EMPREGOS DE ASFALTOS DUROS EM RODOVIAS DE ALTO VOLUME DE TRÁFEGO

Leni Mathias Leite

Centro de Pesquisas e Desenvolvimento Leopoldo Miguez de Mello Petrobras

Luis Alberto Herrmann Nascimento Centro de Pesquisas e Desenvolvimento Leopoldo Miguez de Mello

Petrobras Marcos Chacur

Centro de Pesquisas e Desenvolvimento Leopoldo Miguez de Mello Petrobras

Adriana Tinoco Martins Centro de Pesquisas e Desenvolvimento Leopoldo Miguez de Mello

Petrobras Sergio Murilo Nunes Rocha

Fundação Gorceix Ulisses Figueiredo

Centro de Pesquisas e Desenvolvimento Leopoldo Miguez de Mello Petrobras

RESUMO A França tem empregado ligantes asfálticos cada vez mais duros desde década de 80 de maneira a evitar deformações permanentes em seus pavimentos. Nos anos 90, o LCPC desenvolveu as misturas asfálticas de alto módulo, para bases e revestimentos e finalmente em 2006, foram criadas as especificações européias de asfaltos duros, sendo as únicas a incluírem requisitos reológicos realizados com reômetro de cisalhamento dinâmico. Houve um grande aumento da frota de veículos brasileira nos últimos anos e nas estradas de alto volume de tráfego, a ocorrência de trilhas de roda tem aumentado consideravelmente. A seleção de esqueleto pétreo adequado para misturas asfálticas é essencial para evitar tais tipos de defeitos, mas o ligante, também, contribui um pouco para este tipo de defeito, principalmente no verão a altas temperaturas. A tecnologia francesa é promissora para minimizar as deformações permanentes e é especialmente importante em rodovias de alto volume de tráfego das concessões rodoviárias brasileiras. O estudo apresenta resultados de caracterização físico-química e reológica de diferentes tipos de ligantes duros, e resultados de ensaios mecânicos de suas misturas asfálticas, tais como Flow number, profundidade de trilha de roda determinada no simulador de tráfego LPC, vida de fadiga e ainda módulos dinâmicos determinados a 25 e 60ºC. O critério de Bailey foi empregado para seleção da granulometria dos agregados e a dosagem da mistura foi efetuada em compactador giratório, seguindo as especificações SUPERPAVE. Palavras-chave: ensaios mecânicos, asfaltos duros, reologia, trecho experimental. 1. INTRODUÇÃO

O emprego de asfaltos duros para melhoria de desempenho de pavimentos em rodovias de alto volume de tráfego iniciou na França ainda em 1966 com a substituição do ligante asfáltico de faixa de penetração 80/100 para 40/50 e 60/70 com objetivo de reduzir as deformações permanentes. Naquela época foram feitos estudos, adotando-se ligantes de diferentes faixas de penetração em função da temperatura do ar e da altitude dos locais a serem pavimentados. Nos últimos trinta anos dentro do contexto climático francês, os asfaltos duros ofereceram soluções para eliminação de trilhas de roda e construção de bases asfálticas mais rígidas. O desempenho em campo mostrou que seu emprego em misturas asfálticas com maior teor de ligante e menor teor de vazios, seguindo a metodologia francesa não acarretou problemas de trincas térmicas ou trincas por fadiga por fadiga, como era de se esperar pelo uso de ligantes mais duros.

A frota brasileira de veículos aumentou cerca de 50% nos últimos cinco anos e o aumento da frota de caminhões nas rodovias federais e estaduais vem contribuindo para a maior ocorrência de deformações permanentes e trilhas de roda. Em 2009, a FIESP e a SINICESP solicitaram a PETROBRAS a produção do CAP 30/45 e a restrição da faixa de penetração do CAP 50/70 para 60 ao invés de 70, como forma de minorar o problema das deformações que ocorrem no revestimento asfáltico a altas temperaturas no Estado de São Paulo. Muitas vezes, o problema de deformação permanente está associado à estrutura de pavimento que não se encontra apropriada a suportar as cargas advindas do alto volume de tráfego e/ou do excesso de cargas por eixo. As espessuras das camadas e os materiais que compõem as camadas de base podem não ser capazes de distribuir adequadamente as cargas, ocasionando deformações em todas as camadas. Vale lembrar que o método de dimensionamento de pavimentos empregado no Brasil é empírico e ainda considera o índice de suporte Califórnia – ISC do subleito. Os métodos de dimensionamento mecanísticos ainda são muito pouco usados e precisam ainda ser validados.

