracks propagation speed. The second part of this work presents the results of tests conducted on standard binder pen50/70 specimens at the design asphalt binder content and with a binder additional of 0,5%, representing the rich-bottom layer, widely used in perpetual pavement structures. The +0,5% asphalt content mix provided a more flexible mixture when compared to the mix at design binder content, because required higher displacements to reach the number of cycles to the development of cracking and failure.

A crescente busca por novos mercados, redução de custos e atendimento a legislação incentivam estudos e pesquisas no aperfeiçoamento dos materiais, processos e produtos. Uma vez que o bloco do motor é o componente mais importante, e que agrega maior peso e volume no motor, o bloco tem sido alvo de pesquisas na busca de motores mais eficientes. O desenvolvimento do material tradicionalmente utilizado para a fabricação de blocos de motores Diesel, o ferro fundido cinzento, alcançou seu limite. Neste contexto, o ferro fundido vermicular ou Compacted Graphite Iron (CGI) se apresenta como um substituto para tal aplicação com características de condutividade térmica e amortecimento próximas ao do ferro fundido cinzento, porém, com propriedades mecânicas superiores, possibilitando um redução do peso do motor e, consequentemente, economia de combustível, redução da emissão de poluentes (CO2, NOx e particulados) além do nível de ruído. Neste estudo foram determinadas, analisadas e comparadas as propriedades mecânicas e de fadiga do ferro fundido vermicular em relação ao principal material utilizado atualmente em blocos de motores Diesel: ferro fundido cinzento. Os experimentos foram realizados através de ensaios a partir de corpos de prova retirados de blocos de motores recolhidos aleatoriamente da produção, visando determinar às propriedades mecânicas e de fadiga baseado na metodologia da mecânica da fratura. As superfícies de fratura dos ensaios foram analisadas em microscópio eletrônico de varredura (MEV) a fim de caracterizar os micromecanismos de fratura. Resultados dos ensaios realizados evidenciaram as vantagens da utilização de ferro fundido vermicular quando comparado ao cinzento, pois apresentou resultados superiores em todos os ensaios mecânicos e taxa de crescimento de trinca de fadiga uma ordem grandeza menor. Através da análise fractográfica foi possível perceber a influência da morfologia da grafita no efeito concentrador de tensões. / The growing search for new markets, cost reduction, adding value to the product and making products according to the legislation for emissions control have consequently increased studies and research to find improvements in materials, process and products. Considered one of the most important and the heaviest component of the engine, the crankcase has been the main target of the search for more efficient engines. Currently the gray cast iron is the material traditionally used in the fabrication of Diesel engine crankcases, however it has reached its strength limit. In this context, the compacted graphite iron (CGI) comes as an alternative for such applications, with characteristics such as thermal conductivity and damping similar to the gray cast iron, but with superior mechanical properties, allowing the manufacturing of lighter crankcases, better performance and reduced environmental pollution by exhaust gases and fluids. This work was to determine, analyze and compare the mechanical and fatigue properties between gray iron and compacted graphite iron used in Diesel engine crankcases. The experiments were performed by tests on test samples taken from random production crankcases, in order to determine the mechanical and fatigue properties based on fracture mechanical methodology. The fracture surfaces of tests were observed by SEM to characterize the fracture micromechanisms. In this case, results of tests demonstrate the advantages of use compacted graphite iron. In the fracture surfaces was possible to realize the influence of the graphite morphology on the stress concentrating effect.

Cerca de 60% do total de cargas transportadas no país, utilizam-se do modal rodoviário, ainda que apenas 13,5% das estradas do país sejam pavimentadas, e, destas 48% possuam algum tipo de deficiência. Inseridas neste contexto, estão as quase 1300 fabricantes de implementos rodoviários, veículos destinados especificamente ao transporte dessas cargas. O cenário evidencia a concorrência existente neste segmento. Para manterem-se competitivas, estas empresas devem oferecer produtos com maior qualidade, durabilidade, segurança e a um custo competitivo. Uma das etapas do desenvolvimento que mais consome recursos destas empresas são as avaliações de durabilidade dos seus respectivos produtos e, neste intuito, as ferramentas de simulação numérica são importantes aliadas, pois permitem estimar a vida em fadiga dos mesmos ainda na fase de concepção, reduzindo custos em garantias, protótipos e tempo despendido no desenvolvimento de um novo produto. A vida em fadiga dos componentes e estruturas metálicas pode ser definida através de duas principais abordagens: domínio do tempo ou domínio da frequência, também chamado de métodos espectrais. Esta abordagem apresenta tanto excitações quanto respostas em termos de Densidade Espectral de Potência - PSD, enquanto a abordagem no domínio do tempo apresenta excitações e respostas em termos de históricos temporais. O uso de métodos espectrais possui como vantagens a redução do esforço computacional, melhor entendimento do comportamento dinâmico da estrutura, além de permitir a análise de trechos representativos das pistas por onde o implemento trafega. O presente trabalho apresenta uma metodologia para estimativa da vida em fadiga de componentes de implementos rodoviários, além de um estudo de caso, utilizando métodos espectrais. A solução do problema faz uso de acelerações aquisitadas em pistas de asfalto e estrada de chão e estes valores são utilizados como dados de entrada na estimativa da vida em fadiga do componente em estudo. Efeitos das tensões médias e critérios de multiaxialidade também foram abordados. / About 60% of the total cargo transported in the country makes use of highways, however only 13.5% of the country's roads are paved, and 48% of them have some type of disability. Inserted in this context there are approximately 1300 manufacturers of road implements, vehicles designed specifically to the transport of cargo. The scenario highlights the competition in this segment. In order to remain competitive, that companies must offer products with higher quality, durability, safety and lower cost. One of development the stages that consumes more resources from these companies is the durability evaluation of their products and, in this aim, numerical simulation tools are important allies, as they allow to estimate the fatigue life of them, still in the design phase, reducing costs in guarantees, prototypes and the time spent in the development of a new product. The fatigue life of components and metallic structures can be defined by two main approaches: the time domain and the frequency domain or spectral method. This spectral approach has both excitations and responses in terms of the Power Spectral Density - PSD, while the time domain approach involves the excitations and responses in terms of some history of time. The use of spectral methods have the advantage of reducing the computational effort, a better understanding of the dynamic behavior of the structure, and allows the analysis of more representative sections of tracks where the implement travels. This work uses one specific methodology for fatigue life assessment of components of road implements, besides a study of some particular case, using spectral methods. The solution of the problem makes use of experimental accelerations measured in paved and unpaved roads, where they are used as input data in the fatigue life assessment of the component in study. Mean stress effects and multiaxial stresses criteria were also considered.