COMPORTAMENTO FLUÊNCIA-RECUPERAÇÃO DE LIGANTES ASFÁLTICOS MODIFICADOS COM POLIETILENO DE BAIXA DENSIDADE E ÁCIDO POLIFOSFÓRICO

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1 COMPORTAMENTO FLUÊNCIA-RECUPERAÇÃO DE LIGANTES ASFÁLTICOS MODIFICADOS COM POLIETILENO DE BAIXA DENSIDADE E ÁCIDO POLIFOSFÓRICO Matheus David Inocente Domingos Andressa Ka Yan NG Adalberto Leandro Faxina

2 COMPORTAMENTO FLUÊNCIA-RECUPERAÇÃO DE LIGANTES ASFÁLTICOS MODIFICADOS COM POLIETILENO DE BAIXA DENSIDADE E ÁCIDO POLIFOSFÓRICO Matheus David Inocente Domingos Andressa Ka Yan NG Adalberto Leandro Faxina Departamento de Engenharia de Transportes, Escola de Engenharia de São Carlos, Universidade de São Paulo RESUMO O presente trabalho avaliou o comportamento fluência-recuperação de ligantes asfálticos modificados com ácido polifosfórico (CAP+PPA), polietileno de baixa densidade (CAP+PE) e uma combinação de ambos os materiais (CAP+PE+PPA) por meio do ensaio de fluência e recuperação sob tensão múltipla (MSCR) e em temperaturas oscilando entre 52 e 76 C. Todas as formulações possuem a mesma classificação PG em temperaturas altas (PG 76-xx) e o CAP de base é classificado como PG 64-xx. Em linhas gerais, o CAP+PPA apresenta resultados melhores do que o CAP+PE e o CAP+PE+PPA porque seus percentuais de recuperação (R) são maiores e suas compliâncias não-recuperáveis (J nr ) são menores. O CAP+PE+PPA se mostrou menos suscetível à deformação permanente do que o CAP+PE, e isto se reflete no aumento dos níveis adequados de tráfego para o CAP+PE+PPA nas temperaturas de 64 C (de muito pesado para extremamente pesado), 70 C (de padrão para pesado) e 76 C (de nenhum para padrão). ABSTRACT The present study analyzed the creep-recovery behavior of asphalt binders modified with polyphosphoric acid (AC+PPA), low-density polyethylene (AC+PE) and a combination of both additives (AC+PE+PPA) by means of the multiple stress creep and recovery (MSCR) test and at temperatures varying from 52 to 76 C. All of the formulations have the same high-temperature performance grade (PG 76-xx) and the base material is graded as PG 64-xx. In general, the AC+PPA shows better results than the AC+PE and the AC+PE+PPA because its percent recoveries (R) are higher and its nonrecoverable compliances (J nr ) are lower. The AC+PE+PPA is less susceptible to rutting than the AC+PE, and thus an increase in the adequate traffic levels of the AC+PE+PPA can be observed at the temperatures of 64 C (from very heavy to extremely heavy), 70 C (from standard to heavy) and 76 C (from none to standard). 1. INTRODUÇÃO O processo de modificação de ligantes asfálticos vem se consolidando, nas últimas décadas, como uma técnica eficiente para lidar com as situações cada vez mais críticas de carregamento e temperatura às quais os pavimentos são diariamente submetidos durante a vida de serviço. A variedade de modificadores existentes no mercado e na literatura científica, que abrange desde os polímeros dos mais diversos tipos e categorias copolímeros elastoméricos e plastoméricos como o estireno-butadieno-estireno (SBS), a borracha de estireno-butadieno (SBR) e o polietileno (PE) até os ácidos e os materiais reciclados como a borracha moída de pneus e o polietileno reciclado, permite aos projetistas de pavimentos a escolha do aditivo mais apropriado para combater os danos precoces na estrutura. Tais danos podem advir do acúmulo de deformação permanente na trilha de roda (rutting), do trincamento por fadiga (fatigue cracking) ou do trincamento de origem térmica (thermal cracking). O uso de PE na modificação de ligantes asfálticos não se mostra tão comum quanto os outros tipos de modificação como o SBS e a borracha moída de pneus, que são as mais utilizadas em pavimentação (Becker et al., 2001). Uma das possíveis causas para esta utilização mais restrita seria a baixa compatibilidade do PE com o CAP, tendo em vista que este modificador é composto basicamente por uma cadeia de átomos de carbono quimicamente ligados com átomos de hidrogênio nas extremidades; portanto, possui uma natureza não-polar (Polacco et al., 2005, 2006). Pesquisadores como Polacco et al. (2005) tentaram aumentar a 1

