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FACULDADE DE CÊNCIAS E TECNOLOGIA

UNIVERSIDADE NOVA DE LISBOA

TEMPERATURAS DE FABRICO E COMPACTAÇÃO DE MISTURAS

BETUMINOSAS COM BETUMES MODIFICADOS

André Filipe Rodrigues Santos

Dissertação para obtenção do grau de Mestre em

ENGENHARIA CIVIL

Orientador: Rui Alexandre Lopes Baltazar Micaelo, Professor Auxiliar FCT/UNL

Júri

Presidente: Professor Doutor João Rocha de Almeida Arguente: Professor Doutor José Manuel Coelho das Neves

Vogal: Professor Doutor Rui Alexandre Lopes Baltazar Micaelo

Abril de 2011

TEMPERATURAS DE FABRICO E COMPACTAÇÃO DE MISTURAS BETUMINOSAS

COM BETUMES MODIFICADOS


Dissertação para obtenção do grau de Mestre em

ENGENHARIA CIVIL

Orientador: Professor Doutor Rui Alexandre Lopes Baltazar Micaelo

Júri

Presidente: Professor Doutor João Rocha de Almeida Arguente: Professor Doutor José Manuel Coelho das Neves

Vogal: Professor Doutor Rui Alexandre Lopes Baltazar Micaelo

Abril de 2011

iii

A Faculdade de Ciências e Tecnologia e a Universidade Nova de Lisboa têm o direito, perpétuo e

sem limites geográficos, de arquivar e publicar esta dissertação através de exemplares impressos

reproduzidos em papel ou de forma digital, ou por qualquer outro meio conhecido ou que venha a ser

inventado, e de a divulgar através de repositórios científicos e de admitir a sua cópia e distribuição

com objectivos educacionais ou de investigação, não comerciais, desde que seja dado crédito ao autor

e editor.

v

Aos meus pais e irmão.

vii

Agradecimentos

Quero agradecer a todos aqueles que directa ou indirectamente, contribuíram para a realização

desta dissertação. Todavia não posso deixar de mencionar algumas pessoas e instituições.

À Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade Nova de Lisboa pelo contributo à minha

formação e acolhimento durante estes anos.

Ao Professor Doutor Rui Micaelo, orientador científico, pelo apoio, disponibilidade, boa

disposição e todos os conhecimentos que me transmitiu ao longo da elaboração deste trabalho.

À empresa Probigalp – Ligantes Betuminosos S.A., que através do Laboratório NIDIN,

disponibilizou os materiais e as instalações laboratoriais, sem as quais não teria sido possível realizar

este trabalho.

À Engenheira Cátia Duarte, orientadora da componente laboratorial da dissertação, pela

oportunidade que me deu de realizar este trabalho, apoio e ter colocado ao meu dispor todas as

condições, informações e materiais necessários para o levar a bom porto.

Ao Sr. Augusto Almeida, chefe de Laboratório, pelo tempo que dispôs e as facilidades concedidas

no acesso ao laboratório.

À Ana Margarida Granada pela dedicação e disponibilidade que sempre demonstrou para realizar

os ensaios de penetração, esclarecer dúvidas sobre os métodos de ensaios e funcionamento dos

diversos equipamentos.

A todos os meus amigos, em especial aos membros da Opus Scout, pelos momentos de

descontracção e divertimento proporcionados, que tornaram mais fáceis os momentos difíceis, pelo

interesse e incentivo demonstrado no meu estudo.

A toda a minha família, em especial aos meus pais, irmão e avós, quero deixar uma palavra

solene de agradecimento, por todo apoio, dedicação, incentivo, conselhos, amizade e amor que fui

recebendo desde sempre e que me permitiram chegar até aqui.

Por último, mas não menos importante, quero fazer um agradecimento especial à Marta, pela

paciência, compreensão, amizade e amor que me tem dedicado. Pela disponibilidade que sempre

viii

demonstrou em reler este trabalho ajudando a detectar e corrigir erros e no melhoramento da qualidade

da expressão escrita.

A todos um Muito Obrigado.


ix

Resumo

Os betumes modificados, contrariamente aos puros, são conhecidos por terem um comportamento

reológico não-Newtoniano do tipo “shear-thinning”. Para estes a viscosidade depende da temperatura,

da taxa de corte, do agente modificador e da sua percentagem. Devido à alteração do comportamento

reológico, a determinação das temperaturas de fabrico e compactação dos betumes modificados exige

metodologias diferentes das utilizadas para betumes puros. Destas metodologias resultam temperaturas

muito elevadas, quando aplicadas a betumes modificados, levando à sua degradação.

Neste trabalho comparam-se as temperaturas de fabrico e compactação de betumes puros e

modificados, em laboratório, de produtores e origens diferentes, com as recomendadas pelos

produtores. Na determinação das temperaturas de fabrico e compactação para os betumes puros

utiliza-se o método Superpave. No caso dos betumes modificados, para além do método Superpave,

usam-se outros métodos propostos em diferentes trabalhos científicos. Estes métodos têm em

consideração a variável taxa de corte na avaliação do comportamento reológico dos betumes

modificados.

De acordo com os resultados obtidos concluiu-se que, para os betumes puros, recomenda-se a

determinação das temperaturas de fabrico e compactação definidas pelo método Superpave, por

estarem, na sua maioria em consonância com as aconselhadas pelos produtores e pelas normas

europeias. Já para os betumes modificados, desaconselha-se a utilização dos métodos Superpave e da

viscosidade a uma taxa de corte elevada, por apresentarem temperaturas superiores a 180ºC que levam

à degradação do betume. Em relação aos restantes métodos para betumes modificados, evolução do

método da viscosidade a uma taxa de corte elevada, viscosidade à taxa de corte zero (baixa) e sua

simplificação, sugerem temperaturas que necessitam de ser testadas no fabrico e compactação de

misturas betuminosas.

x

Palavras-chave

Betume modificado

Viscosidade

Taxa de corte

Temperaturas de fabrico e compactação

xi

Abstract

Modified bitumen are known to have a non-Newtonian rheological behaviour, “shear-thinning”

type, where viscosity depends on the shear rate. The shear rate influence varies with the temperature

and the modifying agent, type and content.

Actually the same methodologies are applied to the determination of mixing and compaction

temperatures of asphalt mixtures with non-modified and modified bitumen. These methodologies,

when applied to modified bitumen, determine very high temperatures which may cause bitumen

degradation.

This study compares mixing and compaction temperatures, of neat and modified bitumen,

recommended by suppliers with the ones determined at laboratory.

Different producers neat bitumen were lab modified. The Superpave method was used to

determine mixing and compaction temperatures for neat bitumen. In the case of modified bitumen, as

well as the Superpave method other methods were used as proposed in different scientific papers.

These methods take into account the shear rate variable on the evaluation of the rheological behaviour

of modified bitumen.

Regarding neat bitumens, the mixing and compaction temperatures determined with the

Superpave method are in agreement with the ones recommended by suppliers and European Standards.

On the other hand, for modified bitumens the Superpave and viscosity methods at high shear rate

determine very high temperatures, above 180ºC, which may cause degradation. The remaining

methods, viscosity evolution at high shear rates, viscosity at zero shear rates (low) and its

simplification, suggest more reasonable temperatures, which need to be evaluated on production of

different asphalt mixtures.

xii

Key-words

Modified bitumen

Viscosity

Shear rate

Mixing and compaction temperatures

xiii

Índice

1 INTRODUÇÃO 1

1.1 Enquadramento 1

1.2 Objectivos 3

1.3 Organização do trabalho 4

2 REOLOGIA 5

2.1 Introdução 5

2.2 Viscosidade 6

2.3 Comportamentos reológicos 7

2.4 Comportamento reológico dos betumes 13

2.5 Modelos reológicos 14

2.5.1 Modelos reológicos de materiais viscosos independentes do tempo 14

2.5.2 Modelos reológicos de materiais não-Newtonianos viscoelásticos lineares 16

2.6 Equipamentos de medição das propriedades reológicas do betume 17

3 TEMPERATURAS DE FABRICO E COMPACTAÇÃO: ESTADO DA ARTE 23

3.1 Introdução 23

3.2 Metodologias de determinação das temperaturas de fabrico e de compactação 25

3.2.1 Método Superpave 26

3.2.2 Método da Shell 28

3.2.3 Viscosidade a uma taxa de corte elevada 29

3.2.4 Viscosidade à taxa de corte zero (baixa) 30

3.2.5 Fluxo de corte constante 32

3.3 Resumo 33

ÍNDICE

xiv

4 METODOLOGIA EXPERIMENTAL 35

4.1 Introdução 35

4.2 Betumes puros e modificados 35

4.2.1 Processo de modificação do betume puro 37

4.3 Ensaios de especificação de betumes puros e modificados 39

4.3.1 Preparação de amostras para ensaio – EN 12594 39

4.3.2 Determinação da penetração – EN 1426 39

4.3.3 Determinação da temperatura de amolecimento. Método anel e bola – EN 1427 40

4.3.4 Determinação da resistência ao endurecimento sob influência do calor e ar. Método RTFOT –

EN 12607-1 41

4.3.5 Determinação da viscosidade do betume usando o viscosímetro rotativo – EN 13302 42

4.3.6 Determinação da recuperação elástica – EN 13398 43

4.3.7 Determinação da estabilidade ao armazenamento – EN 13399 44

4.3.8 Visualização da dispersão do polímero no microscópio 44

5 ESTUDO DAS TEMPERATURAS DE FABRICO E COMPACTAÇÃO 47

5.1 Introdução 47

5.2 Resultados dos ensaios da caracterização dos betumes 47

5.2.1 Betumes puros 47

5.2.1.1 Discussão dos resultados 49

5.2.2 Betumes modificados 50

5.2.2.1 CH 50/70 P2 51

5.2.2.2 CH 50/70 P3 52

5.2.2.3 CH 50/70 P4 54

5.2.2.4 GS 50/70 P2 55

5.2.2.5 GS 50/70 P3 57

5.2.2.6 GS 50/70 P4 58

5.2.2.7 GP 50/70 P2 60

5.2.2.8 GP 50/70 P3 61

5.2.2.9 GP 50/70 P4 63

5.2.2.10 GS 35/50 P2 64

5.2.2.11 GS 35/50 P3 66

5.2.2.12 GS 35/50 P4 67

5.2.2.13 GP 35/50 P2 69

5.2.2.14 GP 35/50 P3 70

ÍNDICE

xv

5.2.2.15 GP 35/50 P4 72


5.3 Determinação das temperaturas de fabrico e compactação 77

5.3.1 Betumes puros 78


5.3.2 Betumes modificados 80


6 CONSIDERAÇÕES FINAIS 93

6.1 Conclusões 93

6.2 Desenvolvimentos futuros 95

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 97

ANEXO A CARACTERIZAÇÃO DA VISCOSIDADE DINÂMICA DOS BETUMES PUROS 101

ANEXO B CARACTERIZAÇÃO DA VISCOSIDADE DINÂMICA DOS BETUMES

MODIFICADOS 105

ANEXO C RELAÇÃO ENTRE AS CONSTANTES DO MODELO DA LEI DE POTÊNCIA E A

PERCENTAGEM DE POLÍMERO 113

ANEXO D TEMPERATURAS DE FABRICO E COMPACTAÇÃO DOS BETUMES PUROS 117

ANEXO E TEMPERATURAS DE FABRICO E COMPACTAÇÃO DOS BETUMES

MODIFICADOS 121

ANEXO F TEMPERATURAS DE FABRICO E COMPACTAÇÃO ACONSELHADAS PELOS

PRODUTORES 175

xvii

Lista de figuras

Figura 1.1 – Desempenho dos pavimentos concebidos com betumes puros e modificados (modificado de [5]). 2

Figura 2.1 – Hierarquia da Mecânica Clássica. 6

Figura 2.2 – Modelo definido por Newton para a lei da viscosidade [7]. 7

Figura 2.3 – Comportamento reológico generalizado dos materiais Newtonianos (modificado de [6]). 8

Figura 2.4 – Comportamento reológico generalizado dos materiais “shear-thinning” ou pseudoplástico

(modificado de [6]). 9

Figura 2.5 – Comportamento reológico generalizado dos materiais “shear-thickening” ou dilatante (modificado

de [6]). 9

Figura 2.6 – Comportamento reológico generalizado dos materiais do tipo plástico de Bingham (modificado de

[6]). 10

Figura 2.7 – Comportamento dos materiais não-Newtonianos independentes do tempo, em termos da relação

entre a taxa de corte e a tensão de corte (modificado de [8]). 10

Figura 2.8 – Comportamento dos materiais não-Newtonianos dependentes do tempo, em termos da relação entre

a viscosidade e o tempo. (a) Comportamento Tixotrópico; (b) Comportamento anti-Tixotrópico


Figura 2.9 – Esquema resumo dos vários comportamentos reológicos. 12

Figura 2.10 – Variação da viscosidade com a temperatura. (a) betumes puros; (b) betumes modificados


Figura 2.11 – Definição dos vários modelos e dos intervalos de taxa de corte que cobrem (modificado de [9]). 15

Figura 2.12 – Modelos mecânicos unidimensionais simples. (a) Modelo de Maxwell; (b) Modelo de Kelvin; (c)

Modelo de Burgers [9]. 17

Figura 2.13 – Equipamentos de medição das propriedades reológicas do betume, às diferentes temperaturas de

serviço e construção (modificado de [4]). 18

Figura 2.14 – Esquema do ensaio com o DSR (modificado de [3]). 19

Figura 2.15 – Relação entre *G , 'G , ''G e δ (modificado de [3]). 19

LISTA DE FIGURAS

xviii

Figura 2.16 – Equipamentos utilizados na determinação da viscosidade dinâmica. Viscosímetro de Brookfield (à

esquerda), câmara de amostra (ao meio), veio e spindles utilizados (à direita) (Laboratório