A tecnologia francesa de módulo elevado empregando ligantes com penetração menor que 25 1/10 mm, não considera apenas o revestimento asfáltico, mas também a camada de base. Assim surgiu a mistura asfáltica de módulo elevado (enrobé à module élevé – EME) e o concreto betuminoso de módulo elevado (béton bitumineux à module élevé – BBME). A primeira delas EME, aplicada como camada de ligação (binder) ou como base de acordo com a norma NF P 98-140. A segunda BBME, usada como camada de rolamento para pavimentos que exijam revestimentos com elevada resistência à formação de trilhas de roda (Corte 2001).

O balanço de utilização de misturas de módulo elevado tem se mostrado positivo na França, segundo a evolução do mercado de asfaltos duros. Indicações do Groupement Professionnel des Bitumes (GPB), revelam que dos três milhões de toneladas de betume para aplicação rodoviárias, 50% se referem ao emprego de graus iguais ou inferiores a faixa de penetração 35/50, o tipo de ligante mais empregado na França. Pode-se estimar que os ligantes duros 10/20 ou 15/25, ou ainda 20/30, representam cerca de 600 mil toneladas. A quantidade deste tipo de mistura aumenta anualmente na França, tendo em vista que as obras de manutenção e reforço crescem em relação às obras de construção de novos pavimentos, e que o empreiteiro tende a escolher as técnicas rodoviárias de melhor desempenho (Brosseaud 2006). O estudo de misturas de módulo elevado empregando asfaltos duros teve inicio no Brasil nos anos 2000, sendo objeto de diversas dissertações de mestrado e doutorado, utilizando produtos não comerciais - resíduos pesados de refinaria ou ligantes modificados. Os resultados obtidos de modo geral foram positivos, visualizados através de ensaios mecânicos em misturas betuminosas e ensaios em simuladores de tráfego (Rohde 2008, Magalhães 2004, Freitas 2008, Quintero 2011). O objetivo do presente trabalho é mostrar as propriedades reológicas dos ligantes duros modificados e não modificados e as propriedades mecânicas de suas misturas betuminosas com ênfase na resistência à deformação permanente, módulo dinâmico a 25ºC e 60 ºC e vida de fadiga. Além disso, efetua-se uma comparação com os ligantes tradicionais e suas respectivas misturas asfálticas. 2. FUNDAMENTOS TEÓRICOS A produção de asfaltos duros de penetração inferior a 25 mm/10 na França foi de 39.000 tons em 1990, 77.000 in 1995, alcançando 100.000 tons in 2000. Em termos de

processo de produção de asfaltos duros, pensou-se inicialmente em sopragem e em ligantes com alto índice de penetração o que se mostrou na prática inadequado quanto à durabilidade dos revestimentos asfálticos. A possibilidade de obter altas temperaturas de corte em torres de destilação a vácuo por uso de recheios estruturados possibilitou a eliminação de frações com ponto de destilação atmosférica equivalente até 550ºC. Contrariamente ao processo de sopragem que resulta em aumento do teor de asfaltenos de maior massa molar, a destilação direta envolve eliminação de componentes saturados e nafteno-aromáticos de baixa massa molar. Este processo é aplicável somente a petróleos pesados que contenha bastante asfaltenos. Os asfaltos duros resultantes apresentam índice de penetração adequado e são menos susceptíveis ao envelhecimento. O processo de desasfaltação a propano é também um processo bem adaptado a produção de asfaltos bem duros. Alternativas a produção de asfaltos duros são ainda a adição de asfaltita ou polímeros ao CAP 35/50. As propriedades mecânicas dos asfaltos duros são muito dependentes do processo de manufatura, pois a composição química influencia a estrutura coloidal. Existem ainda algumas questões com respeito do desempenho a baixas temperaturas, cuja solução pode ser por modificação complementar por polímero (Corte 2001). A experiência coreana levou em consideração a experiência francesa, empregando processo de destilação a vácuo e desasfaltação a propano e estudou asfaltos duros produzidos a partir de destilação a alta severidade com adição de modificador. Os resultados obtidos foram bastante positivos no tocante a grande resistência a deformação permanente e alta durabilidade em testes com simulador de tráfego (Lee 2007). A importância da composição química, processo de produção e do estado reológico gel/sol foi reforçada em estudo realizado pela Exxon na época da discussão para o estabelecimento das especificações de asfalto duro EN 13924. Os ligantes estudados eram extremamente diferentes quanto ao índice de penetração e quanto à estrutura química e apesar de se enquadrarem na proposta de especificação baseada na época apenas em penetração, ponto de amolecimento e viscosidade a 135ºC, não cumpriam com os requisitos da misturas de alto módulo. (Des Croix 2004).