3 compatibilidade entre os dois materiais através da inserção de grupos funcionais nas cadeias de PE; entretanto, os resultados não se mostraram muito promissores na obtenção de formulações homogêneas e estáveis. Mesmo com tais limitações, as formulações CAP+PE ainda apresentam algumas vantagens como, por exemplo, altas resistências à temperatura e ao envelhecimento e baixos custos (Becker et al., 2001; Kalantar et al., 2012). Além do polietileno, outro modificador que pode ser incorporado ao CAP é o ácido polifosfórico (PPA). A adição deste material, além de possibilitar uma redução dos custos do processo de modificação por meio da redução do teor de polímero, também auxilia na melhoria das propriedades reológicas originais do CAP de base. Um benefício comumente citado na literatura e proporcionado pelo PPA é o aumento do grau de desempenho Superpave do CAP em temperaturas altas (Fee et al., 2010), o que beneficia diretamente a resistência do material à deformação permanente. Algumas pesquisas como a de Baldino et al. (2012) também sugerem que o PPA pode beneficiar a resistência do CAP à formação de trincas de origem térmica. Cabe ressaltar que a interação CAP-PPA e o petróleo de origem têm um peso significativo nos graus de melhoria nas propriedades iniciais do ligante asfáltico, e ambas as variáveis estão vinculadas à composição química do material original. No que tange à deformação permanente, que é o foco da presente pesquisa, uma técnica relativamente recente para avaliação da resistência do CAP é o ensaio conhecido como ensaio de fluência e recuperação sob tensão múltipla, ou ainda MSCR (sigla em inglês para multiple stress creep and recovery). Este ensaio foi proposto pela Administração Rodoviária Federal dos Estados Unidos (FHWA) como um substituto do método até então empregado na especificação Superpave, que consistia na aplicação de ciclos oscilatórios de carregamento em uma amostra de CAP para determinação do seu módulo complexo (G*) e do seu ângulo de fase (δ) a 10 rad/s e, posteriormente, no cálculo do parâmetro G*/senδ (D Angelo et al., 2007). Os benefícios do MSCR, tanto no que diz respeito à correlação dos resultados do CAP com os oriundos das misturas asfálticas (D Angelo et al., 2007) quanto no que diz respeito à análise da resposta elástica do material (D Angelo, 2010), levaram à sua incorporação à especificação Superpave como um método oficial de análise da suscetibilidade de ligantes asfálticos especialmente os modificados à deformação permanente. Neste estudo, o ensaio MSCR será aplicado na avaliação da resistência de ligantes asfálticos modificados com PE (CAP+PE), PE+PPA (CAP+PE+PPA) e somente PPA (CAP+PPA) à deformação permanente em temperaturas típicas de ocorrência da deformação permanente. Os resultados serão avaliados quanto à elasticidade (percentual de recuperação R), à suscetibilidade ao acúmulo de deformação permanente (compliância não-recuperável J nr ), à sensibilidade ao aumento do nível de tensão (diferença percentual entre as compliâncias não-recuperáveis J nr, diff ) e ao nível adequado de tráfego, e as melhores formulações serão indicadas. 2. MATERIAIS E MÉTODOS Para a preparação das formulações, foram selecionados os seguintes componentes: (a) um CAP de base classificado como 50/70 e PG 64S-xx, oriundo da refinaria Replan-Petrobras de Paulínia (SP); (b) o ácido polifosfórico oriundo da empresa Innophos Inc. dos Estados Unidos e designado como Innovalt E200; e (c) o polietileno de baixa densidade proveniente da empresa Quattor-Braskem (Brasil) e designado como UB-160C. Todas as formulações apresentam a mesma classificação PG em temperaturas altas (PG 76-xx), sendo 12 C superior à do material puro, e foram preparadas em um misturador de baixo cisalhamento da 2