NIDIN). 20

Figura 3.1 – Classificação das misturas betuminosas por intervalos de temperaturas (modificado de [15]). 24

Figura 3.2 – Gráfico viscosidade dinâmica – temperatura (modificado de [12]). 27

Figura 3.3 – Diagrama BTDC: viscosidades de fabrico e compactação de misturas betuminosas com betumes

puros [2]. 28

Figura 4.1 – Polímero SBS (à esquerda) e o aditivo NF 100 (à direita) (Laboratório NIDIN). 37

Figura 4.2 – Produção dos betumes modificados em laboratório (Laboratório do NIDIN). 39

Figura 4.3 – Penetrómetro semi-automático e cápsula de penetração (Laboratório do NIDIN). 40

Figura 4.4 – Ensaios de determinação da temperatura de amolecimento (Laboratório do NIDIN). 41

Figura 4.5 – Equipamento utilizado na determinação da resistência ao envelhecimento, método RTFOT. Forno (à

esquerda) e copos do RTFOT no exsicador (à direita) (Laboratório do NIDIN). 42

Figura 4.6 – Determinação da recuperação elástica. Molde da recuperação elástica (à esquerda), ductilímetro e

moldes em ensaio (à direita) (Laboratório do NIDIN). 43

Figura 4.7 – Tubo do ensaio de estabilidade ao armazenamento (Laboratório do NIDIN). 44

Figura 5.1 – Viscosidade dinâmica do betume CH 50/70, a diferentes temperaturas e taxas de corte. 50

Figura 5.2 – Variação da penetração e da temperatura de amolecimento durante o processo de produção do

betume CH 50/70 P2. 51

Figura 5.3 – Dispersão do polímero SBS no betume CH 50/70 P2, após 150 minutos de agitação. 51








betume GS 50/70 P2. 56

Figura 5.9 – Dispersão do polímero SBS no betume GS 50/70 P2, após 150 minutos de agitação. 56








betume GP 50/70 P2. 60

Figura 5.15 – Dispersão do polímero SBS no betume GP 50/70 P2, após 150 minutos de agitação. 60

LISTA DE FIGURAS

xix

























Figura 5.32 – Viscosidade dinâmica do betume CH 50/70 P2, a diferentes temperaturas e taxas de corte. 76

Figura 5.33 – Relação entre a constante k e a percentagem de polímero, nos betumes modificados com o betume

puro CH 50/70. 77

Figura 5.34 – Relação entre a constante n e a percentagem de polímero, nos betumes modificados com o betume

puro CH 50/70. 77

Figura 5.35 – Cálculo das temperaturas de fabrico e compactação do betume CH 50/70. 78

Figura 5.36 – Temperaturas de fabrico e compactação dos betumes puros, de acordo com o método Superpave e

os respectivos intervalos recomendados, a sombreado. 79

Figura 5.37 – Temperaturas de fabrico e compactação dos betumes modificados, de acordo com o método

Superpave e respectivos intervalos recomendados, a sombreado. 83

Figura 5.38 – Temperaturas de fabrico e compactação dos betumes modificados, de acordo com o método da

viscosidade a uma taxa de corte elevada e respectivos intervalos recomendados, a sombreado. 84

LISTA DE FIGURAS

xx

Figura 5.39 – Temperaturas de fabrico e compactação dos betumes modificados, de acordo com a evolução do

método da viscosidade a uma taxa de corte elevada e respectivos intervalos recomendados, a

sombreado. 85


viscosidade à taxa de corte zero e respectivos intervalos recomendados, a sombreado. 86


viscosidade a uma taxa de corte baixa e respectivos intervalos recomendados, a sombreado. 87

Figura 5.42 – Temperaturas de fabrico e compactação dos betumes modificados, de acordo com o método

simplificado da viscosidade à taxa de corte zero e respectivos intervalos recomendados, a

sombreado. 88

Figura 5.43 – Temperaturas de fabrico resultantes da aplicação dos diferentes métodos, para os betumes

modificados agrupados de acordo com a gama de penetração do betume puro que originou o

betume modificado. 89

Figura 5.44 – Temperaturas de compactação resultantes da aplicação dos diferentes métodos, para os betumes

modificados agrupados de acordo com a gama de penetração do betume puro que originou o

betume modificado. 89

Figura 5.45 – Temperaturas de fabrico resultantes da aplicação dos diferentes métodos, para os betumes

modificados agrupados de acordo com a gama de penetração 25/55 e 45/80. 90

Figura 5.46 – Temperaturas de compactação resultantes da aplicação dos diferentes métodos, para os betumes

modificados agrupados de acordo com a gama de penetração 25/55 e 45/80. 90

Figura A.1 – Viscosidade dinâmica do betume CH 50/70, a diferentes temperaturas e taxas de corte. 101

Figura A.2 – Viscosidade dinâmica do betume GS 50/70, a diferentes temperaturas e taxas de corte. 102

Figura A.3 – Viscosidade dinâmica do betume GP 50/70, a diferentes temperaturas e taxas de corte. 102

Figura A.4 – Viscosidade dinâmica do betume GS 35/50, a diferentes temperaturas e taxas de corte. 103

Figura A.5 – Viscosidade dinâmica do betume GP 35/50, a diferentes temperaturas e taxas de corte. 103

Figura B.1 – Viscosidade dinâmica do betume CH 50/70 P2, a diferentes temperaturas e taxas de corte. 105



Figura B.4 – Viscosidade dinâmica do betume GS 50/70 P2, a diferentes temperaturas e taxas de corte. 107



Figura B.7 – Viscosidade dinâmica do betume GP 50/70 P2, a diferentes temperaturas e taxas de corte. 108






LISTA DE FIGURAS

xxi




Figura C.1 – Relação entre a constante k e a percentagem de polímero, nos betumes modificados com o betume

puro CH 50/70. 113

Figura C.2 – Relação entre a constante n e a percentagem de polímero, nos betumes modificados com o betume

puro CH 50/70. 113


puro GS 50/70. 114


puro GS 50/70. 114


puro GP 50/70. 114


puro GP 50/70. 115


puro GS 35/50. 115


puro GS 35/50. 115


puro GP 35/50. 116


puro GP 35/50. 116

Figura D.1 – Cálculo das temperaturas de fabrico e compactação do betume CH 50/70. 117

Figura D.2 – Cálculo das temperaturas de fabrico e compactação do betume GS 50/70. 118

Figura D.3 – Cálculo das temperaturas de fabrico e compactação do betume GP 50/70. 118

Figura D.4 – Cálculo das temperaturas de fabrico e compactação do betume GS 35/50. 119

Figura D.5 – Cálculo das temperaturas de fabrico e compactação do betume GP 35/50. 119

Figura E.1 – Cálculo das temperaturas de fabrico e compactação do betume CH 50/70 P2, através do método

Superpave. 121

Figura E.2 – Cálculo das temperaturas de fabrico e compactação do betume CH 50/70 P2, através do método da

viscosidade a uma taxa de corte elevada. 122


viscosidade a uma taxa de corte elevada (evolução). 122


viscosidade à taxa de corte zero. 123


viscosidade a uma taxa de corte baixa. 123

LISTA DE FIGURAS

xxii


viscosidade à taxa de corte zero (simplificação). 124


viscosidade à taxa de corte zero (simplificação), com alteração do intervalo de compactação. 124


Superpave. 125














Superpave. 128













Figura E.22 – Cálculo das temperaturas de fabrico e compactação do betume GS 50/70 P2, através do método

Superpave. 132

Figura E.23 – Cálculo das temperaturas de fabrico e compactação do betume GS 50/70 P2, através do método da




LISTA DE FIGURAS

xxiii










Superpave. 135














Superpave. 139













Figura E.43 – Cálculo das temperaturas de fabrico e compactação do betume GP 50/70 P2, através do método

Superpave. 142

LISTA DE FIGURAS

xxiv

Figura E.44 – Cálculo das temperaturas de fabrico e compactação do betume GP 50/70 P2, através do método da













Superpave. 146














Superpave. 149











LISTA DE FIGURAS

xxv




Superpave. 153














Superpave. 156














Superpave. 160







LISTA DE FIGURAS

xxvi








Superpave. 163














Superpave. 167














Superpave. 170


da viscosidade a uma taxa de corte elevada. 171

LISTA DE FIGURAS

xxvii


da viscosidade a uma taxa de corte elevada (evolução). 171


da viscosidade à taxa de corte zero. 172


da viscosidade a uma taxa de corte baixa. 172


da viscosidade à taxa de corte zero (simplificação). 173


da viscosidade à taxa de corte zero (simplificação), com alteração do intervalo de compactação.

173

Figura F.1 – Temperaturas de fabrico e compactação, recomendadas pelo produtor Cepsa, para o betume

STYRELF BM-2 de gama de penetração 35/50. 175


STYRELF BM-3b de gama de penetração 55/70. 176


STYRELF BM-3c de gama de penetração 55/70. 177

Figura F.4 – Temperaturas de fabrico e compactação, recomendadas pelo produtor Galp, para os betumes

modificados de gama de penetração 35/50 e 50/70. 178

xxix

Lista de quadros

Quadro 2.1 – Formulação teórica inerente ao cálculo da viscosidade com o viscosímetro de Brookfield DV-II +

Pro [10]. 20

Quadro 2.2 – Valor das constantes para os spindles e viscosímetro utilizados no estudo [14]. 21

Quadro 2.3 – Características geométricas dos spindles utilizados no estudo [10]. 21

Quadro 2.4 – Características geométricas das câmaras de amostra utilizadas no Thermosel [10]. 21

Quadro 3.1 – Métodos de determinação das temperaturas de fabrico e compactação de misturas betuminosas com

betumes puros. 33


betumes modificados. 33


betumes modificados (continuação). 34

Quadro 4.1 – Resumo dos betumes puros utilizados no estudo, assinalados com (), de acordo com o produtor,

refinaria e gama de penetração. 36

Quadro 4.2 – Ensaios realizados ao betume puros, assinalados com (). 36

Quadro 4.3 – Resumo dos betumes modificados utilizados neste estudo, assinalados com (), de acordo com as

diferentes percentagens de polímeros SBS relativamente à massa de betume modificado a preparar.

36

Quadro 4.4 – Tipo e quantidades dos reagentes envolvidos na modificação dos betumes. 37

Quadro 4.5 – Ensaios realizados ao betume modificado, assinalados com (), aos diversos tempos de agitação.

38

Quadro 5.1 – Resultados da caracterização dos betumes puros. 48

Quadro 5.2 – Viscosidade dinâmica dos betumes puros. 48

Quadro 5.3 – Exigências de conformidade relativas aos tipos de betumes puros utilizados [32]. 49

Quadro 5.4 – Resultados da caracterização do betume CH 50/70 P2. 51

Quadro 5.5 – Viscosidade dinâmica do betume CH 50/70 P2. 52

Quadro 5.6 – Modelação da viscosidade dinâmica do betume CH 50/70 P2. Modelos da Potência e Cross. 52

LISTA DE QUADROS

xxx







Quadro 5.13 – Resultados da caracterização do betume GS 50/70 P2. 55

Quadro 5.14 – Viscosidade dinâmica do betume GS 50/70 P2. 56

Quadro 5.15 – Modelação da viscosidade dinâmica do betume GS 50/70 P2. Modelos da Potência e Cross. 56







Quadro 5.22 – Resultados da caracterização do betume GP 50/70 P2. 60

Quadro 5.23 – Viscosidade dinâmica do betume GP 50/70 P2. 61

Quadro 5.24 – Modelação da viscosidade dinâmica do betume GP 50/70 P2. Modelos da Potência e Cross. 61





















LISTA DE QUADROS

xxxi





Quadro 5.49 – Exigências de conformidade dos betumes modificados com polímero [34]. 73

Quadro 5.50 – Resumo das características dos betumes modificados produzidos, aos 150 minutos. 74

Quadro 5.51 – Resumo das características dos betumes modificados produzidos, aos 150 minutos (continuação).

74

Quadro 5.52 – Temperaturas de fabrico e compactação dos betumes puros, de acordo com o método Superpave.

78

Quadro 5.53 – Intervalos de temperaturas de fabrico e compactação de misturas betuminosas, recomendados

pelos produtores nos certificados de qualidade dos puros utilizados. 79

Quadro 5.54 – Temperaturas de fabrico e compactação recomendadas nas normas europeias, para betumes puros,

de acordo os respectivos compactadores laboratoriais [35-39]. 79

Quadro 5.55 – Temperaturas de fabrico e compactação dos betumes modificados produzidos, obtidas pelos

diversos métodos. 80

Quadro 5.56 - Temperaturas de fabrico e compactação dos betumes modificados produzidos, obtidas pelos

diversos métodos (continuação). 81

Quadro 5.57 – Intervalos aconselhados de temperaturas de fabrico e compactação de misturas betuminosas com


Quadro 5.58 – Valores máximos, mínimos e médios das temperaturas de fabrico e compactação, resultantes da

aplicação do método Superpave, e respectivos betumes modificados. 83


aplicação do método da viscosidade a uma taxa de corte elevada, e respectivos betumes

modificados. 84


aplicação da evolução do método da viscosidade a uma taxa de corte elevada, e respectivos



aplicação do método da viscosidade à taxa de corte zero, e respectivos betumes modificados. 86


aplicação do método da viscosidade a uma taxa de corte baixa, e respectivos betumes modificados.

