13. a REUNIÃO DE PAVIMENTAÇÃO URBANA 13ª RPU MACEIÓ/AL - BRASIL - 5 a 7 de abril de 2006 Local: Centro Cultural e de Exposições de Maceió COMPORTAMENTO MECÂNICO DE MISTURAS ASFÁLTICAS DE GRADUAÇÃO DESCONTÍNUA (GAP GRADED) Silvrano Adonias Dantas Neto 1 ; Márcio Muniz de Farias 2 & Jorge Carvalho Pais 3 1 Departamento de Engenharia Hidráulica e Ambiental, Campus do Pici, Bloco 713, Fortaleza, Ceará, Brasil, e-mail: silvrano@ufc.br 2 Programa de Pós-graduação em Geotecnia, Campus Darcy Ribeiro, SG-12, Asa Norte, Brasília, Distrito Federal, Brasil, e-mail: muniz@unb.br 3 Departamento de Engenharia Civil, Universidade do Minho, Campus de Azurém, Guimarães, Portugal, e-mail: jpais@civil.uminho.pt
RESUMO O comportamento mecânico e funcional dos pavimentos flexíveis depende de vários fatores, dentre os quais, podem-se citar as características das misturas asfálticas empregadas nas suas camadas de revestimento. O desempenho mecânico das misturas asfálticas é função dos seus materiais constituintes, mais especificamente do ligante asfáltico e dos agregados minerais utilizados, enquanto o desempenho funcional está ligado à distribuição granulométrica dos agregados. Dentre as misturas asfálticas do tipo concreto betuminoso usinado a quente (CBUQ) empregadas no Brasil destacam-se as misturas de graduação contínua, largamente utilizadas, especialmente aquelas com curva granulométrica definida pela Especificação de Serviço 313/97, do extinto DNER, como faixa C. Em geral estas misturas se caracterizam por apresentar um bom desempenho mecânico e uma textura muito fechada, com baixos valores para a percentagem de vazios, sendo, entretanto, misturas que apresentam problemas com relação a sua macro-rugosidade. Este trabalho tem por objetivo apresentar um estudo comparativo entre uma mistura asfáltica com granulometria contínua, enquadrada na faixa C do DNER, e uma mistura de graduação descontínua. Para a confecção destas misturas foi empregado um ligante asfáltico convencional classificado por penetração como CAP 50/70 e agregados minerais provenientes de rocha granítica. Para o desenvolvimento deste estudo comparativo, as misturas asfálticas foram dosadas segundo a metodologia Marshall, e em seguida submetidas a ensaios para a determinação da resistência à tração, módulo resiliente, vida de fadiga e resistência às deformações permanentes. Os resultados mostraram inicialmente que para as misturas de graduação descontínua foi observada a diminuição da percentagem ótima de ligante determinada no estudo de dosagem. Em relação aos ensaios mecânicos não foram observadas diferenças significativas para a resistência à tração por compressão diametral e módulo resiliente das misturas de graduação contínua e descontínua. Para a vida de fadiga e a resistência às deformações permanentes, os resultados mostraram que a mistura com graduação descontínua apresentou um comportamento superior ao da mistura com graduação contínua. Os resultados apresentados neste trabalho permitem deduzir que é possível o emprego de uma mistura com melhores características de macro-rugosidade, aumentando assim o atrito pneu-pavimento, e conseqüentemente as condições de segurança de rolamento das rodovias, sem que ocorram prejuízos em termos de desempenho mecânico. PALAVRAS-CHAVE: misturas asfálticas, graduação descontínua, faixa C do DNER, propriedades mecânicas. ABSTRACT The mechanical and functional behaviors of flexible pavement depend on several factors, such as, the characteristics of asphalt hot mixes employed in their surface courses. The mechanical performance of asphalt hot mixes is a function of its constituent materials, which are the asphalt binder and mineral aggregates, while the functional performance is influenced by the grain size distribution of aggregates. In Brazil, the asphalt hot mixes with dense gradation are commonly used, especially those with grain size distribution defined as gradation envelope C by Specification DNER ES-313/97. In general, these types of mixtures present good mechanical performance, but due its smooth texture, with low void contents, problems related with skid resistance are frequently observed. The aim of this paper is to present a comparative study between a dense mix, in the middle of gradation envelope C of DNER ES-313/97, and a gap graded asphalt hot mix. In this study, a straight asphalt binder classified by penetration as AC 50/70 and mineral aggregates obtained from granite stone were used. The optimal binder contents of the asphalt hot mixes studied were determined using the Marshall methodology, and its mechanical properties were determined by tensile strength, resiliente modulus, fatigue life and permanent deformation tests. The design procedure showed that the gap graded mixes present lower optimal binder content than those with dense gradation. With respect to mechanical properties, no significant difference between the tensile strength and resiliente modulus of gap and dense graded asphalt mixtures was observed. In relation to fatigue life and permanent deformations, the gap graded mixes behaved better than the dense graded mixes. The results presented in this paper show that is possible to use gap graded asphalt mixtures in substitution to dense graded mixes without loss in mechanical properties, and with additional advantage of increasing tire-pavement friction and consequently of the skid resistance of pavement. KEY WORDS: asphalt hot mixes, gap graded, band C of DNER, mechanical properties