4 marca Fisatom e modelo 722D. Os dados técnicos das formulações estão resumidos na Tabela 1, ao passo que a Tabela 2 mostra os resultados de algumas propriedades tradicionais como penetração a 25 C (ASTM D5, 2006), ponto de amolecimento (ASTM D36, 2006) e viscosidade rotacional a 135 C (ASTM D4402, 2006) e os índices de envelhecimento decorrentes destas propriedades. Tabela 1: Dados técnicos das formulações estudadas descrição da variável CAP+PPA CAP+PE CAP+PE+PPA teor de CAP (% em massa) 98,8 94,0 96,5 teor de polietileno PE (% em massa) - 6,0 3,0 teor de ácido PPA (% em massa) 1,2-0,5 classificação PG (Tabela 3 da AASHTO M320, 2009)** 76S-xx 76-xx 76S-xx grau PG contínuo ( C) 77,8 77,7 76,6 tempo de mistura (min) * temperatura de mistura ( C) velocidade de rotação (rpm) * O ácido polifosfórico (PPA) foi adicionado ao CAP+PE após 60 min de mistura. ** Tipos de tráfego: S (padrão), H (pesado), V (muito pesado) e E (extremamente pesado). Tabela 2: Resultados de algumas propriedades tradicionais e parâmetros de envelhecimento propriedade ou parâmetro resultados por formulação* CAP puro 50/70 CAP+PPA CAP+PE CAP+PE+PPA 25 C (dmm) 58,0 / ,5 / 23,8 25,0 / 20,3 31,8 / 23,0 ponto de amolecimento ( C) 49,4 / ,8 / 67,2 66,7 / 68,8 60,4 / 67,2 viscosidade 135 C (Pa.s) 0,36 / ,72 / 1,94 1,34 / 2,09 1,27 / 2,33 penetração retida (%) 53,0 65,1 81,0 72,4 incremento do pto. de amolecimento ( C) 6,7 10,4 2,1 6,8 perda de massa (%) -0,1094-0,2263-0,0980-0,2025 índice de aumento da viscosidade (RTFOT / virgem) 1,63 2,68 1,57 1,84 * Ordem de apresentação dos resultados: virgem / envelhecido a curto prazo. O processo de envelhecimento dos materiais a curto prazo na estufa de filme fino rotativo (RTFOT, ou rolling thin-film oven test) seguiu os procedimentos descritos na norma norteamericana ASTM D2872 (2004). Segundo esta norma, uma quantidade de 35 ± 0,5 g de CAP é despejada em um frasco de vidro padronizado e posteriormente colocada em uma estufa rotativa a 163 C por 85 min. As massas antes e após o ensaio RTFOT são verificadas e os resultados são empregados nos cálculos do balanço de massa. Quanto maior a perda ou ganho de massa (dependendo do sinal do parâmetro), maior a sensibilidade do material ao envelhecimento a curto prazo. Como se pode observar na Tabela 2, todas as formulações apresentaram perda de massa (sinal negativo) e a ordem decrescente de sensibilidade é a seguinte: CAP+PPA, CAP+PE+PPA, CAP puro e CAP+PE. Isto significa que, em geral, as modificações aumentaram a sensibilidade do ligante asfáltico puro ao envelhecimento, com maior intensidade no caso das duas formulações com PPA. Com relação aos resultados dos ensaios tradicionais, uma análise global indica que os materiais modificados são mais rígidos que o CAP puro (maiores ponto de amolecimento e 3

5 viscosidade rotacional e menor penetração), o que já era esperado. Em linhas gerais, o CAP+PE e o CAP+PE+PPA apresentam maior grau de enrijecimento em comparação ao CAP+PPA, o que também já era esperado devido às propriedades plastoméricas do PE (Becker et al., 2001). Ainda, o CAP+PE e o CAP+PE+PPA se mostraram menos sensíveis ao envelhecimento a curto prazo do que o CAP+PPA, o que pode ser constatado pelos valores mais elevados de penetração retida e mais baixos de incremento do ponto de amolecimento, índice de aumento da viscosidade rotacional e perda de massa. Em outras palavras, a