AVALIAÇÃO DOS FATORES QUE CONTROLAM A INTERAÇÃO DE MATERIAIS GEOSSINTÉTICOS E MISTURAS BETUMINOSAS EM SISTEMAS DE REFORÇO

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1 AVALIAÇÃO DOS FATORES QUE CONTROLAM A INTERAÇÃO DE MATERIAIS GEOSSINTÉTICOS E MISTURAS BETUMINOSAS EM SISTEMAS DE REFORÇO Leonardo Lacerda Fonseca Maria das Graças Gardoni Almeida

2 AVALIAÇÃO DOS FATORES QUE CONTROLAM A INTERAÇÃO DE MATERIAIS GEOSSINTÉTICOS E MISTURAS BETUMINOSAS EM SISTEMAS DE REFORÇO Leonardo Lacerda Fonseca Maria das Graças Gardoni Almeida Curso de Mestrado em Geotecnia e Transportes Universidade Federal de Minas Gerais RESUMO Na aplicação de geossintéticos como elementos de reforço em camadas de misturas betuminosas o conhecimento da interação entre os materiais é de substancial importância, haja vista que a aderência inadequada do geossintético, elemento de reforço, à camada betuminosa pode proporcionar efeitos negativos, reduzindo a vida útil da estrutura de pavimento. Assim, este trabalho teve como objetivo avaliar os fatores que regem a interação entre os elementos de um sistema de reforço de revestimentos asfálticos com geossintéticos, através dos resultados obtidos nos ensaios de cisalhamento Leutner e de tração na flexão em vigas prismáticas, com variações de taxas de pintura de ligação, emulsões asfálticas utilizadas na pintura de ligação e tipos de misturas asfálticas, em corpos-de-prova confeccionados com e sem o reforço de geossintéticos. Após análise dos resultados, pretende-se verificar as relações de dependência entre o desempenho mecânico e as condições de aderência entre geossintéticos e as camadas betuminosas. 1. INTRODUÇÃO As ações do tráfego e do clima provocam na estrutura de pavimento efeitos de degradação, que irão refletir na queda da qualidade do desempenho oferecido. Assim, intervenções de reabilitação ou restauração devem ser promovidas a cada final de ciclo de vida útil da estrutura. É crescente o número de casos em que são utilizados elementos geossintéticos com a função de reforço nas soluções de restauração e reabilitação de pavimentos. Conforme exposto por Montestruque (2002), os materiais geossintéticos são aplicados, na camada de revestimento betuminoso, com a função de reduzir as tensões geradas nas camadas superiores e controlar o fenômeno de reflexão de trincas. Porém, relatos de problemas de escorregamentos e, portanto, não aderência entre as camadas, neste tipo de solução são frequentes. O geossintético na interface pode configurar um ponto de fragilidade, porque pode impedir o contado pleno ente as camadas (Raab e Partl, 2004). As taxas de ligantes utilizadas para promover a aderência entre geossintético e camadas betuminosas e os fatores que a influenciam devem ser avaliados e definidos caso a caso, mitigando as possibilidades de ocorrência de problemas de ligação inadequada e as suas consequências danosas a estrutura de pavimento. Tais avaliações compõem o objetivo deste trabalho. 2. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA Dentre os estudos sobre os efeitos da presença de elementos geossintéticos na aderência entre camadas betuminosas, destacam-se os realizados por Montestruque (1996), Vanelstraete et al. (1997), Montestruque et al. (2011), Raab e Partl (2004), e Bazarra et al. (2010). Todos refletiram que a presença do geossintético pode reduzir a resistência de ligação entre as camadas e, portanto, interferir no teor de ligante necessário para a obtenção da adequada ligação. Raposeiras et al. (2012), Mohammad et al. (2010) e Chen e Huang (2010), constataram a