Na China, o Centro de pesquisas da SINOPEC estudou ligantes duros para misturas de módulo elevado, elaborados a partir de misturas de asfaltos moles de penetração 90 0,1mm, oriundos de diferentes petróleos com modificadores duros não poliméricos obtidos por processo de desasfaltação. Os resultados mostraram que os ligantes formulados de PG 76-22 mostraram boa resistência a deformação permanente e a fadiga, e que perdem muito pouco em desempenho a fadiga quando comparados a asfalto modificado por SBS PG 70-28 (Yunquan 2010) O conceito de pavimento perpetuo está relacionado ao emprego de misturas de modulo elevado em camadas de base. Para pavimentos flexíveis tradicionais, as trincas por fadiga ocorrem na superfície inferior do revestimento (fadiga tipo “bottom-up”) como resultado de passagem de repetidas cargas. Os pavimentos perpétuos são projetados para evitar trincas deste tipo, isto porque consideram que as trincas de fadiga tipo “top-down” se propagam pouco alcançando apenas baixas profundidades. No caso, a estrutura é considerada perpetua e o revestimento exposto diretamente ao tráfego deve ser substituído regularmente, ou seja, o sistema de camadas é composto por camada flexível resistente à fadiga no fundo, uma camada de módulo elevado no meio e uma camada superficial de qualidade que possa ser substituída, mas que possa suportar as cargas advindas do alto volume de tráfego. Os benefícios das

camadas de modulo elevado são o aumento de rigidez, permitindo redução de tensões no subleito ou redução de espessura e o possível aumento de teor de ligante e redução de teor de vazios, reduz potencial de fadiga e aumenta a durabilidade resultando numa maior vida em serviço (Maupin 2006). As especificações de ligantes asfálticos duros européias EN 13924/2006 estão apresentadas no Quadro 1. Na Europa já existem vários produtos comercializados pela Shell, OMW, Exxon-Mobil, Total, Galp atendendo estas especificações. Na Espanha, CEPSA e Repsol comercializam 13/22 e a BP se arrisca em garantir redução de espessura com emprego do ligante BP Structur 10/20 e 15/25. Quadro 1 - Especificação européia EN 13924:2006

Ensaios Classe 2 Classe 3 Classe 4 Penetração (100g, 5s, 25°C), 1/10 mm 15-25 10 - 20 - Ponto de amolecimento, ºC 55 -71 58-78 60-76 Ponto de ruptura Fraass, ºC ≤ 0 ≤ 3 Ponto de Fulgor, ºC ≥ 235 ≥ 245 Viscosidade Dinâmica a 60ºC, P ≥ 5500 ≥7000 Viscosidade cinemática 135ºC, cP ≥ 600 ≥ 700 Indice de susceptibilidade térmica 0,7 a -1,5 ≤ -1,5 Solubilidade em tricloroetileno, %m/m ≥ 99,0

Após RTFOT Penetração retida, % ≥ 55 Aumento de ponto de amolecimento, ºC 2 a 8 ≤ 10 Variação em massa, %m/m ≤ 0,5