adição de PE e PE+PPA ao CAP proporcionou um maior grau de rigidez ao material e uma menor sensibilidade ao envelhecimento a curto prazo na estufa de filme fino. Os ensaios MSCR foram conduzidos em conformidade ao protocolo descrito na norma de 2010 da ASTM (ASTM D7405, 2010), que prescreve a utilização de amostras envelhecidas a curto prazo para os ensaios. O reômetro de cisalhamento dinâmico (DSR) da marca TA Instruments e modelo AR-2000ex foi empregado nos ensaios a 52, 58, 64, 70 e 76 C e duas réplicas foram consideradas para cada formulação. Um total de 10 ciclos de fluência e recuperação 1 s de fluência e 9 s de recuperação a 100 Pa foi aplicado na amostra de CAP condicionada entre as duas placas paralelas do DSR (25 mm de diâmetro e 1,0 mm de espaçamento entre placas), seguido de outros 10 ciclos a Pa. Os percentuais de recuperação (R) e as compliâncias não-recuperáveis (J nr ) foram calculados para todos os ciclos a 100 e a Pa, sendo que os resultados finais de ambos os parâmetros correspondem à média aritmética de todos os valores individuais. Por sua vez, as diferenças percentuais entre as compliâncias (J nr, diff ) foram calculadas conforme a Equação 1 para todas as temperaturas de ensaio: J nr, diff = [(J nr 3200 J nr 100) / J nr 100]. 100 (1) em que: J nr, diff : diferença percentual entre as compliâncias não-recuperáveis [%]; J nr 100: compliância não-recuperável a 100 Pa [Pa -1 ou kpa -1 ]; J nr 3200: compliância não-recuperável a Pa [Pa -1 ou kpa -1 ]. Além de alterações nos procedimentos e nos parâmetros de análise da suscetibilidade dos ligantes asfálticos à deformação permanente, a incorporação do MSCR à especificação Superpave acrescentou um método para avaliação do tipo adequado de tráfego ao material em função da sua compliância não-recuperável (em kpa -1 ) a Pa e na temperatura alta do PG do pavimento. Este método fornece ao usuário uma estimativa do número de passadas de eixo-padrão simples (ESALs equivalent single-axle loads) que a mistura asfáltica pode suportar durante a vida útil de serviço e, em algumas publicações mais recentes como a de Gierhart (2013), a velocidade dos veículos também é levada em consideração, conforme Tabela 3. A ausência das letras S, H, V e E representações dos tráfegos padrão (standard), pesado (heavy), muito pesado (very heavy) e extremamente pesado (extremely heavy), respectivamente na classificação do ligante asfáltico ocorre quando o valor de J nr do material é superior a 4,0 kpa -1 na temperatura em questão, o que é o caso do CAP+PE na temperatura de 76 C (vide Tabela 1). Tabela 3: Níveis e/ou velocidades de tráfego adequados ao CAP em função da compliância não-recuperável (J nr ) na temperatura alta do PG do pavimento (Gierhart, 2013) nível de tráfego J nr máximo a Pa (kpa -1 ) eixos-padrão simples (ESALs) e/ou velocidade do tráfego padrão (S) 4,0 < 10 milhões e velocidade padrão pesado (H) 2,0 entre 10 e 30 milhões ou velocidade baixa muito pesado (V) 1,0 acima de 30 milhões ou velocidade muito baixa extremamente pesado (E) 0,5 acima de 30 milhões e velocidade muito baixa 4

6 3. RESULTADOS DOS ENSAIOS DE FLUÊNCIA E RECUPERAÇÃO (MSCR) 3.1. Percentuais de Recuperação (R) Na Tabela 4 são apresentados os resultados dos percentuais de recuperação do CAP puro, do CAP+PPA, do CAP+PE e do CAP+PE+PPA. As modificações resultaram em valores mais elevados de R em todo o espectro de temperaturas a 100 Pa, o mesmo sendo observado nas temperaturas de até 70 C a Pa. Percentuais de recuperação maiores podem ser traduzidos em uma capacidade maior do CAP em recuperar a deformação sofrida após a aplicação do carregamento, o que, na prática, se traduz em níveis mais baixos de deformação permanente (menor acúmulo de deformação plástica). O CAP+PPA apresenta os maiores valores