87


aplicação da simplificação do método da viscosidade à taxa de corte zero, e respectivos betumes

modificados. 88

Quadro 5.64 – Intervalos de temperaturas de fabrico e compactação de misturas betuminosas com betumes

modificados para os diferentes métodos estudados. 92

xxxiii

Lista de símbolos e siglas

Símbolos

Letras romanas Símbolo Significado

A Área d Distância

De Número de Deborah F Força G Constante elástica da mola

*G Módulo de corte complexo 'G Módulo de armazenamento ''G Módulo de dissipação

K Parâmetro constante com dimensão de tempo k Índice de viscosidade do material L Comprimento efectivo do spindle M Binário medido m Constante adimensional n Índice da lei de potência p Pressão Rc Raio da câmara de amostra Rs Raio do spindle T Temperatura t Tempo te Tempo característico da experiência U Velocidade

Letras gregas

Símbolo Significado γ Taxa de corte

eγ Taxa de corte da componente elástica

vγ Taxa de corte da componente viscosa δ Ângulo de fase ∆ Variação η Viscosidade dinâmica

0η Valor assimptótico da viscosidade na zona de baixas taxas de corte

η∞ Valor assimptótico da viscosidade na zona de altas taxas de corte

LISTA DE SÍMBOLOS E SIGLAS

xxxiv

λ Tempo característico do material ρ Massa volúmica τ Tensão de corte

eτ Tensão da componente elástica

vτ Tensão da componente viscosa

yτ Tensão de cedência υ Viscosidade cinemática ω Velocidade angular

Siglas e abreviaturas

Sigla Significado BBR Bending Beam Rheometer

BTDC Bitumen Test Data Chart CH Betume do produtor Cepsa originário da refinaria de Huelva

DSR Dynamic Shear Rheometer DTT Direct Tension Testing EN Norma Europeia GP Betume do produtor Galp originário da refinaria do Porto GS Betume do produtor Galp originário da refinaria de Sines

InIR Instituto de Infra-Estruturas Rodoviárias IP IPen Índice de penetração

LNEC Laboratório Nacional de Engenharia Civil MatLab Matrix Laboratory (software) NIDIN Núcleo de Investigação Desenvolvimento e Inovação PMB Betumes Modificados com Polímeros

RTFOT Rolling Thin-Film Oven Test RV Rotational Viscometer SBS Styrene-Butadiene-Styrene (estireno-butadieno-estireno) SMC Spindle Multiplier Constant (Constante multiplicadora do spindle) SRC Shear Rate Constant (Constante da taxa de corte)

Superpave SUperior PERforming asphalt PAVEmentes TK Spring torque constant (Constante do binário da mola do viscosímetro)

1

Equation Chapter (Next) Section 1

Capítulo 1

1 Introdução

1.1 Enquadramento

Os pavimentos rodoviários são um sistema multi-estratificado, constituído por diferentes tipos de

camadas com espessura finita, cujas características e funções variam. As camadas assentam sobre a

fundação do pavimento constituída em geral pelo terreno natural, que caso não possua as

características necessárias tem um coroamento de qualidade melhorada. Nas camadas superiores

aplicam-se, em Portugal, maioritariamente misturas betuminosas. Estas são formadas geralmente por

um conjunto de materiais granulares doseados e misturados com uma quantidade de ligante

betuminoso previamente definida. Os ligantes betuminosos, entre os quais o betume, adquirem uma

elevada importância em toda a vida útil do pavimento. Apesar de em termos volumétricos o ligante

betuminoso estar em menor quantidade que qualquer outro componente, em conjunto com o agregado

fino (< 2 mm) forma o mastique betuminoso. Este é responsável pela adesão entre as partículas de

agregado grosso (> 2 mm), devendo recobri-las por forma a conferir à mistura betuminosa

propriedades como estabilidade, flexibilidade, durabilidade, resistência à fadiga, impermeabilidade,

trabalhabilidade, compactabilidade e aderência [1, 2]. Torna-se, deste modo, evidente a necessidade de

conhecer as características e o comportamento dos ligantes betuminosos, para se poder inferir acerca

do desempenho das misturas betuminosas.

O betume puro é obtido a partir da destilação do petróleo em bruto, crude. O betume modificado

resulta do betume puro pela adição de um ou mais aditivos. Os aditivos são seleccionados para

CAPÍTULO 1. INTRODUÇÃO

2

melhorarem as propriedades dos betumes puros, de modo a melhorarem o desempenho dos

pavimentos. Para além disso, diferentes aditivos afectam diferentes propriedades, podendo estes ser

combinados com o intuito de melhorarem várias propriedades, em diferentes gamas de temperatura de

utilização, Figura 1.1 [2-4].

Na Figura 1.1 é apresentada a variação da rigidez do betume puro, do betume modificado “ideal”

e do betume modificado com polímero, sem e com aditivo suplementar, ao longo das diversas gamas

de temperaturas de serviço e construção. O betume modificado “ideal” é aquele que confere aos

pavimentos as melhorias nas exigências estruturais e funcionais abaixo mencionadas. Verifica-se que,

para obter um betume modificado “ideal”, os aditivos a introduzir têm de afectar a rigidez do betume

puro ao longo de toda a gama de temperaturas de serviço. A introdução de polímero, ao betume puro,

causa alteração da rigidez às temperaturas de serviço intermédias e altas e de construção. Sendo esta

última pouco benéfica, uma vez que a rigidez do betume modificado aumenta e afasta-se da ideal. Para

colmatar esta lacuna, observa-se que a adição de um aditivo suplementar, aproxima a rigidez do

betume modificado, à temperatura de construção, da rigidez ideal.

Os betumes modificados apareceram no início dos anos 70 nos países mais industrializados,

surgindo em Portugal nos anos 90. Estes surgem com o aumento das exigências funcionais e

estruturais sobre os pavimentos. Respeitante às exigências funcionais, relacionadas com o conforto e

segurança de circulação que o utente capta, o uso de betumes modificados em misturas betuminosas

concede aos pavimentos a diminuição do ruído de rolamento, o aumento da aderência, da regularidade

e melhoria das características de drenabilidade superficial. Ao nível do aumento das exigências

estruturais, relacionadas com a capacidade do pavimento suportar as cargas dos veículos sem sofrer

alterações, para além dos valores limites, verifica-se que, actualmente, os pavimentos são solicitados

Figura 1.1 – Desempenho dos pavimentos concebidos com betumes puros e modificados (modificado de [5]).

Fendilhamento por fadiga

Fendilhamento por retracção térmica

Fabrico e compactação

Deformaçõespermanentes

Betume puro

Betume modificado “ideal”

Temperatura

Betume modificado com polímero

Betume modificado com polímero para mistura betuminosa temperada

Rigi

dez,

G*


3

mais vezes, pelo facto de existir maior número de veículos a circular, e que as cargas por eixo são

também cada vez maiores. A este nível as misturas betuminosas com betumes modificados conferem

aos pavimentos menor susceptibilidade térmica, maior flexibilidade, resistência às deformações

permanentes, ao envelhecimento durante a utilização e à fadiga. Desta forma consegue-se reduzir a

frequência de manutenção dos pavimentos, proporcionando-lhes uma vida útil maior, diminuindo

assim os custos por parte das concessionárias, com o corte do tráfego para manutenção e

reparação [2, 3].

Devido às suas qualidades e aos requisitos exigidos, a utilização dos betumes modificados tem

vindo a crescer na construção rodoviária de pavimentos flexíveis e semi-rígidos, em camadas com

resistência estrutural e de desgaste, com misturas betuminosas de granulometria descontínua. Deste

modo, existe a necessidade de conhecer o comportamento do betume modificado, em todas as gamas

de temperatura, nomeadamente às temperaturas de fabrico e compactação, que serão estudadas

pormenorizadamente neste trabalho.

Os processos de fabrico e de compactação da mistura betuminosa possuem elevada importância

na execução do pavimento rodoviário, uma vez que estes são responsáveis pela qualidade da mistura

betuminosa e do pavimento rodoviário. Por sua vez, a qualidade dos processos de fabrico e

compactação é influenciada pela viscosidade do betume e por conseguinte pela temperatura. Assim, a

temperatura é uma variável fundamental devendo conferir ao betume a viscosidade necessária para

que envolva adequadamente os agregados, processo de fabrico, e actue de maneira a que as partículas

de agregado constituam uma estrutura compacta, resistente, durável, coesa e com o volume de vazios

definido no projecto, processo de compactação [1, 3, 6].

1.2 Objectivos

O objectivo deste trabalho de investigação é comparar as temperaturas de fabrico e compactação

de betumes puros e modificados, laboratorialmente, com as recomendadas pelos produtores. As

temperaturas dos betumes puros são definidas pelo método Superpave e dos betumes modificados pelo

método Superpave e por outros métodos propostos, em diferentes trabalhos científicos.

Para a concretização deste objectivo é necessário caracterizar o comportamento reológico dos

betumes puros e modificados, laboratorialmente, a temperaturas elevadas, acima de 120°C,

nomeadamente a variação da viscosidade com a temperatura, a taxa de corte, o agente modificador, a

percentagem de agente modificador e a origem do betume.


4

1.3 Organização do trabalho

Este trabalho é constituído por cinco capítulos. No presente capítulo, expõem-se algumas

considerações gerais sobre pavimentos rodoviários, misturas betuminosas, em particular a sua

composição, características e o processo de fabrico e compactação. Escreve-se ainda sobre os betumes

modificados, nomeadamente as suas mais-valias relativamente aos betumes puros e a sua utilização na

concepção dos pavimentos rodoviários.

No capítulo dois, apresentam-se todos os elementos necessários para descrever o comportamento

reológico dos betumes às temperaturas de serviço e construção.

No capítulo três, fazem-se algumas considerações sobre as misturas betuminosas e a importância

do processo de fabrico e compactação na sua concepção. Apresentam-se as diversas metodologias

utilizadas na determinação das temperaturas de fabrico e compactação de misturas betuminosas com

betumes puros e modificados.

O quarto capítulo aborda a metodologia experimental utilizada. Neste apresentam-se os betumes

puros (ou base), os agentes modificador e estabilizador e o processo de modificação utilizado.

No quinto capítulo mostram-se os resultados da caracterização dos betumes puros e modificados,

bem como as temperaturas de fabrico e compactação obtidas pela aplicação dos diversos métodos.

No sexto capítulo, sintetizam-se as conclusões finais deste trabalho, as quais originaram propostas

e sugestões para desenvolvimentos futuros.

O Anexo A mostra, por meio de gráficos, os resultados da medição da viscosidade dinâmica aos

betumes puros, a diferentes taxas de corte.

No Anexo B apresenta-se, por meio de gráficos, os resultados da medição da viscosidade

dinâmica aos betumes modificados, a diferentes taxas de corte.

No Anexo C encontram-se representadas as relações entre as constantes k e n do modelo da Lei

de Potência e a percentagem de polímero.

O Anexo D mostra os gráficos que tiveram na base do cálculo das temperaturas de fabrico e

compactação dos betumes puros.

No Anexo E apresentam-se os gráficos que tiveram na base do cálculo das temperaturas de

fabrico e compactação dos betumes modificados.

No Anexo F expõem-se os catálogos com as temperaturas de fabrico e compactação aconselhadas

pelos produtores Cepsa e Galp, para os betumes modificados.

5


Capítulo 2

2 Reologia

2.1 Introdução

O termo “Reologia” foi introduzido no meio científico pelo Professor Eugene Cook Bingham,

para definir o estudo da “deformação e escoamento da matéria”. Esta definição foi aceite aquando da

fundação da American Society of Rheology, em 1929 [7]. De forma mais clara, a reologia é a ciência

que estuda o comportamento mecânico dos materiais, entre os extremos clássicos de Hooke (teoria da

elasticidade) e de Newton (teoria dos fluidos Newtonianos). Apesar de na mecânica clássica, o estudo

destes comportamentos serem abordados em ramos distintos, Figura 2.1. O estudo do comportamento

de Hooke pertence à mecânica dos sólidos e o estudo do comportamento dos fluidos de Newton está

afecto à mecânica dos fluidos.

Neste capítulo, aborda-se uma temática importante no estudo dos betumes, a reologia. Aqui

descrevem-se, de um modo geral, os comportamentos reológicos e em particular aqueles que

caracterizam os betumes.

Em primeiro lugar, no subcapítulo 2.2 introduz-se o conceito de viscosidade, enunciam-se os

parâmetros necessários para a poder quantificar, bem como, a sua dependência em relação à taxa de

corte, temperatura, pressão e tempo de carregamento.

CAPÍTULO 2. REOLOGIA

6

No subcapítulo 2.3, apresentam-se, de um modo geral, os vários comportamentos reológicos, e

referem-se as dependências de cada um, em relação à taxa de corte, temperatura, pressão e tempo de

carregamento.

No subcapítulo 2.4, descreve-se o comportamento reológico dos betumes puros e modificados, às

temperaturas de serviço e construção.

No subcapítulo 2.5, definem-se os modelos reológicos inerentes aos comportamentos

Newtoniano, não-Newtoniano independente do tempo e viscoelástico linear.

Por último, no subcapítulo 2.6, referem-se os equipamentos de medição das propriedades

reológicas do betume utilizados às diferentes temperaturas de serviço e de construção.

2.2 Viscosidade

A viscosidade de corte, ou simplesmente viscosidade, é tradicionalmente considerada como a

propriedade mais importante do betume, permitindo conhecer o seu comportamento em diferentes

tipos de condições (temperatura, pressão, taxa de corte e tempo de carregamento), dando assim,

informações sobre o seu comportamento reológico. O conceito de viscosidade representa a medida do

atrito interno de um material e é uma medida da resistência ao escoamento [7].

Na Figura 2.2 é representado o escoamento de corte plano, entre dois planos paralelos com uma

área, A, cada. O fluido está confinado aos dois planos paralelos, um dos quais está fixo e o outro

desloca-se na horizontal com uma velocidade constante, U, devido à aplicação de uma força

tangencial, F, sobre o plano móvel e d é a distância entre os dois planos paralelos. A lei da viscosidade

de Newton diz que, a força por unidade de área aplicada é proporcional à taxa de corte [7]. Sendo, o

factor de proporcionalidade entre estes, designado por viscosidade, Equação (2.1), na qual F Aτ = ,

Figura 2.1 – Hierarquia da Mecânica Clássica.

