Misturas asfálticas resistentes a deformação permanente

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1 40ª RAPv Reunião Anual de Pavimentação 26 a 28 de outubro de 2010 Centro de Convenções Sul América - RJ Misturas asfálticas resistentes a deformação permanente Leni F. M. Leite Petrobras/ CENPES Relatório CNT

2 Deformações permanentes, exsudação e trilhas de roda Causas dos insucessos no Brasil Materiais e projetos inadequados; Falta de fiscalização e de treinamento; Falta de investimento no setor rodoviário; Ausência de especificações ligadas ao desempenho Deformações permanentes Fatores determinantes: estrutura do pavimento excesso de cargas temperatura elevadas tráfego no revestimento : 80% responsabilidade do esqueleto pétreo e 20% do ligante. agregados ligante traço da mistura mistura betuminosa 2

3 Estrutura do pavimento distribuição inadequada das cargas má compactação das bases espessuras não compatíveis c/ capacidade de carga do subleito má drenagem projeto de dimensionamento CBR Excesso de cargas Ausência de pesagem falta de controle Tolerância de peso elevada no Brasil (5%) CONTRAN BALANÇA 3

4 Frota de veículos Produção anual brasileira mil 123 mil Pagot DNIT agosto/ mil 34 mil 1,5 milhões 2,5 milhões Circulam hoje no Brasil cerca de 1,4 milhão de caminhões, sendo 270 mil com mais de 30 anos; No Brasil, a idade média dos caminhões é de 19 anos, quando o ideal é de seis anos no máximo. A frota nacional passou de 29,5milhões de veículos em 2002 para 59,4 milhões em 2009; O país atingiu 59 milhões de veículos, dos quais, segundo o Denatran, 34,5 milhões são carros; A frota nacional de veículos cresceu 52,2% entre os anos de 2005 e Efeito da temperatura Estimativa da temperatura máxima do pavimento Mohseni 2004 T máx = 32,7 + [0,837 T ar ] - [0,0029Lat 2 ] + z [σ ar2 + δ 2 modelo] 0,5 onde: T máx = temperatura máxima do pavimento a 20mm de profundidade, em oc; T ar = máxima média das temperaturas máximas de 7 dias consecutivos, em oc; Lat = latitude da região de projeto, em graus; z = da tabela de distribuição normal, z = 2,055 para 98% de confiabilidade; δ modelo : = erro padrão do modelo = 2,1ºC; σ ar = desvio padrão da temperatura média mínima do ar em um ano típico, em oc. Influencia a seleção do ligante, Fornece a temperatura máxima do PG 4

5 Esqueleto pétreo ~80% Menor tendência a formação de trilhas de roda : agregados graúdos cúbicos ou não lamelares agregados finos mais angulosos menos areia natural Método de Bailey Ferramenta para análise de curvas granulométricas Método de Bailey para seleção de granulometria de agregados, baseado no empacotamento dependente de forma, textura, resistência, esforço de compactação, granulometria - Agregado graúdo x agregado miúdo: PCS = TMN x 0,22 (análise de empacotamento 2D e 3D) - Considera o intertravamento dos agregados através do volume das frações; 5

6 Método de Bailey Comportamento da mistura: controlado pelos agregados graúdos ou pelos miúdos? Ag. graúdos soltos Ag. graúdos compactados Ag. miúdos compactados Parâmetros da metodologia Bailey 6

7 Traço da mistura cálculo volumétrico método de Rice ou Gmm - densidade máxima medida teor de vazios teor de filer filer pode funcionar como lubrificante dust 0,6 a 1,2-1,6 F/Lig eff teor de ligante tipo de compactação Dosagem Superpave Parâmetro CDI Construction densification index CDI 8 giros e 92% Gmm %Gmm x N 95.0 %Gmm N 7

8 CDI e TDI TDI - Traffic density index CDI - Compaction density index Bahia & Nascimento CDI x prof trilha simulador de tráfego francês CDI x Deformação Permamente DP, % CDI 8