de R em praticamente todas as condições de temperatura e carregamento estudadas, seguido pelo CAP+PE+PPA e pelo CAP+PE. Os valores oscilam entre 0,8 e 64,0% para o CAP+PPA e não ultrapassam os 31% e os 50% para o CAP+PE e o CAP+PE+PPA, respectivamente. ligante asfáltico Tabela 4: Percentuais de recuperação (R) resultados a 100 Pa, em % resultados a Pa, em % 52 C 58 C 64 C 70 C 76 C 52 C 58 C 64 C 70 C 76 C CAP puro 12,4 5,8 1,0 0,0 0,0 8,9 0,5 0,0 0,0 0,0 CAP+PPA 63,7 55,2 44,6 34,1 24,0 62,4 49,8 31,3 12,1 0,8 CAP+PE 30,3 21,7 14,8 9,1 4,8 22,6 10,5 1,5 0,0 0,0 CAP+PE+PPA 49,4 39,2 28,5 18,6 10,6 46,9 31,7 14,6 2,1 0,0 Na Figura 1 são destacados graficamente os resultados numéricos mostrados na Tabela 4. Há uma tendência aproximadamente linear de decréscimo dos valores de R com o aumento da temperatura para todos os materiais, com exceção do CAP puro 50/70. As inclinações maiores dos gráficos do CAP+PPA, do CAP+PE e do CAP+PE+PPA a Pa do que a 100 Pa indicam que, em condições mais severas de carregamento e de temperatura, as formulações sofrem perdas significativas em sua capacidade de recuperação da deformação total sofrida durante o ensaio. Uma constatação interessante é a de que, nas condições mais críticas do MSCR (76 C e Pa), nenhuma das três formulações apresentou valores elevados de R, o que impede uma distinção clara de uma modificação para outra em tais condições de carregamento e temperatura. Entretanto, resultados promissores foram observados em praticamente todas as formulações nas demais temperaturas, com exceção do CAP+PE a 64 a e 70 C e na tensão de Pa. Figura 1: Percentuais de recuperação a 100 Pa (R100) e a Pa (R3200) para o CAP puro e as formulações com PPA, PE e PE+PPA 5

7 3.2. Compliâncias Não-Recuperáveis (J nr ) Na Tabela 5 são apresentados os valores de compliância não-recuperável para o CAP puro, o CAP+PPA, o CAP+PE e o CAP+PE+PPA. Diferentemente do constatado para os percentuais de recuperação, as três formulações possuem compliâncias menores do que o CAP de base 50/70, tanto a 100 quanto a Pa. Valores menores de J nr podem ser interpretados como suscetibilidades menores ao acúmulo de deformação plástica após as passagens das cargas dos veículos e, portanto, uma suscetibilidade menor à ruptura por deformação permanente. O CAP+PPA apresenta as menores compliâncias dentre os materiais estudados, seguido pelo CAP+PE+PPA, pelo CAP+PE e finalmente pelo CAP 50/70. Os resultados numéricos oscilam entre 0,3 e 15,3 kpa -1 para o CAP puro, entre 0,03 e 2,4 kpa -1 para o CAP+PPA, entre 0,09 e 5,3 kpa -1 para o CAP+PE e entre 0,04 e 3,5 kpa -1 para o CAP+PE+PPA. ligante asfáltico Tabela 5: Compliâncias não-recuperáveis (J nr ) resultados a 100 Pa, em kpa -1 resultados a Pa, em kpa C 58 C 64 C 70 C 76 C 52 C 58 C 64 C 70 C 76 C CAP puro 0,33 0,92 2,44 5,96 13,53 0,35 1,02 2,78 6,79 15,23 CAP+PPA 0,03 0,08 0,23 0,59 1,48 0,03 0,09 0,29 0,86 2,38 CAP+PE 0,09 0,26 0,70 1,72 3,91 0,10 0,32 0,89 2,25 5,23 CAP+PE+PPA 0,04 0,13 0,37 1,00 2,52 0,05 0,15 0,46 1,34 3,50 Na Figura 2 são mostrados os resultados numéricos constantes da Tabela 5, considerando apenas os ligantes asfálticos modificados. A distinção entre as modificações é relativamente simples de ser feita nas temperaturas de 64 C e superiores, o mesmo não sendo aplicado a 52 e a 58 C. Uma possível explicação para este fenômeno está nos níveis de deformação dos materiais em tais condições de temperatura, muito abaixo do grau PG de 76-xx. Tendo em vista que o parâmetro J nr é a deformação normalizada do CAP (deformação dividida pela tensão), deformações muito pequenas resultarão em compliâncias muito parecidas para o CAP+PPA, o CAP+PE e o CAP+PE+PPA, mesmo para a tensão de 100 Pa. Pode-se observar certa similaridade entre os resultados do CAP+PE+PPA a 100 Pa e do CAP+PPA a Pa, porém as diferenças entre as respostas de ambos são relativamente visíveis. Não são observados cruzamentos entre as linhas dos gráficos de J nr dos materiais em temperaturas como 64 e 70 C, o que indica que os ordenamentos das formulações não se alteraram com o incremento da temperatura. Figura 2: Compliâncias não-recuperáveis a 100 Pa (Jnr100) e a Pa (Jnr3200) para as formulações com PPA, PE e PE+PPA 6

