Materiais de Pavimentação: especificações por desempenho. Leni Leite Petrobras/CENPES

Transcrição

1 Materiais de Pavimentação: especificações por desempenho Leni Leite Petrobras/CENPES

2 Problemas na pavimentação CAUSAS Materiais e projetos inadequados; Falta de fiscalização e de treinamento; Falta de investimento no setor rodoviário; Ausência de especificações de produtos ligados ao desempenho

3 Ligantes, agregados e misturas betuminosas Necessidade de atualizar especificações, tornando-as ligadas ao desempenho + =

4 Importância da Pavimentação 3 Vendas de asfalto no Brasil Fonte e Projeções ( ): Petrobras. Em milhões de ton. 2,5 2 1,5 1,97 1,55 1,78 1,61 1,69 1,16 1,41 1,44 1,85 1,7 2,17 2,21 2,54 1 0,

5 Importância da Pavimentação Rodovias federais/estaduais A Pesquisa Rodoviária CNT avaliou 100% da malha rodoviária federal pavimentada e também os principais trechos sob gestão estadual e sob concessão. Concessões

6 Cargas Pneu single Controle de carga - balança e tolerancias Tráfego

7 Diretrizes para seleção de ligantes Critério simplificado para a seleção de asfaltos por desempenho no Brasil : Tráfego (N) Velocidade Normal (V>70km/h) Velocidade Lenta (20km/h<V<70km/h) Médio a Pesado (1,0 a 3,0 x 10 7 ) PG min 64 + T fadiga < 28 C PG min 70 + T fadiga < 28 C Pouco modificado - CAP duro Muito Pesado (>10 8 ) PG min 70 + T fadiga < 25 C Pouco modificado PG min 76 + T fadiga < 25 C muito modificado Clima fornece a temperatura máxima de pavimento PG Trafego e carregamento

8 Mercado mundial de asfalto modificado % modificação mercado americano % modificação Europa, Japão e Australia 8 % modificação austria belgica tchecolosvaquia alemanha espanha hungria irlanda italia holanda luxembugo polonia portugal eslovaquia eslovenia suiça % consumo de asfalto modificado Brasil < 5% Fonte:AI anos Fonte: Asphalt Institute UK 10 australia japão anos Fonte: EAPA

9 Especificação PG PG XX - YY Perfomance grade Grau de Desempenho Para temperatura baixa. Temperatura de superficie Para temperatura alta. mínima ( o C) Média de 7 dias de temperatura máxima do pavimento ( o C)

10 Equipamentos no Brasil Além do CENPES: Conjunto completo de equipamentos SUPERPAVE UFC e USP São Carlos DSR existentes atualmente UFRGS, UFSCar, UFS, UFRJ, UFPA A serem comprados com recurso da rede temática UFMG, UnB, UFAM, UFCG,

11 Porque modificar especificação americana Reômetro de Cisalhamento Dinâmico (DSR) Beneficios: Bem estabelecido, repetitivo, relativamente fácil de usar. Trabalha bem em ligantes asfálticos vírgens. O trabalho não está completo: Não se leva em conta muitos aspectos de asfaltos modificados. O parâmetro de fadiga necessita melhoria.

12 Asfaltos com mesmos agregados G*/sind não diferencia adequadamente os materiais Profundidade Trilha de roda 0.04 mm/mm G*/sinδ = 15.8 Kpa A mesma mistura Diferentes asfaltos 0.02 G*/sinδ = 13.2 Kpa 0 0 5,000 10,000 15,000 20,000 25,000 Número de ciclos

13 2a Geração SUPERPAVE PG plus Exemplo: Especificação de Louisiana DOT

14 Terceira Geracão Medida da resistência aos danos Ruptura Térmica Ruptura de Fadiga Deformação Permanente (mistura & compactação 2. Fadiga Varredura de tempo 1.Resistência à deformação permanente usando creep repetido PAV RTFO Temperatura do Pavimento, C

15 Recuperação de fluência por tensão múltipla- ensaio MSCR Utiliza o reômetro de cisalhamento dinâmico (DSR) Ensaio em material envelhecido na estufa (RTFO) 10 ciclos por nivel de tensão 1-segundo tensão de cisalhamento: 9-segundos de repouso 100 Pa 3200 Pa Calcula recuperação por cada ciclo de tensão Diferença entre deformação no fim do período de recuperação e deformação máxima após tensão de cisalhamento

16 Cisalhamento repetido Def. cisalh. permanente, % Deformação de cisalhamento instantanea Deformação de cisalhamento recuperável Tempo, segundos Deformação permanente

17 Recuperação da Deformação Asfalto Modificado con Polímero Elástico Pa Tensão de cisalhamento 70 Deformação, % Recuperação indica un componente elástico Tempo, segundos

18 Definicão de J nr - Creep Compliance na Recuperação Normalized Strain % J nr = γ u / τ τ = tensão aplicada γ u = Média da deformação recuperada Time s