9 CDI Variação do índice com o teor de ligante e a granulometria: 600 % de Ligante x CDI CDI % de Ligante MCDC Metodo Combinado de Diseño e Comportamiento BITUMIX PROBISA Innova Chile CORFO Vialidad & Instituto Chileno de asfalto 9

10 Bailey x CDI CDI x % ligante 200 CDI Miúda sem areia Graúda % ligante Mistura com comportamento miúdo, a qual não atendeu os parâmetros de Bailey + Areia de rio = Afundamentos excessivos. Critérios propostos para seleção esqueleto pétreo em função do CDI Tráfego (N) Velocidade Normal (V>70km/h) Médio a Pesado CDI > 60 TDI > 300 Muito Pesado CDI > 60 TDI > 500 Velocidade Lenta (20km/h<V<70km/h) CDI > 60 TDI > 500 CDI > 60 TDI > 750 Nascimento:

11 Teor de ligante 45% CICLOS % PROFUND ID ADE DE TRILHA 40% 35% 30% 25% 20% 15% 10% 5% 50/70 30/45 ASFALTO BORRACHA 0% EVA 5,00% 5,20% 5,40% 5,60% 5,80% 6,00% 6,20% 6,40% % TEOR DE LIGANT E Parâmetros importantes: retorno elástico* compliância não recuperável Jnr (modificado) G* sen δ (convencional) ângulo de fase viscosidade zero shear (europeu) ponto de amolecimento* Ligante modificado Ligante ~~ 20% 30/45 > 50/70 AMP 3 > AMP 2 > AMP 1 11

12 Seleção do ligante pela temperatura, tráfego e velocidade Tráfego (N) Ou veículos comerciais /dia Leve a médio < 1x10 7 ou <207 VP/dia Médio a Pesado 1x10 7 N < 1x10 8 ou < 609 VP/dia Muito Pesado 1 x 10 8 ou > 609 VP/dia Velocidade Normal (V>70km/h) CAP - 50/60 CAP - 50/70 CAP 30/45 CAP - 50/60 CAP - 50/70 CAP 30/45 AMP 2 (60/85) AMP 3 (65/90) Velocidade Lenta (20km/h<V<70km /h) CAP - 50/60 CAP - 50/70 CAP 30/45 CAP- 30/45 AMP 1 (55/75) AMP 3 (65/90) AMP 3 (65/90) Em função da temperatura do pavimento Em azul ligantes com PG 64 * Em vermelho ligantes com PG 70 Eurobitume 2009 Proposta para espcificações por desempenho 12

13 Uso de asfaltos modificados Asfalto modificado por elastômeros ANP LIMITE MÉTODO CARACTERÍSTICA UNIDADE Tipo 55/75 60/85 65/90 ABNT NBR ASTM Penetração (100 g, 5s, 25ºC) 0,1mm D5 Ponto de amolecimento, mín ºC D36 Viscosidade Brookfield a 135ºC, spindle 21, 20 rpm, máx a 150ºC, spindle 21, 50 rpm, máx. cp D4402 a 177 C, spindle 21, 100 rpm, máx Ponto de fulgor, mín ºC D92 Ensaio de separação de fase, máx. ºC D7173 Recuperação elástica a 25º C, 20 cm, mín. % D6084 Efeito do calor e do ar (RTFOT) a 163ºC, 85 minutos Variação em massa, máx (1) % massa 1, D2872 Variação do ponto de amolecimento, máx ºC -5 a D36 Percentagem de penetração original, mín % D5 Percentagem de recuperação elástica original a 25ºC, mín. % D6084 Endurecimento dos betumes franceses Histórico Aumento da dureza dos betumes / Verão muito quente /70 ou 35/ /50 20/ /50 ou 20/30 10/20 Fonte LCPC 13