8 3.3. Diferenças Percentuais entre as Compliâncias Não-Recuperáveis (J nr, diff ) A Tabela 6 resume os valores do parâmetro J nr, diff para o CAP puro 50/70, o CAP+PPA, o CAP+PE e o CAP+PE+PPA. Este parâmetro foi incorporado à especificação Superpave Tabela 3 da norma AASHTO M320 (2009) como um indicador da sensibilidade do material ao aumento do nível de tensão, de modo que, ao manter o seu valor abaixo de um limite máximo (no caso da especificação Superpave, 75%) na temperatura alta do PG, o CAP não apresentará uma sensibilidade elevada à tensão e não será muito suscetível ao acúmulo de deformação permanente em situações inesperadas de carregamento e/ou temperatura. Os dados das três formulações estudadas e do CAP puro estão abaixo deste limite de 75% em todo o espectro de temperaturas, de modo que, à luz do parâmetro J nr, diff, todos os materiais são considerados adequados para uso em pavimentação. Em linhas gerais, as diferenças percentuais mais baixas podem ser encontradas no CAP puro 50/70 (entre 6 e 14%), seguido pelas duas formulações com PE (entre 5 e 39%) e pelo CAP+PPA (entre 0 e 62%). Tabela 6: Diferenças percentuais entre as compliâncias não-recuperáveis (J nr, diff ) ligante asfáltico valores de J nr, diff por formulação (em %) 52 C 58 C 64 C 70 C 76 C CAP puro 6,1 10,9 14,0 14,0 12,6 CAP+PPA 0,0 12,5 26,7 46,2 61,4 CAP+PE 13,8 19,3 27,0 31,3 33,8 CAP+PE+PPA 5,1 13,3 24,5 34,3 38,9 Uma comparação entre os resultados do CAP+PPA, do CAP+PE e do CAP+PE+PPA permite observar que o CAP+PE é menos sensível à tensão em temperaturas mais altas (70 e 76 C) do que o CAP+PE+PPA, o contrário ocorrendo nas temperaturas mais baixas (52, 58 e 64 C). Por sua vez, o CAP+PPA é o mais sensível à tensão nas temperaturas de 64, 70 e 76 C, não o sendo apenas a 52 e a 58 C. Ainda, as variações entre os resultados de J nr, diff com a temperatura se mostram maiores para o CAP+PPA e o CAP+PE+PPA, sendo mais baixas para o CAP puro e o CAP+PE. Isto significa que, além dos resultados do percentual de recuperação e da compliância não-recuperável, a temperatura também influencia a sensibilidade dos ligantes asfálticos à tensão, em maior grau para o CAP+PPA e o CAP+PE+PPA e em menor grau para o CAP 50/70 e o CAP+PE Níveis adequados de tráfego aos ligantes asfálticos A Tabela 7 destaca os níveis adequados de tráfego, tendo como referência os critérios e classificações estabelecidos na Tabela 3 deste documento baseada no trabalho de Gierhart (2013) e na Tabela 3 da norma AASHTO M320 (2009). Cabe destacar que, para a determinação destes níveis em todo o espectro de temperaturas desde 52 até 76 C, assumiuse a hipótese de que os critérios para obtenção do tráfego na temperatura alta do PG são os mesmos para as demais temperaturas do MSCR. Observa-se que o CAP+PPA é adequado para tráfegos mais pesados e/ou velocidades mais baixas que os outros materiais, especialmente nas temperaturas de 64, 70 e 76 C. Por outro lado, o CAP puro não possui resistência suficiente para lidar nem mesmo com o tráfego padrão nas temperaturas acima de 64 C, que corresponde à sua temperatura alta da classificação PG. O mesmo pode ser aplicado ao CAP+PE a 76 C, cujo valor da compliância não-recuperável a Pa (5,23 kpa -1, conforme Tabela 5) é superior ao limite de 4,0 kpa -1 para determinação do nível adequado de tráfego. 7