3 influência da condição da macrotextura superficial na resistência ao cisalhamento da superfície de contado entre as camadas de misturas betuminosas. A falta de ligante no serviço de pintura de ligação é associada à baixa aderência entre camadas. Por outro lado, o excesso cria um filme mais espesso e deformável, que diminui o atrito e o intertravamento entre as camadas (Tashhman, 2006, Chen e Huang, 2010), causando escorregamento entre elas. Existe uma taxa ótima de aplicação que constitui, portanto, um fator preponderante para garantir boa aderência entre camadas. Segundo Raposeiras et al. (2013), os ensaios para a verificação da aderência entre camadas de misturas betuminosas podem ser agrupados nos que avaliam o parêmetro sob esforços de tração, de torque ou sob a resistência ao cisalhamento. Os ensaios que se baseiam na resistência ao cisalhamento são os métodos mais comumente utilizados para verificar a aderência entre as camadas betuminosas. Isto se deve a semelhança quanto ao comportamento quando comparado com casos reais de falha e deslizamento, bem como, a simplicidade da metodologia utilizada nos ensaios. Ensaios deste tipo são referenciados ao método Leutner (Raposeiras et al., 2013). Para análise do desempenho mecânico do sistema de reforço existem várias possibilidades de ensaios laboratoriais, dentre os quais podem ser destacados os ensaios de carregamentos em vigas prismáticas submetidas à flexão e os ensaios de passagem cíclica de uma rodagem com objetivo da determinação das deformações em trilhas de rodas. Afim de comparar o comportamento de misturas asfálticas reforçadas com geossintéticos, Obando (2012) realizou ensaios em corpos-de-prova prismáticos submetidos a tração na flexão, semelhante aos comumente realizados em concreto. Os resultados obtidos expuseram uma tendência de queda no valor da resistência à tração na flexão nos corpos-de-prova reforçados com geogrelhas. O autor aponta que a redução da resistência quando da inserção do geossintético pode ser atribuída a deficiência de aderência, já que não foi avaliada a taxa ótima de pintura de ligação para cada situação. 3. METODOLOGIA Para alcance dos objetivos, através de ensaios laboratoriais, a metodologia engloba a caracterização dos materiais, dosagens de misturas asfálticas, avaliações das texturas dos corpos-de-prova, ensaios de aderência e de determinação de tração na flexão em vigas Materiais Para a avaliação da influência da textura, são utilizados dois tipos de misturas betuminosas: concreto betuminoso usinado a quente com agregados enquadrados na faixa C da especificação DNIT 031/2006 ES e outra com agregados enquadrados na faixa B da mesma especificação. Os agregados utilizados são de rocha gnaisse, de pedreira comercial localizada na região nordeste da cidade de Belo Horizonte/MG. Com relação aos ligantes para a pintura de ligação, são empregadas emulsões asfálticas catiônicas do tipo RR-1C e RR-2C.

4 Os geossintéticos utilizados como elemento de reforço são geogrelhas desenvolvidas especificamente para esta função e geotêxteis, com exigências mínimas conforme a norma ET- DE-P00/43, do Departamento de Estradas de Rodagem do Estado de São Paulo Métodos Dosagem das misturas asfálticas Na definição dos teores ótimos de cimento asfáltico de petróleo nas misturas foi utilizado o método de ensaio Marshall, conforme o preconizado pela norma DNER-ME 043/ Moldagem dos corpos-de-prova Conforme exposto adiante, o trabalho contempla ensaios de cisalhamento Leutner e de tração na flexão em vigas. Os corpos-de-prova para estes possuem as seguintes dimensões: i) Cisalhamento Leutner: cilíndricos, com 15cm de diâmetro e 4cm de altura por camada (2 camadas); ii) Tração na flexão: prismáticos, com 45cm de comprimento, 15cm de largura e 5cm de altura por camada (2 camadas). Para a confecção destes espécimes foram fabricados moldes de forma a permitir a compactação por amassamento da mistura com auxílio de uma prensa hidráulica. Os corpos-de-prova foram moldados com vistas a obtenção das densidades respectivas aos teores ótimos de ligante obtidos nos ensaios de dosagem Marshall. Após a aplicação da pintura de ligação e instalação do geossintético sobre a primeira camada do corpo-de-prova foi procedida a moldagem da segunda. Para tal, a primeira camada era novamente posicionada nos moldes, lançada a mistura quente sobre esta, respectiva a segunda camada, e procedida a compactação Parametrização da textura dos corpos-de-prova Sendo a textura um dos principais fatores que influenciam na variação das taxas da pintura de ligação e, consequentemente, na aderência, este foi quantificado através do ensaio de mancha de areia. O ensaio foi realizado sobre todos os corpos-de-prova moldados, conforme preconizado pela norma ASTM E (2006) Controle e aplicação da pintura de ligação nos corpos-de-prova Na aplicação da pintura de ligação os controles das taxas foram realizados através das seguintes etapas: i) Etapa 1: Pesagem inicial do corpo-de-prova (1ª camada); ii) Etapa 2: Ainda com o corpo-de-prova sobra a balança, foi realizada a aplicação da emulsão asfáltica sobre a superfície do corpo-de-prova, com auxílio de um pincel e uma peneira, até a quantidade estipulada para uma determinada taxa de pintura. O lançamento da emulsão sobre o corpo-de-prova se deu através da passagem do pincel impregnado na peneira, sem contato com a superfície de mistura betuminosa, de forma que fosse promovida a aspersão uniforme sobre toda a superfície. As variações de aplicação das taxas de pintura de ligação utilizadas foram com acréscimos de 0,2 l/m² Avaliação da aderência entre as camadas e do desempenho mecânico A avaliação da aderência entre as camadas foi realizada através de ensaios de cisalhamento Leutner. Para o desempenho mecânico, os sistemas sem e com reforço de geossintéticos foram submetidos a ensaios de tração na flexão em vigas prismáticas.