INTRODUÇÃO O comportamento mecânico e funcional dos pavimentos flexíveis depende de vários fatores, dentre os quais, podem-se citar as características das misturas asfálticas empregadas nas suas camadas de revestimento. O desempenho mecânico das misturas asfálticas é função basicamente dos seus materiais constituintes, mais especificamente do ligante asfáltico e dos agregados minerais utilizados, enquanto o desempenho funcional está ligado à distribuição granulométrica dos agregados. No Brasil, é grande a experiência com a utilização das misturas usinadas a quente, conhecidas como CBUQ, sendo bastante difundida aquela com granulometria definida pela faixa C da Especificação de Serviço ES-313/97 do extinto DNER. As misturas com granulometria definida pela faixa C, citada anteriormente, em geral, caracterizam-se por apresentar uma textura bastante fechada, típica de misturas asfálticas com graduação contínua, com valores para a percentagem de vazios entre 3,0% e 5,0%, quando empregadas como camada de rolamento [1], e comportamento mecânico satisfatório. Por outro lado, pode-se observar que as misturas com graduação densa, como no caso, aquela definida pela faixa C, apresentam problemas relacionados aos baixos valores para o atrito desenvolvido entre os pneus e a superfície do pavimento, problemas estes relacionados às deficiências de macro-rugosidade destas misturas. As misturas de graduação descontínua são normalmente empregadas por apresentarem vantagens em termos funcionais em relação às misturas de graduação contínua, como por exemplo, aumento do atrito pneu-pavimento e diminuição dos níveis de ruído [2], sendo bastante utilizadas em países da Europa e nos Estados Unidos da América [3] [4] [5]. Entretanto, estas misturas são normalmente confeccionadas a partir da utilização de um ligante asfáltico modificado, seja por polímeros do tipo SBS, EVA, ou até mesmo borracha de pneus usados [6], o que se certa forma onera a sua execução, tanto pelo aumento do custo dos materiais constituintes, como pela necessidade da utilização de equipamentos e mão-de-obra especializada. Este trabalho tem como principal objetivo apresentar o estudo comparativo entre uma mistura de graduação contínua, com granulometria definida pela faixa C da DNER ES-313/97, e uma mistura de graduação descontínua, ambas confeccionadas com um ligante asfáltico convencional, classificado por penetração como CAP 50/70. Para tanto estas misturas foram confeccionadas no teor ótimo de ligante asfáltico, obtido pela metodologia Marshall, e posteriormente submetidas a ensaios de resistência à tração por compressão diametral, módulo resiliente, vida de fadiga e resistência às deformações permanentes. Os resultados mostraram inicialmente que para as misturas de graduação descontínua foi observada a diminuição da percentagem ótima de ligante determinada no estudo de dosagem. Em relação aos ensaios mecânicos não foram observadas diferenças significativas para a resistência à tração por compressão diametral e módulo resiliente das misturas de graduação contínua e descontínua. Para a vida de fadiga e resistência às deformações permanentes, os resultados mostraram que a mistura com graduação descontínua apresentou um comportamento superior ao da mistura com graduação contínua, ambas confeccionadas com os mesmos valores para a percentagem de vazios. Os resultados apresentados neste trabalho permitem deduzir que é possível o emprego de uma mistura com melhores características de macro-rugosidade, aumentando assim o atrito pneu-pavimento, e consequentemente as condições de segurança de rolamento das rodovias, sem que ocorram prejuízos em termos de desempenho mecânico. ATRITO PNEU-PAVIMENTO E RESISTÊNCIA À DERRAPAGEM Durante o dimensionamento, construção ou manutenção de uma rodovia, o projetista deve ter sempre como objetivo garantir que o pavimento executado satisfaça às condições de segurança, economia e durabilidade satisfatórias, sem que qualquer uma destas condições se sobressaia sobre as demais. Dentre os requisitos relacionados à segurança, o mais evidente de todos está relacionado à resistência à derrapagem oferecida pelo pavimento aos veículos que nele trafegam. Segundo O Flaherty (2002), o atrito desenvolvido entre os pneus dos veículos automotores e o pavimento é o principal responsável pela resistência à derrapagem oferecida pelas camadas de revestimento utilizadas nos pavimentos flexíveis [5]. Esta resistência está relacionada à dissipação de energia que ocorre durante a derrapagem, ou seja, a quantidade de energia dos veículos que é transferida à superfície de rolamento por meio da interação pneu-pavimento, que pode se dar por: Dissipação de energia na forma de calor devido ao atrito desenvolvido entre o pneu e a superfície de rolamento; Dissipação de energia relacionada à capacidade de deformação dos pneus segundo a forma das partículas dos agregados constituintes das misturas asfálticas empregadas nas camadas de rolamento dos pavimentos.