9 Tabela 7: Níveis adequados de tráfego ao CAP puro 50/70 e às formulações com PPA, PE e PE+PPA em função da compliância não-recuperável (J nr ) ligante asfáltico níveis de tráfego (S, H, V ou E) em função de J nr a Pa* 52 C 58 C 64 C 70 C 76 C CAP 50/70 E H S - - CAP+PPA E E E V S CAP+PE E E V S - CAP+PE+PPA E E E H S * A ausência das letras (S = padrão, H = pesado, V = muito pesado, E = extremamente pesado) em uma ou mais temperaturas ocorre quando o valor de J nr do material é superior a 4,0 kpa -1. Observa-se também que a adição do PPA e a redução do teor de PE foram benéficas ao CAP+PE do ponto de vista de resistência às aplicações das cargas do tráfego. Como uma consequência das reduções nos valores de J nr, o CAP+PE+PPA consegue suportar tráfegos mais pesados e/ou velocidades mais baixas que o CAP+PE em temperaturas acima de 58 C. Este aumento na escala de tráfego foi de um grau para as três temperaturas mais elevadas do MSCR: 64 C (de V para E), 70 C (de S para H) e 76 C (de nenhum para S). Ainda, os resultados do CAP+PE+PPA são praticamente semelhantes aos do CAP+PPA tanto nas temperaturas mais baixas quanto nas mais altas. A única diferença entre ambos os materiais está no nível de tráfego a 70 C: muito pesado (V) no caso do CAP+PPA e pesado (H) no caso do CAP+PE+PPA. 4. CONCLUSÕES O presente trabalho teve como objetivo principal avaliar o comportamento fluênciarecuperação de ligantes asfálticos modificados com polietileno de baixa densidade (CAP+PE), ácido polifosfórico (CAP+PPA) e uma combinação dos dois modificadores (CAP+PE+PPA) nas temperaturas de 52, 58, 64, 70 e 76 C e nos níveis de tensão e de carregamento estabelecidos na norma ASTM D7405 (2010), considerando formulações com o mesmo grau PG em temperaturas altas (PG 76-xx). Dentre as conclusões da pesquisa, podemse destacar as seguintes: em linhas gerais, a adição de PE, PPA e PE+PPA ao CAP proporcionou aumentos substanciais nos percentuais de recuperação (R) e reduções significativas nas compliâncias não-recuperáveis (J nr ) nas temperaturas e níveis de tensão considerados; isto pode ser traduzido em uma menor suscetibilidade do CAP+PPA, do CAP+PE e do CAP+PE+PPA à deformação permanente em temperaturas altas em comparação ao CAP puro; o CAP+PPA apresentou os melhores resultados de R e de J nr no espectro de temperaturas de 52 a 76 C e de níveis de tensão de 100 e Pa, muito embora a sua sensibilidade à tensão (diferença percentual entre as compliâncias J nr, diff ) tenha se mostrado maior do que para o CAP+PE e o CAP+PE+PPA; tal constatação, no entanto, não desestimula o seu uso em pavimentação porque os valores de J nr, diff são todos inferiores ao limite de 75% estabelecido pela especificação Superpave; a adição de PPA e a redução do teor de PE trouxe vários benefícios ao CAP+PE, tendo em vista que seus percentuais de recuperação aumentaram e suas compliâncias nãorecuperáveis diminuíram em praticamente todas as condições de realização do MSCR; no que diz respeito ao parâmetro J nr, diff, as duas formulações se enquadram nos requisitos de norma, ainda que o CAP+PE+PPA tenha se mostrado mais sensível à tensão do que o CAP+PE nas temperaturas de 70 e 76 C e menos sensível à tensão nas demais 8

10 temperaturas (52, 58 e 64 C); como uma consequência das reduções nos valores de J nr a 100 e a Pa, o CAP+PE+PPA é recomendado para tráfegos mais pesados e/ou velocidades mais baixas que o CAP+PE; estes aumentos foram de um grau na escala de tráfego e ocorreram nas temperaturas de 64 C (de muito pesado para extremamente pesado), 70 C (de padrão para pesado) e 76 C (de nenhum para padrão); e os benefícios oriundos da adição do PPA e do menor teor de PE no CAP+PE+PPA não podem ser atribuídos unicamente ao ácido ou ao teor mais baixo do polímero, pois ambas as