Experiências brasileiras realizadas com asfaltos duros para misturas de módulo

elevado, como tema de dissertações de pós-graduação em Universidades, empregaram diferentes ligantes asfálticos. Na COPPE/UFRJ foram elaboradas duas teses de mestrado, numa foram testados o resíduo de desasfaltação – RASF da REDUC de penetração 9 1/10 mm e PG 82-10 e asfalto modificado por EVA de penetração 25 1/10 mm e PG 76-16, sendo que a mistura betuminosa contendo resíduo de desasfaltação - RASF se comportou melhor que o ligante modificado na resistência à fadiga e se enquadrou nas especificações francesas quanto afundamento na trilha de roda do simulador de tráfego LCP (Magalhães 2004). Em outra tese da UFRJ foram testados o resíduo de vácuo - RV de alta severidade e asfalto modificado com Sasobit, sendo que os resultados foram mais favoráveis com asfalto modificado, levando em consideração os ensaios de módulo de resiliência e creep dinâmico. Na UFRGS foi elaborada uma tese de doutorado que empregou resíduo de vácuo da REFAP e vários ligantes modificados em testes de bancada. Embora o RV tenha resultado em boas propriedades, os problemas logísticos de entrega do produto levaram a realização do teste em simulador de tráfego com ligante duro modificado com asfaltita que apresentou bom desempenho quanto à resistência a deformação permanente (Rohde 2007 e 2008). Na UFSC foi testado resíduo de vácuo de alta severidade da REVAP de penetração 10 1/10 mm, onde a metodologia francesa de avaliação de mistura de módulo elevado foi empregada integralmente em relação à resistência a deformação e à fadiga obtendo–se resultados bastante bons quanto à resistência a fadiga e deformação permanente (Quintero 2011). Na USP está sendo testado em conjunto com a CCR, um ligante duro como camada de base na rodovia Nova Dutra. Este trabalho de campo faz parte dos estudos de doutorado, onde deflexões, tensões e deformações já foram

realizados camada EME em projetos de restauração (Villela 2009) 3. METODOLOGIA 3.1. Amostras estudadas 3.1.2 Ligantes Foram estudadas as seguintes amostras de ligantes asfálticos duros: os dois primeiros A e B são ligantes modificados, e os demais C, D e E são provenientes de refinarias, obtidos por processos empregados na França para produção de misturas de modulo elevado: - A – ligante modificado - B – ligante modificado - C - Resíduo de vácuo - D - Resíduo de desasfaltação - E - Resíduo de desasfaltação As amostras de ligantes tradicionais abaixo listados foram testados para possibilitar comparação de desempenho: - F - CAP 50/60 típico - G - CAP penetração 30 - H - CAP penetração 50 3.1.2 Agregados

• Agregados de Sepetiba - X Uma parte dos agregados minerais utilizados no estudo é de origem granítica, da Pedreira Sepetiba, cujas propriedades encontram-se na Tabela 1.

Tabela 1 – Propriedades dos agregados de Sepetiba – X

Propriedades Metodologia ResultadoPartículas chatas/ alongadas agreg. graúdos (1:5), % ASTM D 4791/99 1,0 Perda por abrasão Los Angeles, % ASTM C 131/03 43,3 Massa específica real dos agregados graúdos ASTM C 127/04 2,792 Massa específica aparente dos agregados graúdos ASTM C 127/04 2,666 Absorção dos agregados graúdos, % ASTM C 127/04 0,80 Massa específica real dos agregados miúdos ASTM C 128/04a 2,781 Massa específica aparente dos agregados miúdos ASTM C 128/04a 2,693 Absorção dos agregados miúdos, % ASTM C 128/04a 3,01 Equivalente de areia, % ASTM D 2419/95 84,0

Empregou-se mistura densa, de tamanho máximo nominal 19 mm, atendendo à faixa C do DNIT, empregando-se o critério de Bailey para seleção da granulometria dos agregados. Na Figura 1 tem-se a representação gráfica da granulometria dos agregados, juntamente com os limites da faixa B do DNIT e da especificação Superpave.

• Agregados mistos Rio de Janeiro - Y Outra parte dos agregados minerais utilizados no estudo é também de origem granítica.

Curva Granulométrica

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0,00 1,00 2,00 3,00 4,00 5,00Abertura das peneiras na potência 0,45, mm

% P

assa

nte

Mínimo Superpave 12,5mm Máximo Superpave 12,5mmFaixa C DNIT ProjetoDensidade máxima

Figura 1 – Granulometria dos agregados de Sepetiba - X

Empregou-se mistura densa, de tamanho máximo nominal 19 mm, atendendo à faixa C do DNIT, empregando-se o critério de Bailey para seleção da granulometria dos agregados. Na Figura 2 tem-se a representação gráfica da granulometria dos agregados, juntamente com os limites da faixa B do DNIT e da especificação Superpave.