Analisando estes dois processos responsáveis pela dissipação de energia relacionada ao desenvolvimento da resistência à derrapagem, torna-se evidente a importância da textura das misturas asfálticas empregadas nas camadas de rolamento no desenvolvimento do atrito pneu-pavimento, e consequentemente, na resistência à derrapagem oferecida aos veículos pelo pavimento. Atualmente são grandes os esforços para se projetar e executar pavimentos que ofereçam adequadas condições de resistência à derrapagem, ou seja, que apresentem valores satisfatórios para o atrito pneu-pavimento, tendo-se como conseqüência direta a diminuição dos níveis de acidentes e dos custos envolvidos. MATERIAIS EMPREGADOS O ligante asfáltico convencional empregado na confecção das misturas asfálticas estudadas neste trabalho consiste num cimento asfáltico de petróleo classificado segundo o critério de penetração como CAP 50/70. A Tabela 1 apresenta os resultados dos ensaios de caracterização das propriedades físicas do ligante asfáltico convencional CAP 50/70 empregado. Tabela 1 Caracterização das propriedades físicas do ligante asfáltico convencional CAP 50/70 Propriedades físicas Método de ensaio CAP 50/70 Penetração (1/10 mm) ASTM D5 52,0 Ponto de amolecimento (ºC) ASTM D36 50,6 Viscosidade rotacional a 175ºC (cp) ASTM D4402 87,5 Resiliência (%) ASTM D5329 14,0 Os agregados minerais utilizados na confecção das misturas asfálticas confeccionadas com asfaltos-borracha e com ligantes convencionais foram: brita 1, brita 0 e pó-de-pedra. Como material de enchimento foi utilizado um filer granítico existente no Laboratório de Engenharia Civil da Universidade do Minho, em Portugal. Para a caracterização e classificação dos agregados foram realizados os seguintes ensaios: massa específica e absorção d água do agregado graúdo (ASTM C-127/88); massa específica e absorção do agregado fino (ASTM C-128/97); análise granulométrica dos agregados graúdo e fino (DNER-ME 083/98); determinação da massa específica real do material de enchimento (DNER-ME 085/94); Na Tabela 2 são apresentados os resultados dos ensaios de caracterização dos agregados descritos anteriormente. A Tabela 3 apresenta as distribuições granulométricas determinadas para os agregados minerais utilizados neste trabalho. Tabela 2 Propriedades físicas dos agregados minerais utilizados nas misturas asfálticas Propriedades físicas Brita 1 Brita 0 Pó-depedra Filer Massa específica real dos grãos (g/cm³) 2,67 2,66 2,71 2,71 Massa específica aparente dos grãos (g/cm³) 2,60 2,59 2,52 2,52 Absorção de água (%) 1,06 1,02 - - Tabela 3 Distribuição granulométrica dos agregados minerais utilizados Peneiras Percentagem passando em peso # mm Brita 1 Brita 0 Pó-de-pedra Filer ½ 12,5 100,0 100,00 - - 3/8 9,5 87,1 99,8 100,00 - Nº 4 4,8 36,4 94,3 99,1 - Nº 10 2,0 2,8 22,9 74,3 - Nº 40 0,425 1,0 5,8 48,4 100,0 Nº 80 0,18 0,8 4,1 19,9 98,1 Nº 200 0,075 0,6 3,1 8,6 87,1 As misturas asfálticas estudadas neste trabalho foram confeccionadas com graduação contínua e descontínua. Para as misturas de graduação contínua foi adotada a faixa C especificada pela DNER-ES 313/97 para utilização em camadas de rolamento. A faixa granulométrica adotada para as misturas de graduação descontínua é especificada pelo Departamento de Transportes do Arizona (ADOT) para confecção de misturas asfálticas com asfaltos-borracha [6]. A Figura 1 apresenta a comparação entre as faixas granulométricas, descritas na Tabela 4, especificadas para as misturas de graduação contínua (Faixa C da especificação DNER 313/97) e descontínua (ADOT). Analisando-se esta