Reologia

Mecânica Teórica Mecânica dos Meios Contínuos

Mecânica dos Sólidos

Mecânica dos Fluidos

Mecânica Clássica


7

τ representa a tensão de corte em Pa, F a força aplicada em N e A a área em m2; η representa a

viscosidade dinâmica em Pa·s; e U dγ = , onde γ representa a taxa de corte (ou gradiente de

velocidade) em s-1, U a velocidade relativa em m/s e d a distância entre os dois planos paralelos em m.

τ ηγ= (2.1)

A unidade da viscosidade dinâmica no Sistema Internacional é o Pascal Segundo (Pa·s), contudo

esta também pode ser expressa, no sistema cgs (centímetro-grama-segundo), por Poise (P)

( )1 10 Pa s P⋅ = [7]. Não obstante, a viscosidade também pode ser medida em mm/s2 (1 mm/s2 = 1 cSt

(centistoke)), unidades da viscosidade cinemática. Esta relaciona-se com a viscosidade dinâmica

através da Equação (2.2), onde υ representa a viscosidade cinemática, η a viscosidade dinâmica e ρ

a massa volúmica do material [3]. ηυρ

= (2.2)

A viscosidade de um material é usualmente função de quatro variáveis distintas: a taxa de corte, a temperatura, a pressão, e o tempo de carregamento, ou seja, ( ), , ,T p tη γ . Adoptando-se condições

isobáricas e isotérmicas resulta que a viscosidade apenas depende da taxa de corte e do tempo de carregamento, ( ),tη γ . Contudo, sabe-se que o aumento da temperatura nos líquidos provoca

diminuição da viscosidade e nos gases aumento da viscosidade. No caso da pressão, a viscosidade

aumenta exponencialmente com a pressão isotrópica, excepção feita à água abaixo dos 30°C. Todavia,

a variação da viscosidade é pequena para pressões diferentes da atmosférica, em um bar, sendo esta

variável negligenciável nas medições da viscosidade [7].

2.3 Comportamentos reológicos

Os comportamentos reológicos são função da viscosidade, logo, são função da taxa de corte, da

temperatura, da pressão e do tempo de carregamento, Equação (2.3). Adoptando-se condições

isotérmicas e isobáricas, resulta uma equação simplificada, Equação (2.4), só dependente da taxa de

corte e do tempo de carregamento. ( )( ) ( ), , , , , ,T p t T p tτ η γ τ γ= (2.3)

( )( ) ( ), ,t tτ η γ τ γ= (2.4)

Figura 2.2 – Modelo definido por Newton para a lei da viscosidade [7].


8

O comportamento Newtoniano é independente das variáveis taxa de corte e tempo de

carregamento, Equação (2.4), sendo descrito pela Equação (2.1) que se encontra representada

graficamente na Figura 2.3. Este é um comportamento viscoso ideal onde a variação entre a taxa de

corte e a tensão de corte é linear, Figura 2.3 (a), a viscosidade é independente da taxa de corte e toma

um valor constante, Figura 2.3 (b) [7].

Os materiais, cuja variação entre a tensão de corte e a taxa de corte não é linear, são

caracterizados por terem um comportamento reológico não-Newtoniano. Para estes, a viscosidade

varia com a taxa de corte e/ou tempo de carregamento, para além da temperatura e pressão. Dada a

grande diversidade de características reológicas exibidas pelos materiais não-Newtonianos, é comum

dividi-los em dois grupos distintos, designadamente por: materiais não-Newtonianos viscosos e

não-Newtonianos viscoelásticos. O grupo dos materiais não-Newtonianos viscosos, por sua vez, é

subdividido em dois grupos, os não-Newtonianos viscosos independentes do tempo e os

não-Newtonianos viscosos dependentes do tempo [7].

O subgrupo de materiais não-Newtonianos viscosos com características independentes do tempo é

subdividido em materiais sem e com tensão de cedência. Neste subgrupo a viscosidade apenas

depende da taxa de corte, ( )η γ , logo, o comportamento reológico é dependente apenas da taxa de

corte, Equação (2.5). ( )( ) ( )τ η γ τ γ= (2.5)

Da subdivisão em materiais sem tensão de cedência resultam dois comportamentos típicos, o

“shear-thinning” ou pseudoplástico e o “shear-thickening” ou dilatante.

O comportamento “shear-thinning” caracteriza-se por uma diminuição da viscosidade com o

aumento da taxa de corte, como mostra a Figura 2.4 (b) [7].

Figura 2.3 – Comportamento reológico generalizado dos materiais Newtonianos (modificado de [6]).


9

A relação inversa descreve o comportamento “shear-thickening”, ou seja, um aumento da

viscosidade com o aumento da taxa de corte, Figura 2.5 (b) [7].

Os materiais com tensão de cedência definem-se pelo não escoamento até que uma determinada

tensão de cedência, yτ , seja atingida, [7]. Numa primeira fase, até atingirem a tensão de cedência,

comportam-se como um material elástico e numa segunda fase, após atingirem essa tensão de

cedência, exibem características de um material Newtoniano, “shear-thinning” ou

“shear-thickening”, Figura 2.7 (b) [6]. Os materiais que após atingirem a tensão de cedência,

apresentem características de um material Newtoniano são conhecidos por terem um comportamento

de plástico de Bingham, Figura 2.6.

Figura 2.4 – Comportamento reológico generalizado dos materiais “shear-thinning” ou pseudoplástico (modificado de [6]).

Figura 2.5 – Comportamento reológico generalizado dos materiais “shear-thickening” ou dilatante (modificado de [6]).


10

Na Figura 2.7 resume-se, em termos da relação entre tensão de corte e taxa de corte, o

comportamento reológico dos materiais não-Newtonianos independentes do tempo.

Do subgrupo dos materiais não-Newtonianos viscosos com características dependentes do tempo,

têm-se dois tipos de comportamento, o Tixotrópico e o anti-Tixotrópico. O Tixotrópico caracteriza-se

pela diminuição da viscosidade com o tempo de carregamento, sob tensão de corte ou taxa de corte

constante, seguida da recuperação gradual, quando a tensão de corte ou taxa de corte é removida,

Figura 2.8 (a). O anti-Tixotrópico caracteriza-se por um comportamento inverso, aumento da

viscosidade com o tempo de carregamento, sob tensão de corte ou taxa de corte constante, seguida da

recuperação gradual, quando a tensão de corte ou taxa de corte é removida, Figura 2.8 (b). O

comportamento Tixotrópico apenas ocorre nos materiais “shear-thinning”, enquanto que o

comportamento anti-Tixotrópico só ocorre nos materiais “shear-thickening” [7].

Os comportamentos reológicos Tixotrópico e anti-Tixotrópico são função do tempo de

carregamento e da taxa de corte, Equação (2.4), e portanto, não podem ser avaliados em experiências

onde estas duas variáveis variam simultaneamente [9].

Figura 2.6 – Comportamento reológico generalizado dos materiais do tipo plástico de Bingham (modificado de [6]).

Figura 2.7 – Comportamento dos materiais não-Newtonianos independentes do tempo, em termos da relação entre a taxa de corte e a tensão de corte (modificado de [8]).


11

O grupo dos materiais não-Newtonianos viscoelásticos é subdividido em viscoelásticos lineares e

não lineares. No presente texto apenas se abordará o tema da viscoelasticidade linear por estar

directamente relacionado com o material em estudo. Esta será tratada na secção 2.5.2 recorrendo aos

seus modelos reológicos.

O termo viscoelasticidade descreve o comportamento de um material que se enquadra entre os

extremos clássicos da resposta elástica de Hooke e do comportamento viscoso de Newton. Por outras

palavras, a viscoelasticidade significa a existência simultânea de propriedades elásticas e viscosas [7].

Devido à componente elástica, um material viscoelástico recupera parte da deformação quando cessa a

aplicação da tensão a que está submetido e a componente viscosa confere-lhe as características,

descritas em cima, respeitantes aos comportamentos Newtoniano e não-Newtoniano viscoso [8].

O conceito de viscoelasticidade está ainda relacionado com a escala do tempo da experiência e o

tempo natural do material (tempo de relaxação). Deste modo, se a experiência é relativamente lenta, o

material aparenta ser viscoso, enquanto que se a experiência é relativamente rápida, o material

aparenta ser elástico. Em escalas de tempo intermédias a resposta do material é viscoelástica. Assim, é

possível concluir que um determinado material pode comportar-se como um sólido ou líquido,

dependendo da escala de tempo da experiência e que, aplicando uma vasta gama de tensões ao longo

de um intervalo grande de tempo, é possível observar líquidos com propriedades de sólidos e sólidos

com propriedades de líquidos [7].

A escala do tempo, em reologia, é obtida através do parâmetro adimensional definido pelo

Professor Marcus Reiner, designado por número de Deborah, Equação (2.6), onde λ é o tempo

característico do material (tempo de relaxação) e et é o tempo característico da experiência. Para

1eD e 1eD os materiais apresentam um comportamento com características de líquido viscoso

Figura 2.8 – Comportamento dos materiais não-Newtonianos dependentes do tempo, em termos da relação entre a viscosidade e o tempo. (a) Comportamento Tixotrópico; (b) Comportamento anti-Tixotrópico (modificado de [10]).


12

e de sólido elástico, respectivamente [7]. Quando os dois tempos são semelhantes, o material apresenta

um comportamento viscoelástico.

ee

Dtλ

= (2.6)

Na Figura 2.9 apresenta-se um esquema que resume os vários comportamentos reológicos.

Figura 2.9 – Esquema resumo dos vários comportamentos reológicos.

Comportamento reológico

Newtonianos

não-Newtonianos

Viscosos

Viscoelásticos

Independentes do tempo

Dependentes do tempo

Com tensão de cedência

Tixotrópico

Anti-Tixotrópico

Shear-thinning

Plástico de Bingham

Shear-thickening

Sem tensão de cedência

Shear-thinning

Shear-thickening

Lineares

Não Lineares

Elástico


13

2.4 Comportamento reológico dos betumes

O betume é uma material com um comportamento viscoelástico que depende de variáveis como a

temperatura e o tempo de carregamento, que ao variarem originam diferentes comportamentos. Assim,

às temperaturas de serviço baixas e durante períodos de carga curtos, o betume tem um

comportamento elástico, onde é válida a lei de Hooke. Às temperaturas de serviço intermédias e

elevadas e aumentando o tempo de carga, o betume apresenta um comportamento viscoelástico.

Durante as temperaturas de construção, o betume tem um comportamento viscoso [3, 6]. Porém,

também apenas pela variação da temperatura, o comportamento dos betumes pode variar de

perfeitamente elástico a perfeitamente viscoso. Deste modo, a análise das duas variáveis, betume e

temperatura, não pode ser realizada em separado [1].

A propriedade mais importante no estudo da reologia dos betumes, na gama de temperaturas de

construção, é a viscosidade, já que, para além de qualificar o seu comportamento reológico, é uma

variável importante no processo de fabrico e compactação das misturas betuminosas.

A viscosidade de um betume diminui com o aumento da temperatura, mas esta diminuição difere

entre betumes, Figura 2.10, [6].

A viscosidade dos betumes puros, a temperaturas elevadas, é constante, independente da taxa de

corte que seja aplicada e única para cada temperatura. Designando-se este comportamento reológico

por Newtoniano, Figura 2.3. No caso dos betumes modificados, o comportamento a temperaturas

elevadas é diferente, a viscosidade diminui com a taxa de corte, para cada temperatura, designando-se

este comportamento de não-Newtoniano, do tipo “shear-thinning” ou pseudoplástico, Figura 2.4, [1,

6]. Deste modo, percebe-se que, a taxa de corte adquire uma grande importância na avaliação do

comportamento reológico dos betumes modificados a temperaturas elevadas, comparativamente aos

betumes puros.

Figura 2.10 – Variação da viscosidade com a temperatura. (a) betumes puros; (b) betumes modificados (modificado de [6]).


14

O efeito da taxa de corte é dependente da temperatura e da percentagem de agente modificador.

De tal forma que, a maioria dos betumes modificados apresentam menor dependência da taxa de corte

com o aumento da temperatura e maior dependência com o aumento da percentagem de agente

modificador [11]. Consequentemente, o agente modificador influencia a viscosidade do betume

modificado, esta aumenta com a quantidade de agente modificador.

Por outro lado, e de acordo com o estudo feito por Airey & Westwood (2004), citado em [1], não

são só os agentes modificadores que alteram a reologia do betume, mas também a introdução de pós

inorgânicos (fíleres). No estudo indicado, foram medidas as viscosidades de mastiques betuminosos,

mistura de betume, agregado fino e/ou fíler, concluindo-se que, independentemente do tipo betume, o

mastique apresenta sempre um comportamento não-Newtoniano.

2.5 Modelos reológicos

Os modelos reológicos têm como objectivo a representação do comportamento reológico através

de equações constitutivas. A escolha do modelo reológico está revestida de elevada importância, uma

vez que a adequabilidade, ou não, deste, depende das suas limitações, para a correcta representação do

comportamento reológico.

Os modelos reológicos referenciados abaixo apenas descrevem os comportamentos reológicos

Newtoniano, não-Newtoniano viscoso independente do tempo e viscoelástico linear. Estes, por sua vez

representam os comportamentos reológicos do betume, nas diferentes gamas de temperaturas de

serviço intermédias e altas e de construção.

2.5.1 Modelos reológicos de materiais viscosos independentes do tempo

Do ponto de vista energético, e contrariamente a um material elástico, um material viscoso não

tem capacidade de armazenar energia elástica, respondendo instantaneamente às variações da taxa de

corte e não tendo assim qualquer tipo de memória de estados de tensão anteriores [8].