Curva Granulométrica

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0,00 1,00 2,00 3,00 4,00 5,00Abertura das peneiras na potência 0,45, mm

% P

assa

nte

Mínimo Superpave 19mm Máximo Superpave 19mmFaixa C DNIT ProjetoDensidade máxima

Figura 2 - – Granulometria dos agregados Y

3.1.3 Misturas asfálticas Foram estudadas cinco misturas asfálticas compostas com ligantes e agregados

descritos abaixo: - AY – ligante modificado A com agregados Y - BX – ligante modificado B com agregados X - FY - CAP 50/60 típico e agregados Y - GX - CAP 30 e agregados X - HX - CAP 50 e agregados X Vale lembrar que se empregou o projeto de dosagem de misturas densas SUPERPAVE. Não foi empregada a metodologia francesa NF P 98-140, nem para misturas EME nem BBME, e não houve alterações na mistura em termos de aumento de teor de ligante e redução de vazios que poderiam contribuir para melhoria da resistência a fadiga. Utilizando-se o misturador mecânico e o compactador giratório, adotou-se o número de giros de projeto de Ndes = 100, buscando-se o teor de ligante ótimo para uma porcentagem de 4,0% de vazios, além de atender aos requisitos de vazios no agregado mineral (VAM) e relação betume vazios (RBV), exigidos para este tipo de mistura. Os parâmetros volumétricos das misturas e o Construction densification index – CDI (determinado pela área da curva de densificação do compactador Giratório SUPERPAVE - 8 giros e 92% Gmm) estão apresentados na tabela 3

Tabela 3: Parâmetros volumétricos das misturas determinados em função do Vv de 4%.

AY FY BX GX HX Vazios na dosagem 5,0 - - 4,0 4,0 Teor de ligante 6,2 6,2 5,6 5,57 5,35 VAM 17,2 - - 13,7 14,5 RBV 70,0 - - 71,0 72,5 CDI 40 - - 35 43 %Gmm a Nini 88,4 - - 88,7 87,4

3.2 Ensaios de caracterização 3.2.1 Caracterização de ligantes As amostras de ligantes duros foram analisadas quanto aos ensaios das especificações européias EN 13924:2006 e as demais amostras quanto aos ensaios das especificações brasileiras ANP. Parte das amostras foi analisada quanto aos requisitos das especificações americanas SUPERPAVE ASTM D 6373, e ainda quanto ao parâmetro de compliância não recuperável do ensaio de fluência e recuperação por tensão repetida MSCR – ASTM 7405. 3.2.2 Caracterização de misturas asfálticas deste estudo

Foram moldados diversos corpos-de-prova, com o objetivo de determinar o teor ótimo de cada mistura, bem como suas propriedades mecânicas, segundo as normas a seguir:

• Dosagem de mistura asfáltica - AASHTO M 323-04; • Ensaio uniaxial de carga repetida - Flow Number (FN) a 60ºC tensão máxima de 204

kPa (Nascimento 2008); • Ensaio de medida da profundidade de trilha de roda – NF P 98-250-2; • Módulo dinâmico a duas temperaturas 25 e 60ºC nas freqüências de 10 e 5 Hz -

AASHTO TP 62-05; • Vida de fadiga a 25ºC.

3.2.3 Caracterização de misturas asfálticas conforme metodologia francesa A tabela 4 apresenta os ensaios e os limites dos parâmetros das especificações francesas referentes às misturas asfálticas par camadas de base EME, para servir de base de comparação com os valores obtidos pelos ensaios a serem realizados no item 3.2.2 Tabela 4. Resumo dos parâmetros da mistura de módulo elevado (Quintero, 2011).