figura, pode-se verificar que a granulometria especificada pelo ADOT apresenta grande uniformidade para os tamanhos dos grãos, estando a descontinuidade na fração fina dos agregados. Por outro lado, a faixa granulométrica especificada para a faixa C (DNER-ES 313/97), apresenta uma distribuição contínua e fechada com elevadas percentagens de material passando na peneira Nº 200. Tabela 4 Faixa granulométrica especificada para as misturas de graduação contínua (Faixa C da especificação DNER 313/97) e descontínua (ADOT) PENEIRAS # mm FAIXA C ADOT 3/4" 19,1 100 100 100 100 1/2" 12,7 85 100 90 100 3/8" 9,5 75 100 79 89 N.º 4 4,8 50 85 34 42 Nº 10 2 30 75 15 23 Nº 40 0,425 15 40 4 14 N.º 80 0,18 8 30 - - N.º 200 0,074 5 10 1 5 % Passando em peso 120 100 80 60 40 20 Faixa C ADOT 0 0,01 0,1 1 10 100 Diâmetro (mm) Figura 1 Comparação entre as faixas granulométricas especificadas para as misturas de graduação contínua (Faixa C) e descontínua (ADOT) PROCEDIMENTO DE DOSAGEM E CONFECÇÃO DAS MISTURAS ASFÁLTICAS ESTUDADAS Neste trabalho foi utilizado o método Marshall (DNER-ME 043/94) para o estudo de dosagem das misturas asfálticas de graduação contínua e descontínua estudadas. Na Tabela 5 são apresentados os valores das temperaturas do ligante, dos agregados e de compactação para as misturas asfálticas estudadas, e na Tabela 6 as recomendações da Especificação de Serviço DNER-ES 313/97 e do Departamento de Transportes do Arizona (ADOT) para as propriedades volumétricas das misturas asfálticas a quente de graduação contínua e descontínua, respectivamente. Tabela 5 Temperaturas empregadas na dosagem e confecção das misturas asfálticas estudadas. Temperaturas empregadas Temperatura do ligante para mistura (ºC) 160 160 Temperatura dos agregados (ºC) 177 177 Temperatura de compactação (ºC) 160 160
Tabela 6 Especificações para as misturas asfálticas de graduação contínua (Faixa C da especificação DNER-313/97) e descontínua (ADOT) Propriedades físicas Faixa C - DNER ADOT Número de golpes por face do soquete Marshall 75 75 Teor de ligante em relação à mistura (%) 4,0 9,0 7,5 8,5 Vazios no agregado mineral (%) > 19,0 > 19,0 Relação betume-vazios (%) 65 82 - Estabilidade Marshall (kgf) > 350 - Fluência (mm) 2,0 4,5 - Percentagem do volume de vazios (%) 3,0 5,0 4,5 6,5 Percentagem de ligante absorvido (%) - 0 1,0 A Tabela 7 apresenta as proporções dos agregados utilizadas para que as misturas de graduação contínua e descontínua estudadas sejam enquadradas nas faixas granulométricas apresentadas na Figura 2 mostrada anteriormente. Tabela 7 Composição das misturas de agregados minerais para as misturas de graduação contínua e descontínua Tipo de mistura Composição da mistura de agregados Brita 1 Brita 0 Pó-de-Pedra Fíler Mistura de graduação contínua () 10,5% 30,5% 54,5% 4,5% Mistura de graduação descontínua () 31,7% 41,7 25,7% 1,0% Uma vez definidas todas as variáveis envolvidas no estudo de dosagem, procedeu-se à confecção dos corpos-de-prova Marshall para a determinação da percentagem ótima de ligante das misturas de graduação contínua () e descontínua () utilizando-se os materiais descritos anteriormente. As Figuras 2 a 7 apresentam os resultados da densidade aparente, estabilidade e fluência Marshall, percentagem de vazios, vazios no agregado mineral e relação betume-vazios das misturas confeccionadas com o CAP 50/70. Na determinação da percentagem ótima de ligante das misturas asfálticas submetidas ao estudo de dosagem procurou-se seguir as recomendações apresentadas na Tabela 6. Densidade aparente (g/cm 3 ) 2,40 2,30 2,20 2,10 2,00 4% 5% 6% 7% 8% Percentagem de ligante (%) Figura 2 Variação da densidade aparente das misturas estudadas com a percentagem de ligante Estabilidade Marshall (kgf) 1700 1400 1100 800 500 4% 5% 6% 7% 8% Percentagem de ligante (%) Figura 3 Variação da Estabilidade Marshall das misturas asfálticas estudadas com a percentagem de ligante
8 Fluência (mm) 7 5 4 2 4% 5% 6% 7% 8% Percentagem de ligante (%) Figura 4 Variação da fluência das misturas asfálticas estudadas com a percentagem de ligante 20% Vv (%) 15% 10% 5% 0% 4% 5% 6% 7% 8% Percentagem de ligante (%) Figura 5 Variação da percentagem do volume de vazios das misturas asfálticas estudadas com a percentagem de ligante 30% VAM (%) 25% 20% 15% 10% 4% 5% 6% 7% 8% Percentagem de ligante (%) Figura 6 Variação dos vazios no agregado mineral das misturas asfálticas estudadas com a percentagem de ligante 90% RBV (%) 75% 60% 45% 30% 4% 5% 6% 7% 8% Percentagem de ligante (%) Figura 7 Variação da relação betume-vazios das misturas asfálticas estudadas com a percentagem de vazios A análise dos resultados obtidos nos estudos de dosagem apresentados nas Figuras 2 a 7 mostra que as misturas de graduação descontínua apresentaram, para uma mesma percentagem de ligante, menores valores para a densidade