14 Evolução da tecnologia francesa 120 Módulos mais altos Penetrações mais baixas Maiores teores de ligante % betume penetração Modulo Fonte - LCPC Modificadores usuais no Brasil O O O H O P PPA O H O P H O O P O H O H n=0 to 4 EVA Test Test Result Method Color in Mass ---- Black Color in streak or Powder Specific Gravity at 25/25 C ---- Brown ASTM-D ASH content, wt% ASTM-D Gilsonita Moisture content wt% Volatile matter at 900C ASTM-D ASTM-D Solubility in cs 2 wt% ASTM-D Softening point C ASTM-D Penetration Flash point F Fixed carbon ASTM-D Elemental analysis: N content, wt% C content, wt% H content, wt% S content, wt% ASTM-D5291 ASTM-D5291 ASTM-D5291 Lp

15 Novo ensaio Fluência e relaxação por tensões múltiplas Determinação de Jnr 30 Normalized Tensão normalizada Strain % J nr = γ u / τ τ = tensão aplicada durante fluência, kpa γ u = deformação média não recuperável 0 J nr = compliância não recuperável Tempo, Time s s Relação entre Jnr e ALF profundidade de trilhas de roda y = x R 2 = MSCR tem excelente correlação com desempenho Jnr Fonte: D Angelo ALF Rutting Profundidade in de trilhas de roda, in 15

16 AASHTO M320 tabela 3 Exemplos Jnr de ligantes nacionais e modificados Compliância não recuperável 50/70 30/45 PPA SBS RET MSCR a 64C J nr 3200 < 4 tráfego normal S 3,8 J nr 3200 < 2 pesado H 1,8 1,189 J nr 3200 < 1 muito pesado V 0,52 J nr 3200 < 0,5 Extra pesado- E 0,365 (Jnr 3200 Jnr100)/ Jnr 100 < 0,75 0,29 0,26 0,1 MSCR a 70C J nr 3200 < 4 tráfego normal S > 4 3,6 2,7 J nr 3200 < 2 pesado H J nr 3200 < 1 muito pesado V 0,9 0,862 J nr 3200 < 0,5 Extra pesado- E (Jnr 3200 Jnr100)/ Jnr 100 < 0,75 0,34 0,

17 Relação entre Jnr e % recuperado no teste MSCR medido a diferentes temperaturas. % recuperado % recovery a 3.2kPa 3,2 KPa SBS Elva Elvaloy SBS SBR Ergon Elvaloy V,70S 64V, 70H, 76S 64V, 70S 58V, 64H, 70S 70V, 76H, 82S 70V, 76H, 82S Jnr Fonte: D Angelo Variação entre retorno elástico e Jnr 60 Deformação recuperável a 3200 Pa na Temperatura (PG), % y = 0,1075e 0,0642x R 2 = 0, retorno elástico a 25ºC, % 17

18 Efeito da modificação no espaço Black Espaço Black Ângulo de fase,º ,00E+00 1,00E+01 1,00E+02 1,00E+03 1,00E+04 1,00E+05 1,00E+06 1,00E+07 1,00E+08 Módulo Complexo, Pa asfalto modificado por SBS asfalto borracha CAP 30/45 50/70 Espaço Black  n g u l o d e fa s e, º ,0E+00 1,0E+01 1,0E+02 1,0E+03 1,0E+04 1,0E+05 1,0E+06 1,0E+07 1,0E+08 Módulo complexo, Pa PPA VG CAP 50/70 VG 18

19 Ensaio mecânico Simulador de tráfego MISTURA BETUMINOSA especificação européia.. 100,0% Porcentagem de Afundamento na Trilha de Roda 10,0% 1,0% CAP + 4% EVA CAP 20 CAP 40 6,2% asfalto CAP % BPM 0,1% Número de Ciclos 19

20 Mistura betuminosa Ensaio Flow Number Witczak Flow number Nascimento 20

21 Flow number Ensaio mecânico de Número de Fluência (Flow Number) Valores propostos (Nascimento) Tráfego (N) Velocidade Normal (V>70km/h) Velocidade Lenta (20km/h<V<70km/h) Médio a Pesado 60 C 204kPa > C 204kPa > 750 Muito Pesado 60 C 204kPa > C 204kPa >