Classificação EME 1 EME 2 Relação da resistência r/R, (imersão compressão) r/R ≥ 0,70

EME 0/10 80 giros EME 0/14 100 giros

Prensa de compactação por cisalhamento giratório

EME 0/20 120 giros

%Vv ≤ 10% %Vv ≤ 6%

Percentagem de vazios das placas:

%Vvi= 7% %Vvs = 10%

%Vvi = 3% %Vvs = 6%

Número de ciclos 30000 ciclos 30000 ciclos

Resistência à deformação Permanente a 60°C

Profundidade da Deformação permanente

Afundamento máximo 7,5%

Percentagem de vazios das placas %Vvi= 7% %Vvs = 10%

%Vvi= 3% %Vvs = 6%

Módulo (MPa) 15°C, 10 Hz ou 0,02 s |E*| ≥ 14000 |E*| ≥ 14000 Fadiga (�def) 2 pontos, 10°C, 25 Hz ε6 ≥ 100 ε6 ≥130 r e R; Tensão de ruptura a compressão simples, dos corpos de prova condicionados na água e a seco; Vv; Volume de vazios; Vvi; volume de vazios mínimo; Vvs;volume de vazios máximo; ε6; deformação para um milhão de ciclos. 4. APRESENTAÇÃO DE RESULTADOS

Os resultados de análise das amostras de asfaltos duros em comparação com os requisitos exigidos pelas especificações européias estão apresentados na Tabela 5. Tabela 5 – Caracterização de amostras de ligantes duros Ensaios Classe 2 Classe 3 A B C D E Penetração (100g, 5s, 25°C), 1/10 mm

15-25 10 - 20 19 24 21 15 10

Ponto amolecimento,ºC 55 -71 58-78 70,8 77,0 57,1 63,3 71,3 Ponto ruptura Fraass,ºC ≤ 0 ≤ 3 < 0 < 0 < 0 < 0 < 0 Ponto de Fulgor, ºC ≥ 235 ≥ 245 > 250 > 250 > 250 > 250 > 250 Viscosidade Dinâmica a 60ºC, P

≥ 5500 ≥7000 >10000 >10000 > 6000 18350 102490

Viscosidade cinemática 135ºC, cP

≥ 600 ≥ 700 3240 3350 675,8 1380 2430

IST 0,7 a -1,5

≤ -1,5 0,8 2,2 -1,3 -0,8 -0,2

Solubilidade em tricloroetileno, %m/m

≥ 99,0 - > 99,5 > 99,5 > 99,5 > 99,5 > 99,5

Penetração retida, % ≥ 55 - 63 > 60 > 60 81 75 Aumento de ponto de amolecimento, ºC

2 a 8 ≤ 10 - - < 6 5,9 4,4

Variação massa, %m/m ≤ 0,5 - -0,3 -0,13 -0,1 -0,06 -0,13 CLASSE 2 3 2 2 2 2 3

Os resultados de caracterização das amostras de ligantes convencionais quanto aos requisitos das especificações brasileiras ANP e americanas SUPERPAVE estão apresentadas na Tabela 7. Tabela 7 – Caracterização das amostras de ligantes convencionais

RESULTADOS CARACTERÍSTICAS MÉTODO Unidade

G H F

Penetração, PEN, 100g, 5s, 25ºC NBR 6576/1998 ASTM D 5/97 0,1mm 30 52 52

Ponto de amolecimento, PA, Anel e bola

NBR 6560/2000 ASTM D 36/95 ºC 56,5 51 50

Índice de suscetibilidade térmica - IST PA (50logPEN) - 120

1951 -PA 20500logPEN IST +

+= -1,1 -1,0 -1,1

Viscosidade Brookfield a 135ºC cP 647,5 403 365 Viscosidade Brookfield a 150ºC cP 290 198 181 Viscosidade Brookfield a 177ºC

NBR 15184/2004 ASTM D 4402/2002

cP 104 71 74

G*/senδ (≥ 1,0kPa) kPa 1,96 1,86 1,25 Cisalhamento dinâmico - DSR - amostra virgem Temperatura

ASTM D 7175/2004ºC 70 64 64

Efeito do calor e ar a 163ºC - Rolling Thin-Film Oven Test - RTFOT - ASTM D 2872/1997

• Perda em massa %m/m + 0,049 - 0,273 -0,18 • Aumento de ponto de

amolecimento NBR 6560/2000 ºC 7,5 6,6 6,8

• Penetração retida (*) NBR 6576/1998 % 80,8 55,8 59,6

G*/senδ (≥ 2,2kPa) kPa 3,16 4,6 3,4 Cisalhamento dinâmico - DSR - após RTFOT Temperatura