variáveis são diferentes de uma formulação para outra; o que se pode sugerir é que o PPA contribuiu (pelo menos parcialmente) para estas melhorias nos parâmetros R e J nr, pois sua adição ao CAP puro proporcionou inúmeros benefícios à resistência do material à deformação permanente. Agradecimentos O primeiro e o segundo autores agradecem ao Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq) pela concessão de bolsas de estudo na modalidade doutorado. O terceiro autor agradece à Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP) pela concessão de fundos de auxílio à pesquisa (processo FAPESP n. 2006/ ). REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS AASHTO (2009) AASHTO M320 Standard Specification for Performance-Graded Asphalt Binder. American Association of State Highway and Transportation Officials, Washington. ASTM (2004) ASTM D2872 Standard Test Method for Effect of Heat and Air on a Moving Film of Asphalt (Rolling Thin-Film Oven Test). American Society for Testing and Materials, West Conshohocken. ASTM (2006) ASTM D5 Standard Test Method for Penetration of Bituminous Materials. American Society for Testing and Materials, West Conshohocken. ASTM (2006) ASTM D4402 Standard Test Method for Viscosity Determination of Asphalt at Elevated Temperatures Using a Rotational Viscometer. American Society for Testing and Materials, West Conshohocken. ASTM (2006) ASTM D36 Standard Test Method for Softening Point of Bitumen (Ring-and-Ball Apparatus). American Society for Testing and Materials, West Conshohocken. ASTM (2010) ASTM D7405 Standard Test Method for Multiple Stress Creep and Recovery (MSCR) of Asphalt Binder Using a Dynamic Shear Rheometer. American Society for Testing and Materials, West Conshohocken. Baldino, N.; D. Gabriele; C. O. Rossi.; L. Seta; F. R. Lupi e P. Caputo (2012) Low Temperature Rheology of Polyphosphoric Acid (PPA) Added Bitumen. Construction and Building Materials, v. 36, p Becker, Y.; M. P. Méndez e Y. Rodríguez (2001) Polymer Modified Asphalt. Vision Tecnologica, v. 9, n. 1, p D Angelo, J. (2010) New High-Temperature Binder Specification Using Multistress Creep and Recovery. Transportation Research Circular, n. E-C147, p D Angelo, J.; R. Kluttz; R. Dongré; K. Stephens e L. Zanzotto (2007) Revision of the Superpave High Temperature Binder Specification: The Multiple Stress Creep Recovery Test. Journal of the Association of Asphalt Paving Technologists, v. 76, p Fee, D.; R. Maldonado; G. Reinke e H. Romagosa (2010) Polyphosphoric Acid Modification of Asphalt. Transportation Research Record, n. 2179, p Gierhart, D (2013) Multiple Stress Creep Recovery (MSCR): Why it Should be Implemented. Proceedings of the Louisiana Transportation Conference, Baton Rouge, LA. Apresentação em PowerPoint. Disponível em: < overy%20(mscr)%20test%20should%20be%20implemented_ltc2013.pdf>. Acesso em: 26 set Kalantar, Z. N.; M. R. Karim e A. Mahrez (2012) A Review of Using Waste and Virgin Polymer in Pavement. Construction and Building Materials, v. 33, p Polacco, G.; S. Berlincioni; D. Biondi; J. Stastna e L. Zanzotto (2005) Asphalt Modification with Different Polyethylene-Based Polymers. European Polymer Journal, v. 41, n. 12, p Polacco, G.; J. Stastna, D. Biondi e L. Zanzotto (2006) Relation Between Polymer Architecture and Nonlinear Viscoelastic Behavior of Modified Asphalts. Current Opinion in Colloid & Interface Science, v. 11, n. 4, p

11 Endereço dos autores: Matheus David Inocente Domingos, Andressa Ka Yan NG e Adalberto Leandro Faxina Departamento de Engenharia de Transportes, Escola de Engenharia de São Carlos, Universidade de São Paulo, Avenida Trabalhador São-Carlense, 400, Parque Arnold Schimidt, São Carlos, SP, Brasil, , matheusdavid@sc.usp.br, ng.andressa@gmail.com e alfaxina@sc.usp.br. 10