aparente e estabilidade Marshall, que as misturas de graduação contínua. Apesar de apresentarem menor estabilidade Marshall, os resultados mostraram que as misturam de graduação descontínua também apresentaram menores valores para a fluência indicando assim uma boa estrutura do esqueleto sólido. Em termos de percentagem de volume de vazios, pode ser observado que as misturas de graduação contínua apresentaram menores valores que as misturas de graduação descontínua, resultados estes coerentes, uma vez que a quantidade de finos existentes nas misturas de granulometria contínua é significativamente superior à quantidade de finos presentes na composição das misturas descontínuas. A determinação da percentagem ótima de ligante asfáltico das misturas de graduação contínua e descontínua foi feita de forma que ambas as misturas estudadas apresentassem o mesmo percentual de volume de vazios e que as recomendações apresentadas na Tabela 6 fossem satisfeitas. Desta forma, adotou-se a percentagem de vazios de referência como sendo de 4,5%, confeccionando-se as misturas de graduação contínua e descontínua com percentagens de ligante de 7,0% e 6,05, respectivamente, em relação ao peso total da mistura. A Tabela 8 apresenta as propriedades volumétricas das misturas asfálticas estudadas. Tabela 8 Propriedades volumétricas das misturas asfálticas de graduação contínua () e descontínua () Propriedades volumétricas das misturas Densidade aparente (kn/m 3 ) 22,5 23,5 Percentagem de vazios (%) 4,5 4,5 Vazios no Agregado Mineral VAM (%) 19,3 17,93 Relação Betume-Vazios RBV (%) 76,7 74,9 Percentagem de ligante em relação à mistura (%) 7,05 6,0 Para a confecção das misturas asfálticas foi utilizada uma misturadora mecânica com capacidade de misturar 50 kg de materiais em cada operação. A compactação das misturas asfálticas foi realizada em um molde metálico com dimensões 7,3 x 49,2 x 75,2 cm, utilizando-se um rolo liso, até atingir a densidade aparente de projeto especificada para cada tipo de mistura. O procedimento que foi utilizado para a compactação das misturas asfálticas estudadas foi baseado na norma AASHTO PP3/94, e apresenta como principais vantagens: rapidez e facilidade de se atingir a densidade de projeto (previamente definida), boa uniformidade do material após a compactação e baixo número de perdas de placas devido a problemas de compactação, além da realização de uma compactação mais próxima daquela que ocorre no campo. O produto final deste processo é uma placa com as dimensões do molde metálico, conforme mostrado na Figura 8a e 8b, apresentando as propriedades volumétricas definidas no estudo de dosagem para cada tipo de mistura. Destas placas, foram retirados os corpos-de-prova (Figuras 9a e 9b) para a realização dos ensaios de resistência à tração (DNER-ME 138/94), módulo resiliente (AASHTO TP8/94), vida de fadiga (AASHTO TP8/94) e resistência às deformações permanentes (AASHTO TP7/01) necessários para a avaliação do comportamento mecânico das misturas asfálticas de graduação contínua e descontínua estudadas. Estes ensaios foram realizados com corpos-de-prova submetidos a um processo de envelhecimento acelerado em estufa a 85ºC durante 5 dias, sendo que os ensaios de resistência à tração também foram realizados em corpos-de-prova não-envelhecidos. O processo de envelhecimento acelerado ao qual foram submetidos os corpos-de-prova tem por objetivo simular o envelhecimento que ocorre nas misturas asfálticas em campo ao longo da sua vida útil, sendo normalizado pela AASHTO PP2/94. a) Vista frontal da placa b) Vista lateral da placa Figura 8 Mistura asfáltica compactada para extração dos corpos-de-prova