ASTM D 7175/2004ºC 70 64 64

Envelhecimento acelerado de ligantes asfálticos - Pressurized Aging Vessel - PAV - ASTM D 6521/2000

G*senδ (≤ 5000kPa) kPa 3280 4750 4700 Cisalhamento dinâmico - DSR - após PAV Temperatura

ASTM D 7175/2004ºC 34 25 28

m (> 0,300) - 0,401 0,377 0,360 MPa 150 127 141

Rigidez àfluência naflexão - BBR S (< 300MPa)

ASTM D 6648/2001ºC 0 -6 -6

PG (Performance Grade) ASTM D 6373/2002 PG 70-10 64-16 64-16

A caracterização de amostras de ligantes duros quanto às especificações americanas SUPERPAVE estão apresentadas na Tabela 8. Os resultados de ensaios mecânicos relacionados à resistência a deformação permanente estão apresentados na tabela 9. Foi efetuada uma correlação nº de ciclos do flow number e o percentual de deformação permanente após 30000 ciclos no simulador LPC, obtendo–se fator de correlação R2 de 0,96, que está apresentada na Figura 2.

Tabela 8 – Caracterização SUPERPAVE de amostras de ligantes duros RESULTADOS

CARACTERÍSTICAS MÉTODO UnidadeA B C

G*/senδ (≥ 1,0kPa) kPa 2,2 1,5 2,1 Cisalhamento dinâmico - DSR - amostra virgem

Temperatura ASTM D 7175/2004

ºC 88 82 70

Efeito do calor e ar a 163ºC - Rolling Thin-Film Oven Test - RTFOT - ASTM D 2872/1997

G*/senδ (≥ 2,2kPa) kPa 5,9 2,7 3,6 Cisalhamento dinâmico - DSR - após RTFOT

Temperatura ASTM D 7175/2004

ºC 88 82 70

MSCR a 70ºC a 3200 Pa

Jnr

2 máx Tráfego pesado

1 máx Trafego muito pesado

0,5 máx Tráfego extra pesado

(KPa-1) 0,154 0,9 2,0

Diff Jnr, 75 máx

ASTM 7405/2009

(%) 20 70 7

MSCR a 70ºC a 3200 Pa

Jnr

2 máx Tráfego pesado

1 máx Trafego muito pesado

1,2

Diff Jnr, 75 máx 8,5

Envelhecimento acelerado de ligantes asfálticos - Pressurized Aging Vessel - PAV - ASTM D 6521/2000

G*senδ (≤ 5000kPa) kPa 5320 4400 4440 Cisalhamento dinâmico - DSR - após PAV

Temperatura ASTM D 7175/2004

ºC 31 28 34

m (> 0,300) - 0,328 0,347 0,302

S (< 300MPa) MPa 110 166 299

Rigidez àfluência na flexão- BBR Temperatura

ASTM D 6648/2001

ºC 0 -6 -6

PG (Performance Grade) ASTM D 6373/2002 PG 88-10 82-16 70-16

Tabela 9 – Resultados de nº de ciclos FN e percentual de deformação permanente –LPC de misturas de ligantes duros com ligantes convencionais

A Figura 3 apresenta a curva mestre de misturas de ligantes duros versus ligantes convencionais na temperatura de referência de 35ºC. A figura 4 apresenta a vida de fadiga de misturas de modulo elevado versus a vida de misturas convencionais.

R2 = 0,9602

0

2

4

6

8

10

12

0 100 200 300 400 500 600 700

Flow Number, ciclos

Def P

erm

LC

PC,

%

Figura 2 - Correlação entre nº de ciclos do flow number e percentual de deformação pérmenente após 30000 ciclos no simulador LPC

MISTURA BETUMINOSA Flow Number médio, ciclos

Deformação Permanente – LCPC 30.000 ciclos, %

AY 665 3,2 FY 78 10,4 BX 817 - GX 376 5,9 HX 99 8,0

T ref = 35°C

1

10

100

1000

10000

100000

1,0E-05 1,0E-04 1,0E-03 1,0E-02 1,0E-01 1,0E+00 1,0E+01 1,0E+02 1,0E+03

Frequência, Hz

E*, M

pa

FY AY

BX GX

HX Série6

Figura 3 – Curva mestre das misturas betuminosas de ligantes duros comparadas aos ligantes convencionais