A viscosidade pode ser constante ou variável, conforme o comportamento reológico é

Newtoniano ou não-Newtoniano, respectivamente.

O comportamento reológico Newtoniano possui uma equação constitutiva simples, a lei da

viscosidade de Newton, definida pela Equação (2.1), na qual a única constante é a viscosidade do

material, η [7].


15

No comportamento reológico não-Newtonianos, com características independentes do tempo, a

viscosidade é dependente da taxa de corte. Neste caso, a equação constitutiva toma a forma da

Equação (2.7).

( )τ η γ γ= (2.7)

O modelo mais comum para expressar matematicamente a relação entre a viscosidade e a taxa de

corte, de materiais não-Newtonianos do tipo “shear-thinning” é o modelo de Cross. Este modelo

cobre qualquer intervalo de taxa de corte, Figura 2.11, e é dado pela Equação (2.8). Onde 0η e η∞

dizem respeito aos valores assimptóticos da viscosidade na zona de baixas e altas taxas de corte,

respectivamente, também denominadas primeira e segunda zona Newtoniana, K é um parâmetro

constante com a dimensão de tempo e m é uma constante adimensional [7, 9].

( )0

11 mK

η ηη η γ

∞

∞

−=

− +

(2.8)

Simplificando o modelo de Cross, este pode ser decomposto no modelo Newtoniano, quando

0m = , e nos modelos de Sisko e da lei de potência, Figura 2.11. Contudo, os modelos de Sisko e da

lei de potência apresentam limitações, nomeadamente, ao nível do intervalo de taxa de corte que

cobrem de modo eficiente, 1 3 110 a 10 s− − e 3 11 a 10 s− , respectivamente [9].

O modelo da lei de potência surge do modelo de Cross para situações em que 0η η∞ , 1Kγ e

η∞ é pequeno, resultando a Equação (2.9), que com uma simples mudança das variáveis K e m se

obtém a Equação (2.10), ou em termos de tensões de corte a Equação (2.11). Nestas equações k traduz

o índice de viscosidade do material, que tem como unidades Pa·sn, e n é o índice da lei de potência [9].

Valores elevados de k revelam materiais mais viscosos [6]. No caso de n=1 o modelo da lei de

potência descreve o comportamento reológico Newtoniano, se n<1 o comportamento descrito é de

“shear-thinning” e se n>1 o comportamento descrito é de “shear-thickening” [8].

( )0

mKη

ηγ

=

(2.9)

1nkη γ −= (2.10)

Figura 2.11 – Definição dos vários modelos e dos intervalos de taxa de corte que cobrem (modificado de [9]).

Modelo de Cross

Modelo de Sisko

Modelo da Lei de Potência

Taxa de corte, γ (escala logarítmica)

Vis

cosi

dade

,η(e

scal

a log

arítm

ica)


16

nkτ γ= (2.11)

O modelo de Sisko decorre também do modelo de Cross e é utilizado para a maioria dos

materiais, que a elevadas taxas de corte, apresentam 0η η∞ , 1Kγ , sendo descrito pela Equação

(2.12), que com uma simples mudança das variáveis K e m se obtém a Equação (2.13), ou em termos

de tensões de corte a Equação (2.14), onde k e n têm o mesmo significado que no modelo da lei de

potência. Este modelo é ideal para modelar materiais cujas viscosidades, na segunda região

Newtoniana, se afastem do modelo da lei de potência [9].

( )0

mKη

η ηγ

∞= +

(2.12)

1nkη η γ −∞= + (2.13)

( )1nkτ η γ γ−∞= + (2.14)

O comportamento reológico não-Newtoniano independente do tempo com tensão de cedência, do

tipo plástico de Bingham, resulta do modelo de Sisko, Equação (2.12), para 1m = e multiplicado pela

taxa de corte, obtendo-se a Equação (2.15), na qual 0y Kτ η= [7, 9].

yτ τ η γ∞= + (2.15)

2.5.2 Modelos reológicos de materiais não-Newtonianos viscoelásticos lineares

A forma mais simples de compreender a viscoelasticidade linear é utilizando modelos mecânicos

unidimensionais simples. Estes modelos combinam elementos lineares elásticos e lineares viscosos. A

mola representa a resposta linear elástica, e obedece à lei de Hooke, ao passo que, o amortecedor

representa a resposta linear viscosa, e obedece à lei de Newton. Os modelos viscoelásticos de Maxwell

e de Kelvin são os mais simples. O primeiro é composto por uma mola e um amortecedor, dispostos

em série, Figura 2.12 (a). As equações constitutivas da mola e do amortecedor são descritas pela

Equação (2.16) e Equação (2.17), respectivamente [7, 9].

eGτ γ= (2.16)

vτ ηγ= (2.17)

Após a diferenciação da Equação (2.16), e aplicando a lei constitutiva do modelo, em que a taxa

de corte total é a soma da taxa de corte da componente elástica e viscosa, Equação (2.18), obtém-se a

Equação (2.19) que descreve o comportamento de um material viscoelástico de Maxwell, em que o

termo Gη tem dimensões de tempo, e designa-se por tempo de relaxação [7].

e vγ γ γ= + (2.18)

G Gτ τ ηγ γη τ τ

η= + ⇒ = +

(2.19)


17

Por sua vez, no modelo de Kelvin a mola e o amortecedor estão dispostos em paralelo, Figura

2.12 (b), neste a lei constitutiva do modelo é ao nível das tensões, a tensão total é a soma da tensão da

componente elástica e viscosa, como mostra a Equação (2.20). A partir desta, obtém-se a Equação

(2.21) que descreve o comportamento de um material viscoelástico de Kelvin, em que o termo Gη

tem dimensões de tempo, e designa-se por tempo de retardação [7].

e vτ τ τ= + (2.20)

e v e vG GGητ γ ηγ τ γ γ= + ⇒ = + (2.21)

Modelos mais complexos que estes podem ser obtidos pela introdução de mais elementos simples

em paralelo ou em série. Como exemplo, tem-se o modelo de Burgers, que é formado pela associação

em série dos modelos de Kelvin e de Maxwell, Figura 2.12 (c) [7, 9].

2.6 Equipamentos de medição das propriedades reológicas do betume

De modo a determinar a viscosidade e a viscoelasticidade dos materiais, em particular do betume,

recorre-se a viscosímetros e reómetros, respectivamente. Pelo facto do comportamento reológico do

betume variar com a temperatura, este é medido, em diferentes gamas de temperaturas, por

equipamentos distintos. Não existindo um único instrumento capaz de avaliar as suas propriedades

reológicas em todas as gamas de temperaturas [6].

Na Figura 2.13, apresenta-se um esquema dos vários instrumentos, indicados no sistema

Superpave, para a medição das propriedades reológicas do betume, às diferentes temperaturas de

serviço e construção.

Figura 2.12 – Modelos mecânicos unidimensionais simples. (a) Modelo de Maxwell; (b) Modelo de Kelvin; (c) Modelo de Burgers [9].


18

O reómetro de flexão de viga e o ensaio de tracção directa, em terminologia inglesa bending beam

rheometer (BBR) e direct tension testing (DTT) respectivamente, medem as propriedades reológicas

do betume às temperaturas de serviço baixas, às quais este se comporta como um material elástico,

Figura 2.13 (a). O reómetro de flexão de viga avalia a rigidez do betume pela medição da deformação,

a meio vão, de uma viga de betume, sob carregamento e temperatura constantes. O ensaio de tracção

directa avalia a ductilidade do betume através da sua capacidade de alongamento antes da ruptura [12].

O reómetro de corte dinâmico, em terminologia inglesa dynamic shear rheometer (DSR), é

utilizado para determinar as propriedades reológicas do betume às temperaturas de serviço intermédias

e elevadas, pois tem em conta o tempo de carregamento e a temperatura, Figura 2.13 (b) e

Figura 2.13 (c). A estas temperaturas o betume comporta-se como um material viscoelástico,

utilizando-se o reómetro de corte dinâmico para caracterizar o seu comportamento viscoso e elástico.

No DSR o betume é “ensanduichado” entre duas placas paralelas, uma inferior, fixa e com um sistema

de controlo de temperatura e outra superior que oscila, pela aplicação de um binário, do ponto A para

o B e de seguida no sentido oposto, até ao ponto C, passando novamente ao ponto A, representando

assim um ciclo, Figura 2.14. A frequência do ciclo, de acordo com o sistema Superpave, é 10 rad/s .

Deste procedimento medem-se o ângulo de fase, δ , e o módulo de corte complexo, *G [3, 12].

Existem dois tipos de DSR, o de tensão controlada, em que o binário a aplicar na placa superior é

fixo, resultando diferentes deformações entre os ciclos, e o de deformação controlada, no qual a placa

superior se move entre as extremidades de amplitude na frequência especificada, e o binário

necessário para manter esta frequência de oscilação é medido [3, 12].

Figura 2.13 – Equipamentos de medição das propriedades reológicas do betume, às diferentes temperaturas de serviço e construção (modificado de [4]).

(a) (b) (c) (d)

Temperatura do pavimento [ºC]

Deformações permanentes

Fendilhamento por fadiga

Fendilhamento por retracção térmica

Trabalhabilidade (fabrico & compactação)


19

O módulo de corte complexo ( )*G é separado em dois componentes, o módulo de dissipação,

''G , relacionado com a componente viscosa e o módulo de armazenamento, 'G , relacionado com a

componente elástica. Ambos relacionam-se através da Equação (2.22). O ângulo de fase, δ , relaciona

os módulos de dissipação e de armazenamento, Figura 2.15, e traduz a quantidade relativa de

deformação recuperável e não recuperável. O ângulo de fase também pode ser compreendido como o

desfasamento entre a tensão de corte aplicada e a deformação de corte resultante. Quanto maior o

ângulo de fase maior a componente viscosa do betume. Assim, se 90ºδ = o material é perfeitamente

viscoso e se 0ºδ = o material é perfeitamente elástico. No caso dos betumes, como são materiais

viscoelásticos, o ângulo de fase está entre 0º e 90º , dependendo do tipo de betume, temperatura e

frequência de oscilação da placa superior [3, 12].

( ) ( )2 2* '' 'G G G= + (2.22)

O viscosímetro rotacional, em terminologia inglesa rotational viscometer (RV), é utilizado na

medição das propriedades reológicas do betume às temperaturas de construção (temperaturas de

fabrico e compactação), Figura 2.13 (d). Por ser o instrumento de medição utilizado neste estudo será

objecto de um maior detalhe.

Figura 2.14 – Esquema do ensaio com o DSR (modificado de [3]).

Figura 2.15 – Relação entre *G , 'G , ''G e δ (modificado de [3]).

Comportamento viscoelástico

G’’ = Comportamento viscoso G’ = Comportamento elástico

Placa de base

Spindle

Tempo

Betume

Tensão ou deformação oscilatória


20

Os viscosímetros rotacionais têm diversas vantagens que os tornam atraentes para o estudo das

propriedades reológicas dos materiais Newtonianos e não-Newtonainos viscosos. Tais como, a

medição em condições estáveis, múltiplas medições com a mesma amostra a diferentes taxas de corte,

medição contínua das propriedades dos materiais que possam variar com a temperatura e pequena, ou

nenhuma variação da taxa de corte dentro da amostra durante a medição [13].

O viscosímetro rotacional utilizado neste estudo foi o Brookfield DV-II + Pro, com um

dispositivo de controlo de temperatura, Thermosel, Figura 2.16. Este viscosímetro mede a viscosidade

dinâmica e baseia-se na formulação teórica descrita no Quadro 2.1, que depende das características

geométricas das hastes, spindles em terminologia anglo-saxónica, e da câmara de amostra, da

velocidade de rotação e da percentagem do esforço da mola do viscosímetro. O dispositivo Thermosel

consiste numa câmara que controla a temperatura da amostra, funcionando com o objectivo de medir

viscosidades de materiais, cujas propriedades variam em função da temperatura.

Quadro 2.1 – Formulação teórica inerente ao cálculo da viscosidade com o viscosímetro de Brookfield DV-II + Pro [10].

Taxa de corte [s-1] Tensão de corte [dynes/cm2] Viscosidade dinâmica [Poise]

2c

2 2c s

2 RR R

γ ω ×

= × −

2 rpm60πω = ×

2s

M2 R L

τπ

=× ×

Binário da mola calibradaM %100

= ×

τηγ

=

Rc – raio da câmara de amostra [mm]; Rs – raio do spindle [mm]; L – comprimento efectivo do spindle [mm]; M – binário medido no equipamento [dynes∙cm]; ω – velocidade angular; % - percentagem do esforço da mola; Binário da mola calibrada, depende do modelo do viscosímetro, para o viscosímetro de Brookfield DV-II + Pro é 7187 dynes∙cm.

Figura 2.16 – Equipamentos utilizados na determinação da viscosidade dinâmica. Viscosímetro de Brookfield (à esquerda), câmara de amostra (ao meio), veio e spindles utilizados (à direita) (Laboratório NIDIN).

Veio


21

O viscosímetro rotacional utilizado funciona sobre o princípio da medição do binário necessário

para rodar um elemento sólido (spindle) imerso num meio viscoso, a uma velocidade pré-definida. A

medição do binário resulta da percentagem de esforço que a mola calibrada realiza, para que o spindle

rode à velocidade pré-definida. Pela combinação do mesmo, ou diferentes spindles e várias

velocidades é possível determinar a viscosidade a diferentes taxas de corte [10].

Durante a medição do binário, com um determinado spindle e a uma determinada velocidade

(rpm), o viscosímetro de Brookfield DV-II + Pro calcula os valores da taxa de corte, da tensão de

corte e da viscosidade através da Equação (2.23), Equação (2.24) e Equação (2.25), respectivamente.