a) Corpos-de-prova para ensaios de fadiga b) Corpos-de-prova para ensaios RSST-CH Figura 9 Corpos-de-prova para realização dos ensaios mecânicos nas misturas asfálticas RESULTADOS DOS ENSAIOS DE RESISTÊNCIA À TRAÇÃO POR COMPRESSÃO DIAMETRAL Para se ter maior confiabilidade nas análises realizadas neste trabalho, os resultados dos ensaios de resistência à tração foram submetidos a uma análise de variância (ANOVA). Este tipo de análise permite determinar se as diferenças observadas nos resultados dos ensaios são provenientes da variabilidade própria do ensaio de resistência à tração, ou se correspondem ao emprego de materiais diferentes na confecção das misturas asfálticas estudadas. Os resultados apresentados neste trabalho para as análises de variância foram obtidos com a ferramenta de análise ANOVA do programa Statistica 6.0. Uma das vantagens deste programa é que ele permite a determinação de grupos homogêneos quanto à média amostral do parâmetro estudado, isto é, conjuntos formados pelas misturas asfálticas com mesma resistência à tração. Estatisticamente, isto significa que as variáveis pertencentes a um mesmo grupo, mas com diferentes médias amostrais para o parâmetro estudado, fazem parte da mesma população, sendo as diferenças entre as suas médias decorrentes da variabilidade própria do ensaio realizado. A Tabela 9 apresenta o resumo da análise de variância realizada a partir dos resultados de resistência à tração das misturas de graduação contínua e descontínua, para um nível de confiança de 95%. Os resultados apresentados nesta tabela devem ser interpretados considerando que para as misturas asfálticas pertencentes a um mesmo grupo homogêneo, as diferenças entre os resultados da resistência à tração não podem ser consideradas significativas. A determinação dos grupos homogêneos foi feita a partir do emprego da Distribuição de Fisher. Tabela 9 Grupos homogêneos determinados pela análise de variância dos resultados de resistência à tração das misturas asfálticas de graduação contínua e descontínua Envelhec. Grupos homogêneos Mistura σ t MÉDIA S/N (MPa) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 N 0,73 ** N 0,94 ** ** S 1,07 ** ** ** S 1,13 ** ** ** ** Os resultados apresentados na Tabela 9 indicam que o processo de envelhecimento produziu um aumento significativo na resistência à tração das misturas de graduação contínua e descontínua confeccionadas com o CAP 50/70. De acordo com estes resultados, pode-se observar que, quando envelhecidas, as misturas de graduação contínua e descontínua apresentam a mesma resistência à tração, e na condição de não-envelhecimento, as misturas de graduação contínua apresentam maior resistência à tração que as misturas descontínuas. A maior resistência à tração apresentada pelas misturas asfálticas convencionais de graduação contínua pode ter ocorrido devido à maior quantidade de ligante asfáltico existente nestas misturas se comparadas com a percentagem de ligante das misturas descontínuas. Além disto, a maior quantidade de finos existente favorece a formação de um mastique asfáltico responsável pelo aumento da resistência à tração das misturas de graduação contínua. Os resultados mostram também que o efeito do envelhecimento na resistência à tração das misturas asfálticas estudadas é maior nas misturas de graduação descontínua. Isto pode ser observado a partir da igualdade da resistência à tração das misturas descontínuas e das misturas contínuas. O maior efeito do envelhecimento nas misturas asfálticas descontínuas pode estar ligado à lacuna existente na sua curva granulométrica, pela retirada da fração fina retida na peneira Nº 80, com abertura de malha de 0,18 mm. A deficiência de finos tem como conseqüência a formação de micro-poros no