Vida de Fadiga - Deformação controlada

100

1000

10000

100000

1000000

100 1000Deformação (ms)

N (N

úmer

o de

cic

los)

GX HX BX AY

Figura 4 – Número de ciclos de repetições de carga versus deformação – vida de fadiga de misturas com ligantes duros versus ligantes tradicionais

5. DISCUSSÃO DE RESULTADOS As amostras de asfalto modificado duro se enquadraram nas especificações européias classe 2, excedendo o limite de índice de susceptibilidade térmica requerido. Deve-se ressaltar que o cálculo do IST, proposto nestas especificações não se aplicam a asfaltos modificados isto porque, nestes produtos não ocorre a equivalência da temperatura de penetração 800 0,1mm com a temperatura de ponto de amolecimento assumida na equação. As amostras de ligantes não modificados procedentes de refinarias de petróleo se enquadraram nos limites das especificações nas classes 2 e 3. As amostras de ligantes convencionais 30/45 no limite inferior 30 0,1 mm e 50/70 no limite inferior 50 0,1mm, cujos desempenhos foram comparados a dos ligantes modificados duros em termos de ensaios mecânicos de misturas asfálticas, se apresentaram com IST da ordem de –1,1 e grau de desempenho SUPERPAVE respectivamente de 70-10 e 64-16. As amostras de ligantes duros modificados apresentaram grau de desempenho SUPERPAVE de 88-10 e 82-16, enquanto que o ligante duro não modificado se classificou como PG 70-16. Os resultados dos ensaios de fluência e relaxação por tensão múltipla revelou que as amostras de asfaltos modificados duros suportam a temperatura de pavimento de 70ºC, tráfego muito pesado e extra pesado, enquanto que a amostra de ligante duro não modificado a esta mesma temperatura suporta tráfego pesado e a 64ºC se situa perto do limite de suportar tráfego muito pesado. Os resultados de resistência à deformação permanente de misturas asfálticas preparadas com amostras de ligantes duros modificados foram muito bons apresentando nº de ciclos no ensaio flow number acima de 600, e profundidades de trilha de roda menores que 3,2%, enquanto a mistura asfáltica com o ligante convencional no limite inferior das especificações ANP, ou seja, penetração 30 0,1 mm apresentou nº de ciclos de 376 e profundidade de trilha de 5,9%. Vale ressaltar que o valor limite das especificações européias é de 7,5%. Foi efetuada uma correlação dos ensaios de Flow number e determinação de profundidade de trilha de roda com simulador LPC que é parte integrante das especificações européias de misturas de módulo elevado, obtendo-se índice de correlação r2 de 0,96, mostrando que este ensaio desenvolvido no EUA é bastante efetivo para determinação da resistência à deformação permanente. A curva mestra das misturas asfálticas foi elaborada a partir de dados de módulo dinâmico realizados a duas temperaturas e duas freqüências, seguida de processo de superposição tempo temperatura. Esta curva mostra que os ligantes duros modificados apresentam módulo elevado bastante superior a dos ligantes tradicionais a qualquer freqüência. No tocante a resistência a fadiga, empregou-se modelos americanos empregando corpos de prova cilíndricos a deformação constante, diferente do método europeu proposto pelas especificações de misturas de módulo elevado. A comparação com resultados de misturas contendo ligantes convencionais revela que as misturas com ligantes duros modificados apresentam vida de fadiga bem superior a prevista pelas misturas empregando CAP 50/60 ( para deformação de 400 ms, o nº de ciclos é cerca de 4 vezes maior).

6. CONCLUSÕES Foi possível verificar que os ligantes estudados, tanto os modificados como não modificados se enquadraram nas classes 2 e 3 das especificações européias de ligantes duros. As misturas de módulo elevado resultantes do emprego de ligantes duros modificados, dosados pelo projeto de misturas SUPERPAVE, apresentaram-se bastante resistentes a deformações permanentes e a fadiga, e com valores de módulo dinâmicos altos, superiores ao de misturas com ligantes convencionais de penetração 30. Os testes de campo que estão sendo realizados com estes ligantes duros irão complementar os resultados de laboratório aqui apresentados, em futuro próximo. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS Brosseaud,Y., 2006, “Les Enrobés à Module Eleve: Bilan de L’ expérience de Française et Transfert de

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