Estas equações resultam da simplificação da formulação teórica, Quadro 2.1, onde as constantes SRC e

SMC dependem das características geométricas do spindle e da câmara de amostra e TK do modelo do

viscosímetro. SRC representa a constante da taxa de corte, SMC a constante multiplicadora do spindle

e TK a constante do binário da mola do viscosímetro. No Quadro 2.2, apresentam-se os valores destas

constantes, no Quadro 2.3 e Quadro 2.4 apresentam-se as características geométricas dos spindles e

das câmaras de amostra, para os spindles e viscosímetro utilizados neste estudo [14]. 1rpm sSRCγ −= × (2.23)

2Binário Dynes/cmTK SMC SRCτ = × × × (2.24)

( ) [ ]100 rpm Binário cPTK SMCη = × × × (2.25)

Quadro 2.2 – Valor das constantes para os spindles e viscosímetro utilizados no estudo [14].

Spindles SRC SMC TK1 21 0,93 5 1 27 0,34 25

Quadro 2.3 – Características geométricas dos spindles utilizados no estudo [10].

Spindles Diâmetro [mm]

Comprimento lateral [mm]

Comprimento efectivo [mm]

21 16,76 31,24 35,15 27 11,76 33,02 39,29

Quadro 2.4 – Características geométricas das câmaras de amostra utilizadas no Thermosel [10].

Diâmetro [mm]

Comprimento [mm]

19,05 77,77

1 Valor para o modelo do viscosímetro Brookfield DV-II + Pro.

23


Capítulo 3

3 Temperaturas de fabrico e compactação: Estado da arte

3.1 Introdução

Neste capítulo descrevem-se algumas considerações sobre misturas betuminosas. Aborda-se a

importância da temperatura nos processos de fabrico e compactação e apresentam-se diversas

metodologias de determinação das temperaturas de fabrico e compactação de misturas betuminosas

com betumes puros e modificados.

Os diversos tipos de misturas betuminosas podem ser classificados de acordo com as suas

temperaturas de fabrico, distinguindo-se quatro tipos: misturas betuminosas a frio, semi-temperadas,

temperadas e quentes, Figura 3.1. Nesta figura observa-se também a quantidade de energia necessária

para produzir cada tipo de mistura. As misturas betuminosas a frio são fabricadas sem aquecimento

dos materiais e o ligante utilizado é a emulsão betuminosa ou o betume espuma. As misturas semi-

temperadas são fabricadas a temperaturas inferiores à ebulição da água, entre 70°C e 100°C, e

requerem o aquecimento dos agregados. As misturas temperadas são fabricadas a temperaturas entre

os 100°C e os 140°C. Por último, as misturas a quente são normalmente produzidas a temperaturas

entre os 120°C e os 190°C, dependendo do tipo de betume utilizado. De salientar ainda que, as

misturas betuminosas semi-temperadas e temperadas resultam da aplicação de técnicas que visam

diminuir a temperatura e a energia de fabrico em relação às misturas betuminosas a quente, mantendo

as mesmas propriedades e desempenho. Contudo, estas técnicas ainda se encontram em

desenvolvimento [15].

CAPÍTULO 3. TEMPERATURAS DE FABRICO E COMPACTAÇÃO: ESTADO DA ARTE

24

As misturas betuminosas a quente são aquelas que necessitam de maiores temperaturas de

fabrico, tornando-se este um factor importante na sua produção. A importância de discutir

temperaturas de fabrico e compactação deve-se à sua repercussão a nível económico, social, ambiental

e na qualidade dos processos de fabrico e compactação. Repare-se que, ao reduzir as temperaturas de

fabrico e compactação diminui-se a quantidade de energia necessária para produzir as misturas

betuminosas, e por consequência os custos de produção, as emissões de gases poluentes e

melhoram-se as condições de trabalho dos operários [15]. Contudo, se esta redução não for

devidamente prevista pode trazer problemas ao nível da qualidade de fabrico e compactação das

misturas betuminosas, dado que a temperatura altera a viscosidade do betume. Assim, as temperaturas

de fabrico e compactação devem ser estudadas de modo a garantirem a melhor qualidade dos

processos de fabrico e compactação, com as menores temperaturas.

No processo de fabrico de misturas betuminosas, habitualmente numa central descontínua, os

agregados são em primeiro lugar, aquecidos e secos. De seguida, o betume à temperatura de fabrico

envolve os agregados no misturador [2]. Nesta fase exige-se que o betume envolva os agregados

adequadamente. Para que tal aconteça, a temperatura do betume não deve ser demasiado alta, o que

implica ter uma viscosidade baixa, que origine o escoamento do betume após o envolvimento dos

agregados. Por outro lado, a temperatura também não deve ser demasiado baixa, traduzindo-se numa

viscosidade alta, o que resulta num envolvimento deficitário dos agregados [3].

Após o processo de fabrico, a mistura betuminosa é espalhada e compactada a uma dada

temperatura, temperatura de compactação, com o objectivo de alcançar o volume de vazios definido

Figura 3.1 – Classificação das misturas betuminosas por intervalos de temperaturas (modificado de [15]).


25

no projecto [6]. Esta temperatura é importante nas operações de compactação pois influencia a

quantidade óptima, a absorção e o grau de envelhecimento do betume, tendo ainda efeitos sobre a

estrutura dos agregados, a trabalhabilidade e a baridade da mistura compactada, interferindo assim, no

desempenho da mistura betuminosa [16].

Nesta fase, a temperatura de compactação deve ser tal, que permita ao betume actuar como

lubrificante, de forma a facilitar o movimento das partículas de agregado no sentido de formarem uma

estrutura compacta, resistente e durável, e ao mesmo tempo, dotar a mistura betuminosa da coesão

necessária. A coesão entre as partículas depende da espessura do filme de betume que as envolve, que

é função da quantidade e da viscosidade do betume. Por sua vez, a viscosidade do betume depende do

tipo de betume e da temperatura de fabrico [1]. A resistência a conferir à mistura betuminosa deverá

ser a necessária para resistir, numa primeira instância, às operações de compactação e posteriormente

às condições de serviço.

Durante a compactação, se a temperatura for muito elevada, viscosidade baixa, o betume é

demasiado fluido e a mistura betuminosa não possui coesão, logo não consegue resistir aos esforços

induzidos pelos cilindros, originando compactações e descompactações sucessivas [1]. Por outro lado,

temperaturas de compactação baixas, viscosidade alta, reduzem significativamente a trabalhabilidade

da mistura betuminosa pelo aumento da resistência ao movimento dos agregados, tornando

extremamente difícil o processo de compactação [1, 3, 6]. Assim, como a viscosidade varia com a

temperatura, a temperatura de compactação óptima é a que origina uma menor resistência ao corte das

partículas, tendo em conta a capacidade da mistura betuminosa em resistir às cargas dos cilindros, sem

deformações elevadas [1].

3.2 Metodologias de determinação das temperaturas de fabrico e de compactação

Pelo exposto no subcapítulo 3.1, a temperatura adquire uma elevada importância nos processos de

fabrico e compactação de misturas betuminosas. Uma vez que, esta está intimamente relacionada com

a viscosidade do betume, que consequentemente, vai influenciar a qualidade do revestimento dos

agregados, a trabalhabilidade e a baridade final, reflectindo-se no desempenho final da mistura

betuminosa. Assim, a determinação destas temperaturas faz-se através de intervalos de viscosidade,

definidos com o objectivo de alcançarem as características óptimas da mistura betuminosa.

Inicialmente, os métodos para determinar os intervalos de temperaturas de fabrico e compactação

com recurso a intervalos de viscosidade foram desenvolvidos para os betumes puros, que era o tipo de

betume existente. Para estes betumes, que têm um comportamento Newtoniano a temperaturas


26

elevadas, os resultados destes intervalos de temperaturas são satisfatórios. Exemplos destes métodos

são o Superpave e o Shell, que são descritos de seguida. Estes métodos têm diferentes condições de

aplicação, o método Superpave é, actualmente, o método de referência na determinação das

temperaturas de fabrico e compactação em laboratório no Estados Unidos da América, enquanto que o

método da Shell é aplicado em obra.

Com a introdução e a crescente utilização dos betumes modificados, que apresentam um

comportamento não-Newtoniano, do tipo “shear-thinning” a temperaturas elevadas, verificou-se que a

aplicação do método Superpave não produz resultados satisfatórios na determinação dos intervalos de

temperaturas de fabrico e compactação. É mesmo desaconselhada a sua utilização em betumes

modificados, uma vez que, do seu uso resultam temperaturas demasiado elevadas, acima de 180°C,

pelo facto dos betumes modificados terem elevadas viscosidades, provocando desde um

envelhecimento excessivo do betume até à sua degradação e libertação de fumos tóxicos [6, 16, 17].

De acordo com os mesmos autores, menores temperaturas de fabrico e compactação podem ser

utilizadas comparativamente às que resultam do método Superpave, sem comprometer a qualidade do

processo de fabrico e compactação.

O facto das temperaturas óptimas de fabrico e compactação de misturas betuminosas com

betumes modificados não serem conhecidas faz com que as administrações rodoviárias, nos seus

cadernos de encargos, confiem nos intervalos de temperaturas recomendados pelos fabricantes, mesmo

sabendo que estes intervalos são baseados em estimativas não confirmadas, a não ser que o betume

modificado tenha uma extensa utilização [16].

De modo a colmatar as elevadas temperaturas de fabrico e compactação de misturas betuminosas

com betumes modificados, diversos autores têm desenvolvido novas metodologias, com o intuito de

obterem temperaturas mais aceitáveis, sem comprometer a qualidade da mistura betuminosa. Estas

novas metodologias diferem das desenvolvidas para os betumes puros, por darem maior importância à

variável taxa de corte, tentando estimar a taxa de corte que ocorre durante o processo de compactação,

e posteriormente, determinar a viscosidade a essa taxa de corte. Exemplos destas recentes

metodologias são os métodos da viscosidade a uma taxa de corte elevada, a uma taxa de corte zero

(baixa) e o fluxo de corte constante. Estes métodos são tipicamente laboratoriais e a descrição

pormenorizada de cada um deles é apresentada em seguida.

3.2.1 Método Superpave

Desde 1962 que o Asphalt Institute recomenda a determinação das temperaturas de fabrico e

compactação com base em intervalos de viscosidade. Em 1974, a mesma instituição, no manual Mix


27

Design Methods (MS-2), recomenda os intervalos de temperaturas de fabrico e compactação que

correspondam a uma viscosidade cinemática de 170±20 cSt e 280±30 cSt, respectivamente, quando a

formulação da mistura recorre ao projecto Marshall. Vinte anos mais tarde, e agora de acordo com o

projecto de formulação Superpave (SUperior PERforming asphalt PAVEments), os intervalos

recomendados pelo Asphalt Institute mantêm-se, à excepção das unidades, que agora surgem no

Sistema Internacional, sendo representativas da viscosidade dinâmica [6, 18]. Assim, e de acordo com

[12], os intervalos de viscosidade dinâmica recomendados para fabrico e compactação são 0,17±0,02

Pa·s e 0,28±0,03 Pa·s, respectivamente.

O processo corrente de cálculo dos intervalos de temperaturas de fabrico e compactação, de

acordo com o Superpave, implica a determinação da viscosidade, com recurso ao viscosímetro

rotacional, à taxa de corte de 6,8 s-1 e às temperaturas de 135°C e 165°C. Estes pontos, bem como os

intervalos de viscosidade de fabrico e compactação, são representados no gráfico que relaciona a

viscosidade dinâmica e a temperatura, Figura 3.2. Os pontos são unidos por uma linha recta,

facilitando assim a intercessão com os intervalos de viscosidade e a determinação dos respectivos

intervalos de temperaturas de fabrico e compactação [6, 18].

Segundo [11], os intervalos de viscosidade de fabrico e compactação, adoptados pelo Asphalt

Institute, são utilizados desde sempre, não havendo uma justificação para o seu uso nem para os níveis

de viscosidade tão baixos.

Este é um método que actualmente serve de referência na determinação de temperaturas de

fabrico e compactação, restringindo-se apenas à aplicação laboratorial, não devendo os seus resultados

ser transpostos directamente para condições de obra, uma vez que as temperaturas em obra dependem

de inúmeros factores, nomeadamente as de compactação.

Figura 3.2 – Gráfico viscosidade dinâmica – temperatura (modificado de [12]).

0,150,19

0,250,31

0,1

1

100 120 140 160 180 200

Vis

cosi

dade

din

âmic

a [P

a.s]

Temperatura [ºC]

Viscosidade dinâmica vs Temperatura

Intervalo de Fabrico

Intervalo de Compactação


28

3.2.2 Método da Shell

Este é um método direccionado para obra. De acordo com [3], a temperatura adequada para o

processo de fabrico é a que corresponde a uma viscosidade de aproximadamente 0,20 Pa·s, muito

semelhante à viscosidade recomendada no método Superpave (método laboratorial). Para a

compactação, a mesma fonte, aconselha um intervalo de temperaturas que dê origem a viscosidades

entre 2,0 Pa·s e 20 Pa·s. A justificação para esta diferença e amplitude de intervalo, relativamente ao

método Superpave, está no facto deste se tratar de um método de obra, onde a temperatura de

compactação é afectada por inúmeros factores, nomeadamente, condições atmosféricas, distância a

percorrer, vento, tipo de compactação, espessura da camada, entre outros.

Os intervalos de viscosidade estão representados na Figura 3.3, diagrama BTDC – Bitumen Test

Data Chart, desenvolvido por Heukelom e relaciona, entre outros, a viscosidade e a temperatura.

Nesta figura encontram-se também indicados os problemas que atingem a mistura betuminosa quando

é fabricada e compactada fora dos limites fixados.

Figura 3.3 – Diagrama BTDC: viscosidades de fabrico e compactação de misturas betuminosas com betumes puros [2].