19 7 asfaltos modificados Estudo FHWA John D Angelo, Raj Dongré, Hussain Bahia AZ CRM PG Control Air Blown SBS TX TBCR TP PG PG SBS Air Blown Fibers SBS TP

20 Resultados de MSCR Recuperação, % MSCR a temperatura de PG PG Ângulo de fase, graus 100 Pa 3200 Pa PG 70 AR-8000 PG 64

21 Critérios Propostos para Temperatura Alta Antes : Temperatura selecionada era a temperatura máxima do pavimento levando em conta tráfego e velocidade Aumento da temperatura dependente do tráfego e velocidade Futuro : Critérios variam con nivel de tráfego mas mantem temperatura do pavimento relativa apenas ao clima (regular, pesado, muito pesado) PG 64S-XX J nr 4 PG 64H-XX J nr 2 PG 64V-XX J nr 1 J nr = γ u / τ

22 Asfaltos variam seu comportamento diferentemente em relação a fadiga 1.6E+07 G*, Pa 1.4E E E+07 G* (Pa) 8.0E E+06 Dano por fadiga se produz 4.0E+06 quando o módulo alcança 50% do 2.0E+06 valor E Cycles Número de ciclos en DSR

23 Queda inicial no módulo Com a diminuição no módulo, a amostra é cada vez mais dentro das placas

24 Correlação entre a vida de fadiga das misturas e dos asfaltos Mistura = asfalto +C R2 = No. of Ciclos a 50% G* (Mistura) Média

25 Seleção de agregados Além dos ensaios convencionais: Abrasão Los Angeles; Sanidade; Equivalente de areia; Índices físicos; Considerar Angularidade; Lameralidade; Critério de Bailey; Densidade efetiva de agregados miudos e graudosr; Densidade Rice ou Gmm Limite mínimo de CDI (tese Luis Nascimento COPPE/UFRJ)

26 DENSIDADE efetiva dos agregados graudos e miudos

27 DENSIDADE MÁXIMA TEÓRICA Gmm EM MISTURAS NÃO COMPACTADAS Definido como a razão entre o peso de agregados e peso de ligante pelo volume de agregados, volume dos poros impermeáveis, volume dos poros permeáveis não recheados de ligante e volume de ligante Essencial para cálculo de ligante absorvido e do teor de vazios em misturas compactadas.

28 Outros requisitos nos agregados Além da Europa e EUA, Argentina e Chile já estão utilizando grau de polimento da superficie dos agregados - PSI

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

30 Método de Bailey Ferramenta para análise de curvas granulométricas. - Agregado graúdo x agregado miúdo: - Considera o intertravamento dos agregados através do volume das frações;

31 Parâmetros da metodologia Bailey

32 Granulometrias - Faixas classificadas por TMN; - Limites determinados pelos pontos de controle e zona restrita; - Linha de densidade máxima potência 0, Superpave 12,5mm Curva Granulométrica % Passante Faixa C DNIT Abertura das peneiras na potência 0,45, mm

33 Dosagem e compactação relacionadas ao tráfego e cargas atuais Anos 40

34 Análise da estrutura interna de misturas asfálticas; Analisar a situação mais próxima da pista. Medida de ângulos entre agregados por imagem e Tomografia computadorizada

35 Dosagem Superpave Parâmetro CDI Compactação: CPs de 150mm de diâmetro; Parâmetros de compactação; Relação com trabalhabilidade e com desempenho a deformação permanente: seleção racional dos agregados. Vazios, % Vazios x Teor de Ligante Teor de ligante, % %Gmm x N % G mm %Gmm N=8 CD I Construction densification index -CDI N

36 CDI e o desempenho Comparação do CDI com resultados de ensaios de deformação permanente no simulador francês a 60 C: CDI x Deformação Permamente DP, % CDI

37 CDI Variação do índice com o teor de ligante e a granulometria: 600 % de Ligante x CDI CDI % de Ligante

38 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.

39 Sensibilidade a umidade induzida descolamento

40 Compactadores giratórios no Brasil CENPES _ 2 UFRJ UFC USP USP SC Futuro próximo UFAM, UFS, UFSC, UFRGS, UFJF

41 SPT NCHRP Mn Road, Westrack, FHWA ALF Testes de desempenho simples: Lottman IDT creep em andamento Flow number def. Perm. Módulo dinâmico * Fadiga - em andamento * entrada de dados para MEPDG Método mecanistico empírico de dimensionamento de pavimentos

42 Europa Especificações de Misturas EN 13108

43 Especificação EN Ensaios EN 12697

44 MCDC Metodo combinado de diseno e comportamiento BITUMIX PROBISA Innova Chile CORFO Vialidad & Instituto Chileno de asfalto

45 Ensaios de desempenho em Misturas Limites para Flow number deformação permanente Limites para módulo dinâmico a 25C curva mestra (tese Luis Nascimento COPPE/UFRJ)

46 Ensaios Mecânicos de desepenho Ensaios mecânicos na MTS: Módulo dinâmico: em várias frequências e temperaturas de 20 a +40 C: curvas mestre; Creep uniaxial; (tese L. Nascimento)

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51 Muito Obrigada