5 O programa de ensaios aborda as seguintes variações: i) da taxa de pintura de ligação; ii) do ligante utilizado na pintura de ligação; iii) do geossintético utilizado como elemento de reforço e sem geossintético; iv) do tipo de mistura betuminosa. Em síntese serão tratados no mínimo os resultados obtidos em 48 ensaios de cisalhamento e 36 ensaios de resistência à tração na flexão. 4. RESULTADOS PARCIAIS Nesta fase do trabalho, foram concluídos: i) preparação de amostras; ii) desenvolvimento e adaptação de equipamentos e instrumentos de laboratório; iii) caracterização dos agregados e ligantes asfálticos; iv) dosagens Marshall das duas misturas betuminosas; v) confecção de 50% dos corpos-de-prova. No atual estágio da pesquisa, os resultados obtidos nos ensaios de cisalhamento Leutner e de tração na flexão ainda não permitem concluir qual o grau de relação dos fatores avaliados com o desempenho do sistema de reforço. Entretanto, já se observa a existência de variações nas taxas ideais de aplicação de pintura de ligação para cada condição estudada. Agradecimentos Os autores agradecem as sugestões e colaboração de diversos colegas. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS Bazarra, D. Z.; Peréz, M. C.; Fresno, D. C.; Zamanillo, A. V. New procedure for measuring adherence between a geosynthetic material and a bituminous mixture. Geotextiles and Geomenbranes, n. 28, p , Chen, J.; Huang, C. Effect os surface characateristics on bonding properties of bituminous tack coat. Journal of the Transportation Research Board, USA, n. 2180, p , Mohammad, L. N.; Bae, A.; Elseifi, M. A.; Button, J.; Patel, N. Effects of pavement surface type and sample preparation method on tack coat interface shear strenght. Journal of the Transportation Research Board, USA, n. 2180, p , Montestruque, G.; Vasconcelos, K. L.; Bernucci, L. L. B. Characterization of shear resistance with the use geogrid. In: 5th International Conference Bituminous Mistures and Pavements, Grécia, Montestruque, Guillermo Enrique. Contribuição para elaboração de método de projeto de restauração de pavimentos asfálticos utilizando geossintéticos em sistemas anti-reflexão de trincas f. Tese (Doutorado) Instituto Tecnológico de Aeronáutica, ITA, Montestruque, Guillermo. Estudo de sistemas anti-reflexão de trincas na restauração de pavimentos asfálticos Dissertação (Mestrado) Instituto Tecnológico de Aeronáutica, ITA, Obando, Jaime Rafael Ante. Geossintéticos como reforço de revestimento em pavimentação Dissertação (Mestrado) Universidade de Barsília, UNB, Raab, C.; Partl, M. N. Interlayer shear performance: Experience with diferente pavement structures. In: 3º Eurasphalt & Eurobitume Congress, Vienna, Raposeiras, A. C.; Zamanillo, A. V.; Peréz, M. A. C.; Fresno, D. C. Influence os surface macro-texture and binder dosage on the adhesion between bituminous pavement layers. Construction and Building Materials, n. 28, p , Raposeiras, A.C.; Fresno, D. C.; Zamanillo, A. V.; Hernandez, J. R. Test methods and influential factors for analusis of bonding between bituminous pavement layers. Construction and Building Materials, Spain, v. 43, p , Tashman, L.; Nam, K.; Papagiannakis, T. Avaluation os the influence of tack coat construction factors on the bond strength between pavement layers. Washington State Department of Trsnportation. USA, Vanelstraete, A. H.; Courard, L. Prevention of Reflective Cracking in Pavements. RILEM Researcg Laboratories for Materials and Structures, report 18, Bélgica, Leonardo Lacerda Fonseca (leonardo.lacerda.fonseca@gmail.com) Maria das Graças Gardoni Almeida (gardoni@etg.ufmg.br) Departamento de Engenharia de Transportes e Geotecnia, Universidade Federal de Minas Gerais, Av. Antônio Carlos 6627 CEP Belo Horizonte, MG, Brasil.