interior da mistura compactada fazendo com que o processo de oxidação atue mais intensamente, enrijecendo as misturas e aumentando a sua resistência à tração em relação à condição de não-envelhecimento. RESULTADOS DOS ENSAIOS DE MÓDULO RESILIENTE A Figura 10 mostra a comparação entre o módulo resiliente das misturas asfálticas de graduação contínua e descontínua, confeccionadas com o CAP 50/70. Neste trabalho, tanto os resultados obtidos para o módulo resiliente são apresentados em função dos diferentes valores para a freqüência de aplicação de carga empregados durante a realização dos ensaios. Módulo Resiliente (MPa) 5000 4000 3000 2000 1000 0,1 1 10 Frequência (Hz) Figura 10 Comparação entre o módulo resiliente a 20ºC das misturas asfálticas de graduação contínua () e descontínua () Os resultados apresentados na Figura 10 mostram que a mistura asfáltica convencional de graduação descontínua apresenta valores de módulo resiliente ligeiramente inferiores aos valores obtidos para a mistura asfáltica convencional de graduação contínua. Esta diminuição do módulo resiliente da mistura asfáltica descontínua indica uma melhoria nas suas características de flexibilidade. Numa análise mecanística, o aumento do módulo resiliente da mistura asfáltica de graduação contínua, em relação à mistura de graduação descontínua pode indicar a diminuição da deformabilidade da estrutura do pavimento, considerando mesmas espessuras das camadas granulares e da camada de revestimento. RESULTADOS DOS ENSAIOS DE FADIGA A Figura 11 apresenta as curvas de fadiga para as misturas asfálticas de graduação contínua () e descontínua () confeccionadas com o CAP 50/70. Os resultados estão expressos em termos do número médio de ciclos que produz uma redução de 50% na rigidez da mistura, tendo sido ensaiados 3 corpos-de-prova em cada nível de deformação de tração. Estes resultados indicam que, apesar de apresentarem uma percentagem de ligante menor, as misturas asfálticas de graduação descontínua apresentam maior resistência ao trincamento por fadiga que as misturas de graduação contínua, sendo compatíveis com os resultados obtidos nos ensaios de módulo resiliente. N (Ciclos de Carga) 1,0E+09 1,0E+08 1,0E+07 1,0E+06 1,0E+05 1,0E+04 100 1000 Deformação de tração (μm/m) Figura 11 Curvas de fadiga para as misturas convencionais de graduação contínua () e descontínua () Estes resultados estão coerentes com aqueles obtidos nos ensaios de módulo resiliente, pois para misturas asfálticas convencionais, espera-se que quanto maior a rigidez, menor seja a resistência ao trincamento por fadiga. Isto pode ser comprovado pelos resultados apresentados na Figura 10, onde se pode observar que as misturas asfálticas de graduação
contínua são mais rígidas, ou seja, apresentam maiores valores para o módulo resiliente que as misturas de graduação descontínua. RESULTADOS DOS ENSAIOS DE DEFORMAÇÃO PERMANENTE Os resultados apresentados neste trabalho da resistência às deformações permanentes das misturas asfálticas estudadas trabalho foram obtidos por meio do ensaio de cisalhamento cíclico a altura constante - RSST-CH (AASHTO TP7/01) [7]. Nos resultados apresentados na Figura 13, a resistência às deformações permanentes das misturas de graduação contínua () e descontínua () é expressa em termos do número de ciclos do eixo padrão de 82 kn (ESAL mrd ) necessário para a mistura asfáltica atingir o valor limite de 12,7 mm para o afundamento na trilha de roda [7]. Os resultados apresentados na Figura 12 mostram que as misturas de graduação descontínua são menos susceptíveis a variações na resistência ao cisalhamento que as misturas de graduação contínua, conforme pode ser observado comparando-se os resultados dos ensaios realizados nas temperaturas de 60ºC e 50ºC. Para as misturas descontínuas as diferenças verificadas podem ser consideradas insignificantes frente à variabilidade do ensaio, ao contrário do que ocorre com as misturas de graduação contínua, onde o número de ciclos necessário para produzir o afundamento limite para a trilha de roda, obtido no ensaio realizado a 50ºC, é aproximadamente o dobro do valor obtido para o ensaio realizado a 60ºC. Esta melhoria no comportamento das misturas descontínuas com relação à suscetibilidade da resistência às deformações permanentes com a temperatura pode ser explicada pela maior influência da estrutura do esqueleto sólido no comportamento mecânico deste tipo de mistura. Comparando-se as misturas de graduação contínua e descontínua pode-se observar que as mesmas apresentam resistência às deformações permanentes quando ensaiadas a 60º superior à resistência das misturas de graduação contínua. Quando as misturas são ensaiadas a 50ºC esta tendência se inverte. Os resultados mostrados na Figura 13 mostram que pode-se considerar que as misturas de graduação descontínua apresentam um comportamento quanto à resistência às deformações permanentes superiores às misturas de graduação contínua estudadas neste trabalho. 