29

3.2.3 Viscosidade a uma taxa de corte elevada

Esta metodologia de determinação das temperaturas de fabrico e compactação de misturas

betuminosas com betumes modificados resulta do estudo elaborado por Yetkin Yildirim e

colaboradores [6, 19, 20].

Este método assenta na ideia de que, para determinar as temperaturas de fabrico e compactação

de uma mistura betuminosa com betumes modificados é necessário saber qual a taxa de corte a que o

betume é submetido durante a compactação. Para tal, este método admite a hipótese de que, se todos

os factores que influenciam a baridade de uma mistura betuminosa (granulometria do agregado,

viscosidade do betume e o tipo de compactador) são mantidos ao longo do processo de compactação

no compactador giratório, então quaisquer dois provetes compactados nas mesmas condições têm a

mesma baridade. Assim, quando quaisquer dois provetes têm a mesma baridade, têm a mesma

viscosidade.

Neste estudo, as misturas betuminosas foram preparadas com quatro betumes diferentes, dois não

modificados e dois modificados, e compactadas, no compactador giratório, a temperaturas

relativamente baixas (entre 50°C e 95°C), para amplificar o efeito da temperatura sobre a baridade. A

relação entre a baridade e a temperatura de compactação foi estimada para as misturas com betume

não modificado e modificado. Seleccionando-se um valor de baridade, normalmente à temperatura

mais alta comum às duas misturas, resultam duas temperaturas de compactação, que foram utilizadas

para medir a viscosidade dos respectivos betumes, não modificado e modificado, a diferentes taxas de

corte. A estas temperaturas de compactação, sabe-se, pela hipótese admitida, que ambas as misturas

têm a mesma viscosidade. A taxa de corte a que o betume é submetido durante o processo de

compactação, no compactador giratório, é aquela que resulta intersecção da extrapolação das

viscosidades do betume, não modificado e modificado, às duas temperaturas de compactação, neste

ponto as viscosidades são iguais. A taxa de corte média, das misturas analisadas, a que o betume é

submetido durante a compactação no compactador giratório, é aproximadamente 500 s-1.

De modo a perceber o erro cometido, ao extrapolar os valores de viscosidade à taxa de corte de

500 s-1, os autores estudaram o valor do erro padrão das extrapolações e chegaram à conclusão que os

valores extrapolados podem ser utilizados no cálculo das temperaturas de fabrico e compactação de

misturas betuminosas com betumes modificados, uma vez que o valor médio do erro padrão é cerca de

53 s-1, o que representa um valor relativamente pequeno tendo em conta o valor de 500 s-1.

Para determinar as temperaturas de fabrico e compactação à nova taxa de corte (500 s-1), é

necessário estimar a relação entre a viscosidade e a taxa de corte, dentro dos limites praticáveis do

viscosímetro rotacional de Brookfield, a 135°C e 165°C, e de seguida, através do modelo da lei de


30

potência, extrapolar o valor da viscosidade para a taxa de corte de 500 s-1. Estes valores, bem como os

respectivos intervalos de viscosidade, são representados no gráfico que relaciona a viscosidade

dinâmica e a temperatura, Figura 3.2. Posteriormente, os pontos devem ser unidos por uma linha recta,

que intersecta os intervalos de viscosidade, facilitando a determinação dos intervalos de temperaturas

de fabrico e compactação.

A partir do procedimento descrito em cima, resultam duas abordagens, que diferem apenas na

definição do critério do intervalo de viscosidade de fabrico e compactação. Assim, neste trabalho

designa-se por “original” a variante deste método que adopta os intervalos de viscosidade de fabrico e

compactação de 0,17±0,02 Pa·s e 0,28±0,03 Pa·s, respectivamente. E por “evolução” a alteração a este

método que adopta os intervalos de viscosidade de fabrico e compactação de 0,275±0,03 Pa·s e

0,550±0,06 Pa·s, respectivamente. Estes novos intervalos resultam da medição da viscosidade de 50

betumes modificados, de 14 produtores diferentes, às temperaturas especificadas pelo Texas

Department of Transportation. Estas temperaturas foram estabelecidas através de ensaios empíricos e

valores atribuídos arbitrariamente, não tendo deste modo, a capacidade de alcançar temperaturas

equiviscosas. Contudo, a estas temperaturas o revestimento das partículas é eficaz, bem como a

compactação. O critério de selecção destes novos intervalos tem por base a média do intervalo de

viscosidade mais frequente e, no caso do intervalo de viscosidade de compactação acresce o facto

deste se dever manter dentro do limite de duas vezes o intervalo de fabrico.

As principais conclusões a retirar desta abordagem são que a taxa de corte tem um efeito

significativo na medição da viscosidade dos betumes modificados e que da sua utilização na

determinação das temperaturas de fabrico e compactação resultam temperaturas inferiores às obtidas

pela metodologia Superpave em 10°C a 40°C. Contudo, este método foi criticado por utilizar

temperaturas de compactação muito baixas, e de seguida utilizá-las para medir e extrapolar as

viscosidades, até encontrar a taxa de corte onde a viscosidade do betume não modificado e modificado

são iguais. Isto porque às temperaturas elevadas, tipicamente utilizadas em laboratório, os betumes

apresentam um comportamento menos dependente da taxa de corte e portanto as extrapolações da

viscosidade são diferentes.

3.2.4 Viscosidade à taxa de corte zero (baixa)

Este método de determinação das temperaturas de fabrico e compactação de misturas

betuminosas com betumes modificados resulta do estudo desenvolvido por Hussain Bahia e

colaboradores [11, 21].


31

Após estudarem a relação entre a viscosidade e o volume de vazios, a diferentes temperaturas, os

autores concluíram que a viscosidade do betume a uma taxa de corte baixa, tem maior influência no

processo de compactação de misturas betuminosas com betumes modificados, que a viscosidade a uma

taxa de corte elevada. Assim, este método baseia-se na hipótese da viscosidade a uma taxa de corte

baixa conduzir a um relação única, independentemente do tipo de betume, entre esta e o volume de

vazios da mistura betuminosa, para um dado esforço de compactação. Por outras palavras, o método

explora a influência que a viscosidade tem na compactação da mistura betuminosa, uma vez que esta

faz variar o volume de vazios que está intimamente relacionado com a compactação, através da

baridade que a mistura betuminosa adquire durante o processo de compactação.

Com o intuito de testar a hipótese que apoia este método os autores realizaram ensaios, para

correlacionar o volume de vazios com os valores de viscosidade estimados a diferentes taxas de corte.

Chegando à conclusão que os valores de correlação melhoram continuamente com a diminuição da

taxa de corte a que a viscosidade é medida, logo a taxa de corte óptima, a que a viscosidade deve ser

medida, é a taxa de corte zero. Por outro lado, determinaram também a taxa de corte no compactador

giratório e concluíram que esta, para a maior parte do número total de rotações, é inferior a 0,01 s-1,

apoiando assim a ideia de utilizar a viscosidade a taxas de corte baixas, para determinar a temperatura

de compactação.

Deste modo, foi necessário encontrar um valor de viscosidade, à taxa de corte zero (0,000s-1), que

conduza a uma compactação eficaz. Para tal, definiram que as temperaturas de fabrico e compactação

não devem exceder 160°C e 150°C, respectivamente. Com base nos dados recolhidos no estudo,

concluíram que para uma viscosidade de compactação de 6,0 Pa·s são alcançadas temperaturas

próximas do valor alvo, 150°C, e usando uma viscosidade de fabrico de 3,0 Pa·s, que é metade da

viscosidade de compactação, verificaram que as temperaturas de fabrico não ultrapassam os 165°C.

Estes valores de viscosidades definem, neste trabalho, a variante do método designada por “original”.

Com a intenção de simplificar o método original, os autores estudaram com sucesso, a

possibilidade de medir a viscosidade à taxa de corte recomendada no sistema Superpave, 6,8 s-1, e

obter temperaturas de fabrico e compactação muito semelhantes às determinadas quando a viscosidade

é medida à taxa de corte zero. Para tal, novos intervalos de viscosidade foram definidos em 0,75±0,05

Pa·s para fabrico e 1,4±0,10 Pa·s para compactação. De acordo com o estudo de [22], o intervalo de

viscosidade de compactação deve ser ligeiramente inferior, na ordem dos 1,1±0,2 Pa·s. Esta derivação

do método original designa-se, neste trabalho, por “simplificação”.

Segundo os mesmos autores, as temperaturas de fabrico e compactação determinadas à

viscosidade de 3,0 Pa·s e 6,0 Pa·s, respectivamente, mantêm-se praticamente inalteradas, quando


32

medidas num intervalo compreendido entre a taxa de corte zero (0,000 s-1) e a taxa de corte a 0,001 s-1.

Para as viscosidades medidas à taxa de corte 0,001 s-1, os critérios de viscosidade, para determinar as

temperaturas de fabrico e compactação, estão fixados em 3,0±0,3 Pa·s para fabrico e 6,0±0,6 Pa·s para

compactação, apelidando-se esta vertente do método original de viscosidade a uma taxa de corte baixa.

De acordo com [20], a viscosidade deve ser medida a 120°C, 135°C e 165°C. A viscosidade às

taxas de corte envolvidas na maioria das vertentes deste método, não é medida pelo viscosímetro

rotacional de Brookfield, como tal tem de ser estimada através do modelo de Cross, ver 2.5.1, a partir

de dados recolhidos por este. Estes valores de viscosidade, bem como os respectivos critérios de

viscosidade, são representados no gráfico que relaciona a viscosidade dinâmica e a temperatura,

Figura 3.2. Posteriormente, os pontos devem ser unidos por uma linha recta, que intersecta os critérios

de viscosidade, facilitando a determinação dos intervalos de temperaturas de fabrico e compactação.

Através da utilização desta metodologia, obtêm-se temperaturas de fabrico e compactação

satisfatórias, inferiores a 165°C, apresentando ainda bons resultados ao nível do revestimento dos

agregados e atingindo um volume de vazios dentro dos limites alvo 4±1%. Consegue-se assim,

alcançar a compactação desejável, sem que haja degradação térmica do betume devido a temperaturas

excessivas. Contudo e de acordo com [20], apesar de se recomendar a utilização deste método para a

determinação das temperaturas de fabrico e compactação de misturas betuminosas com betumes

modificados, adverte-se que do mesmo método resultam temperaturas de fabrico e compactação muito

baixas para alguns betumes modificados.

3.2.5 Fluxo de corte constante

A determinação das temperaturas de fabrico e compactação de acordo com o conceito de fluxo de

corte constante é da autoria de G. Reinke, vindo descrito em [20].

Este método usa o reómetro de corte dinâmico (DSR), para medir a viscosidade do betume às

temperaturas de 76°C, 82°C e 88°C, durante um intervalo de tensão de corte de 0 a 500 Pa. A esta

tensão de corte a viscosidade do betume modificado é constante. As viscosidades à tensão de corte de

500 Pa e às temperaturas de 76°C, 82°C e 88°C, são representadas no gráfico que relaciona a

viscosidade dinâmica e a temperatura, Figura 3.2. Os três pontos são unidos por uma linha recta, que

intersecta os respectivos intervalos de viscosidade recomendados, facilitando a determinação dos

intervalos de temperaturas de fabrico e compactação. Os intervalos de viscosidade de fabrico e

compactação definidos neste método são 0,17±0,02 Pa·s e 0,35±0,03 Pa·s, respectivamente.

De acordo com o autor do método, deste resultam, para os poucos betumes modificados com

polímeros testados, intervalos de temperaturas de fabrico e compactação satisfatórios.


33

Este é um método de simples execução, contudo nem todos os betumes modificados atingem o

estado de tensão de corte constante perto dos 500 Pa, para além de necessitar a extrapolação da

viscosidade para temperaturas elevadas.

3.3 Resumo

A partir dos elementos apresentados, elaboraram-se o Quadro 3.1, Quadro 3.2 e Quadro 3.3 que

resumem os métodos de determinação das temperaturas de fabrico e compactação de misturas

betuminosas para betumes puros e modificados. No Quadro 3.1 sintetizam-se as condições de

aplicação dos métodos utilizados na determinação das temperaturas de fabrico e compactação para os

betumes puros, o método Superpave de aplicação laboratorial e o método da Shell utilizado em obra.

No Quadro 3.2 e Quadro 3.3 encontram-se sintetizadas as condições de aplicação dos métodos

utilizados na determinação das temperaturas de fabrico e compactação para betumes modificados.

Estes métodos são utilizados apenas em âmbito laboratorial, verificando-se que entre eles varia a taxa

de corte a que a viscosidade é determinada e/ou o intervalo de viscosidade, obtendo-se deste modo

diferentes temperaturas de fabrico e compactação.

Quadro 3.1 – Métodos de determinação das temperaturas de fabrico e compactação de misturas betuminosas com betumes puros.

Método Superpave Shell Temperatura [°C] 135 e 165

Taxas de Corte [s-1] 6,8 Intervalo de viscosidade

[Pa·s]

Fabrico 0,17±0,02 0,20

Compactação 0,28±0,03 2,0 a 20

Quadro 3.2 – Métodos de determinação das temperaturas de fabrico e compactação de misturas betuminosas com betumes modificados.

Método Viscosidade a uma taxa de

corte elevada Viscosidade à taxa de corte

zero Viscosidade a uma taxa de corte baixa Original Evolução Original Simplificação

Temperatura [°C] 135 e 165 120, 135 e 165

Taxas de Corte [s-1] 500 500 0,000 6,8 0,001

Intervalo de viscosidade

[Pa·s]

Fabrico 0,17±0,02 0,275±0,03 3,0 0,750±0,05 3,0±0,3

Compactação 0,28±0,03 0,550±0,06 6,0 1,40±0,10 ou 1,10±0,20 6,0±0,6


34

Quadro 3.3 – Métodos de determinação das temperaturas de fabrico e compactação de misturas betuminosas com betumes modificados (continuação).