2,0E+06 1,5E+06 ESALmrd 1,0E+06 5,0E+05 0,0E+00 T = 60º T = 50º Figura 12 Influência da percentagem de borracha empregada na fabricação dos asfaltos-borracha pelo processo úmido na resistência às deformações permanentes das misturas asfálticas CONCLUSÕES A partir dos resultados apresentados anteriormente pode-se concluir as misturas de graduação descontínua apresenta algumas vantagens em relação às misturas de graduação contínua. Os principais benefícios observados referem-se ao aumento da vida de fadiga, diminuição do módulo resiliente, aumento da resistência às deformações permanentes para temperaturas superiores a 50ºC, e diminuição da suscetibilidade a temperatura no que se refere ao comportamento referente ao desenvolvimento das deformações permanentes. Convém salientar que para a confecção das misturas de graduação descontínua com a mesma percentagem de vazios utilizada para a confecção das misturas de graduação contínua alguma dificuldade de compactação foi observada, tendo sido necessário o aumento da energia de compactação utilizada. Apesar desta dificuldade inicial, o desempenho mecânico das misturas de graduação descontínua foi bastante satisfatório. Além disto, pode-se observar que apesar de ser originalmente especificada para a confecção de misturas asfálticas com asfalto-borracha, as misturas descontínuas confeccionadas a partir da faixa granulométrica adotada pelo ADOT, apresentaram um comportamento satisfatório, tendo sido possível o estudo da dosagem pela metodologia Marshall, e a
sua compactação para as mesmas condições empregadas para as misturas de graduação contínua, mesmo com a necessidade do aumento da energia de compactação. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS [1] DNER (1997). DNER ES 313 Pavimentação Concreto Betuminoso. Especificação de Serviço, Departamento Nacional de Estradas e Rodagem, Rio de Janeiro, RJ, Brasil, 16p. [2] Branco, F., Pereira, P., Santos, L.P. (2005) Pavimentos Rodoviários, Edições Almedin SA, Coimbra, Portugal, 388p. [3] Lerch, T., Wellner, F., Hübelt, J., Koestzsh, P., & Sarradj, E. (2003). Initial Paremeters for Modelling Tire/Road Noise Reduction of Porous Asphalt Surfacing, Third International Symposium on Maintenance and Rehabilitation of Pavements and Technological Control, Guimaraes, Portugal, p. 349-358. [4] Silva, H., Pais, J., Pereira, P., & Picado Santos, L. (2003). Evaluation of the Bond between Mastic and Coarse Aggregates, Third International Symposium on Maintenance and Rehabilitation of Pavements and Technological Control, Guimarães, Portugal, p. 465-472. [5] O Flaherty, C.A (2002) Higways The location, design, construction and maintenance of road pavements, 4 th Edition, Butterworth-Heinemann, Oxford, England, 553p. [6] DANTAS NETO, S.A. (2004). Avaliação das Propriedades dos Ligantes e das Misturas Asfálticas Modificados com Borracha de Pneus Usados. Tese de Doutorado, Publicação G.TD 024/04, Departamento de Engenharia Civil e Ambiental, Universidade de Brasília, Brasília, DF, Brasil, 265p. [7] Sousa J.B., Solamanian, M. & Weissman, L. (1994). Development and use of the Repeated Shear Test (Constant Height): an optional Superpave mix design tool. Strategic Highway Research Program, National Research Council, Washington, 78p. AGRADECIMENTOS Este trabalho fez parte de uma pesquisa de doutorado desenvolvida no programa de Pós-graduação em Geotecnia da Universidade de Brasília e com apoio do Departamento de Engenharia Civil da Universidade do Minho. Contribuíram para a realização do trabalho a CAPES (Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior) e o CNPQ (Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico), além de diversas empresas. Os autores agradecem à contribuição de todos.