Método Fluxo de corte constante

Temperatura [°C] 76, 82 e 88

Tensão de Corte [Pa] 500 Intervalo de viscosidade

[Pa·s]

Fabrico 0,17±0,02

Compactação 0,35±0,03

35


Capítulo 4

4 Metodologia experimental

4.1 Introdução

Todo o estudo experimental teve a colaboração do laboratório do Núcleo de Investigação

Desenvolvimento e Inovação (NIDIN), pertencente à empresa Probigalp Ligantes Betuminosos S.A.,

que disponibilizou os materiais necessários e as suas instalações para a realização de todos os ensaios

aos betumes estudados.

No subcapítulo 4.2 apresentam-se os betumes puros utilizados, os seus produtores, as suas origens

e a sua gama de penetração. Descreve-se o processo realizado na modificação dos betumes puros,

enunciam-se as diferentes percentagens de polímero SBS utilizadas no estudo e caracterizam-se os

agentes modificador e estabilizador.

O subcapítulo 4.3 aborda todos os ensaios de especificação realizados na caracterização dos

betumes puros e modificados.

4.2 Betumes puros e modificados

Para a realização deste estudo foram utilizadas cinco amostras de betumes puros, provenientes de

dois produtores, Galp e Cepsa, e três refinarias, Sines (Galp), Porto (Galp) e Huelva (Cepsa), com

gamas de penetração 35/50 e 50/70. No Quadro 4.1 resumem-se os betumes puros utilizados no

CAPÍTULO 4. METODOLOGIA EXPERIMENTAL

36

estudo, de acordo com o produtor, refinaria e a gama de penetração. No Quadro 4.2 indicam-se os

ensaios realizados aos betumes puros.

Quadro 4.1 – Resumo dos betumes puros utilizados no estudo, assinalados com (), de acordo com o produtor, refinaria e gama de penetração.

Produtor Refinaria Tipo de betume

35/50 50/70

Galp (G) Sines (S) Porto (P)

Cepsa (C) Huelva (H) -

Quadro 4.2 – Ensaios realizados ao betume puros, assinalados com ().

Ensaios Determinação da penetração – EN 1426

Determinação da temperatura de amolecimento – EN 1427 Determinação da viscosidade do betume usando o viscosímetro rotativo – EN 13302

Os betumes modificados utilizados neste trabalho foram modificados em laboratório, no

laboratório do NIDIN, com três percentagens diferentes de polímero SBS (2%, 3% e 4%) em relação à

massa de betume modificado a preparar. Estes encontram-se resumidos no Quadro 4.3.

Quadro 4.3 – Resumo dos betumes modificados utilizados neste estudo, assinalados com (), de acordo com as diferentes percentagens de polímeros SBS relativamente à massa de betume modificado a preparar.

Produtor Refinaria Tipo de betume

35/50 50/70 2% 3% 4% 2% 3% 4% % Polímero SBS

Galp (G) Sines (S) Porto (P)

Cepsa (C) Huelva (H) - - -

Doravante, e para facilitar a sua nomeação, os betumes designar-se-ão pela inicial do produtor e

da refinaria, seguido da gama de penetração. No caso do betume ser modificado, acresce a inicial “P”,

de polímero, seguida da respectiva percentagem de polímero SBS em relação à massa de betume

modificado a preparar. Exemplo, GS 35/50 P2 diz respeito a um betume do produtor Galp, da refinaria

de Sines, com gama de penetração 35/50 e com 2% de polímero SBS em relação à massa de betume

modificado a preparar.

As amostras de betume puro foram recolhidas para latas metálicas com cinco litros de capacidade,

para garantir o mesmo lote em todos os ensaios ao betume puro e modificado. As amostras de betume

modificado foram recolhidas, após a modificação, para latas metálicas de um litro de capacidade.

Após as recolhas, as latas foram etiquetadas e armazenadas de acordo com a EN 58 [23].


37

4.2.1 Processo de modificação do betume puro

Para a produção dos betumes modificados em laboratório recorreu-se ao processo de modificação

correntemente utilizado no laboratório do NIDIN. Inicialmente definiu-se a quantidade total, em

massa, de betume modificado a preparar e calculou-se a quantidade, em massa, de cada um dos

reagentes envolvidos na modificação. Os reagentes e as quantidades envolvidas na modificação do

betume são apresentadas no Quadro 4.4. As percentagens aí mencionadas dizem respeito à quantidade

de reagente a preparar, relativamente à massa total de betume modificado a preparar.

Quadro 4.4 – Tipo e quantidades dos reagentes envolvidos na modificação dos betumes.

Reagente Tipo Quantidades (% relativas à massa total de betume modificado a preparar)

Betume puro 35/50 50/70 97,5% 96,5% 95,5% Polímero SBS 2% 3% 4%

Extracto aromático NF 100 0,5% 0,5% 0,5%

A modificação de um betume puro com polímero estireno-butadieno-estireno (SBS), polímero do

tipo elastómero termoplástico, provoca diminuição da penetração e aumento da temperatura de

amolecimento do betume modificado, relativamente ao betume que lhe deu origem. Verifica-se ainda

o melhoramento da flexibilidade e da ductilidade do betume modificado a baixas temperaturas. A

utilização destes betumes no fabrico de misturas betuminosas resulta num aumento da resistência à

deformação permanente [2, 3]. A introdução do extracto aromático do tipo NF 100 tem a função de

estabilizar o processo de fabrico.

De modo a produzir os betumes modificados em laboratório, foi seguido o seguinte protocolo

experimental:

• Preparação da amostra de betume puro de acordo com a EN 12594, ver 4.3.1, à

temperatura de aproximadamente 170°C;

Figura 4.1 – Polímero SBS (à esquerda) e o aditivo NF 100 (à direita) (Laboratório NIDIN).


38

• Verter a quantidade necessária de betume puro, previamente aquecido, no recipiente de

modificação, colocar dentro da manta de aquecimento e agitar o preparado a 150 rpm;

• Quando este atingir a temperatura de 175°C, introduzir o extracto aromático e manter o

preparado em agitação;

• Mantendo a temperatura constante, adicionar o polímero SBS e continuar a agitar o

preparado a 150 rpm, durante 150 minutos;

• Retirar, durante o processo de produção, amostras para realizar os ensaios descritos no

Quadro 4.5.

• Realizar os ensaios ao betume modificado de seguida, a fim de evitar o mais possível

ciclos de aquecimento-arrefecimento;

• Manter as amostras na estufa no máximo durante 120 minutos a uma temperatura inferior

ou igual a 100°C acima do ponto de amolecimento esperado, definido pela EN 1427, ver

4.3.3.

Quadro 4.5 – Ensaios realizados ao betume modificado, assinalados com (), aos diversos tempos de agitação.

Ensaios Tempo de agitação

[minutos] 30 60 90 120 150

Determinação da penetração – EN 1426 Determinação da temperatura de amolecimento – EN 1427

Determinação da resistência ao endurecimento. Método RTFOT – EN 12607 - - - - Determinação da viscosidade do betume usando o viscosímetro rotativo – EN 13302 - - - -

Determinação da recuperação elástica – EN 13398 - - - - Determinação da estabilidade ao armazenamento – EN 13399 - - - -

Visualização da dispersão de polímero ao microscópio - - - -

Na Figura 4.2, ilustra-se a produção dos betumes modificados em laboratório. O recipiente de

modificação é inserido na manta de aquecimento, envolto em papel de alumínio e tapado, para evitar

ao máximo a dissipação do calor emitido pela manta. O controlo da temperatura da modificação é feito

através de um termómetro digital submerso no betume modificado. A agitação é constante, a 150 rpm,

e segundo o eixo vertical.


39

4.3 Ensaios de especificação de betumes puros e modificados

4.3.1 Preparação de amostras para ensaio – EN 12594

A preparação de amostras para ensaios realiza-se de acordo com a EN 12594 [24]. As amostras

foram aquecidas na estufa à temperatura de 170°C. Após a completa fusão do betume, procede-se à

homogeneização manual da amostra, através da agitação cuidadosa com uma vareta, para evitar a

formação de bolhas de ar, durante dois a três minutos. Por fim, o betume homogeneizado e na sua

forma líquida é colocado nos moldes de ensaio. Todos os ensaios realizados são sujeitos a esta

preparação da amostra.

4.3.2 Determinação da penetração – EN 1426

Este ensaio realiza-se de acordo com a EN 1426 e tem como objectivo medir a penetração de uma

agulha normalizada numa amostra em condições pré-definidas [25]. Após a preparação da amostra

para ensaio, de acordo com EN 12594, ver 4.3.1, a cápsula de penetração limpa, é cheia até à

superfície e imediatamente coberta com um vidro de relógio, para permitir a eliminação de bolhas de

ar e a protecção ao pó. A amostra arrefece à temperatura ambiente durante 90 minutos e de seguida

num banho de água a 25°C, mais 90 minutos. Posteriormente, a cápsula de penetração é colocada

numa tina com água à temperatura de 25°C, para manter a temperatura de ensaio, e é efectuado o

ensaio de determinação da penetração ao betume, utilizando o penetrómetro semi-automático, Figura

4.3.

Figura 4.2 – Produção dos betumes modificados em laboratório (Laboratório do NIDIN).


40

4.3.3 Determinação da temperatura de amolecimento. Método anel e bola – EN 1427

Este ensaio executa-se de acordo com a EN 1427 e consiste na medição da temperatura a que as

esferas de aço atravessam o betume colocado nos anéis de latão, devido ao seu amolecimento [26].

Após a preparação da amostra para ensaio conforme a EN 12594, ver 4.3.1, os anéis, previamente

aquecidos, 90°C acima da sua temperatura de amolecimento expectável, são colocados num prato de

suporte pré-revestido com agente libertador (glicerina), são cheios em excesso e arrefecem à

temperatura ambiente durante 30 minutos. Passados os 30 minutos, os anéis são rasados, usando uma

espátula quente, de modo a limpar o excesso de betume e alisar os anéis, ficando estes mais 30

minutos à temperatura ambiente.

Posteriormente, os anéis são colocados no suporte de ensaio, com as respectivas guias, e inseridos

num copo de precipitação com água desionizada, caso o ponto de amolecimento espectável seja

inferior a 80°C, ou em glicerina, para pontos de amolecimentos superiores. No caso do banho ser a

água desionizada, o copo de precipitação é colocado na câmara de refrigeração, a 5°C±1°C, se por sua

vez, o banho é glicerina, este deve ser aquecido a 30°C±1°C. Em ambos os casos as temperaturas

devem ser mantidas durante 15 minutos de modo a estabilizar a temperatura inicial do ensaio.

Por fim, colocam-se as esferas nas guias, sobre cada anel, e o copo de precipitação, com todo o

conjunto, no equipamento de ensaio, Figura 4.4. O equipamento de ensaio agita o banho e aumenta a

sua temperatura à taxa de 5°C/min, automaticamente. O ensaio dá-se por terminado quando as esferas,

devido ao amolecimento do betume, atravessam o betume dos anéis e embatem no prato inferior do

suporte de ensaio. A temperatura de amolecimento diz respeito à média das temperaturas de

amolecimentos dos dois anéis.

Figura 4.3 – Penetrómetro semi-automático e cápsula de penetração (Laboratório do NIDIN).


41

4.3.4 Determinação da resistência ao endurecimento sob influência do calor e ar. Método RTFOT – EN 12607-1

O ensaio RTFOT (Rolling Thin-Film Oven Test) realiza-se em conformidade com a EN 12607-1 e

pretende simular o endurecimento que o betume sofre durante a fase de fabrico da mistura betuminosa

na central de produção [27].

Depois de preparada a amostra para ensaio em concordância com a EN 12594, ver 4.3.1, oito

copos do RTFOT, previamente aquecidos na estufa a 100°C±5°C durante um hora e colocados a

arrefecer no exsicador durante outra hora. Cada copo é pesado e cheio com 35g±0,5g de betume, sem

que este contacte com a face exterior do copo. Posteriormente, os copos são inseridos no forno,

previamente aquecido a 163°C±1°C durante uma hora, e colocados a rodar a uma velocidade de

15rpm±0,2rpm, sob um fluxo de ar constante de 4ℓ/min±0,2ℓ/min, durante 75min±1min. No final do

ensaio, verte-se o resíduo de seis copos para um copo de precipitação, homogeneíza-se e enchem-se a

cápsula de penetração e os anéis, para se proceder aos ensaios de determinação da penetração (EN

1426) e da temperatura de amolecimento (EN 1427), respectivamente. Os restantes dois copos são

colocados a arrefecer no exsicador à temperatura ambiente, durante uma hora, seguindo-se a sua

pesagem e a determinação da variação de massa.

Figura 4.4 – Ensaios de determinação da temperatura de amolecimento (Laboratório do NIDIN).


42

4.3.5 Determinação da viscosidade do betume usando o viscosímetro rotativo – EN 13302

Este ensaio tem por base a EN 13302 e por objectivo a determinação da viscosidade dinâmica de

um betume a temperaturas elevadas, através da medição do esforço de torção (binário), necessário para

manter uma determinada velocidade de rotação constante, utilizando um viscosímetro rotacional,

Figura 2.16, [28].

Após a preparação da amostra para ensaio em conformidade com a EN 12594, ver 4.3.1, a câmara

de amostra é cheia, para que após a introdução do spindle este fique completamente imerso.

Antecipadamente, a câmara de amostra vazia e o spindle haviam sido colocados a estabilizar dentro do

meio termostatizado (Thermosel), à temperatura que será utilizada na medição da viscosidade

dinâmica. Depois da câmara de amostra estar cheia, esta é transferida para o meio termostatizado

(Thermosel) e o spindle é imerso na amostra até à profundidade especificada pelo fabricante,

permanecendo o conjunto nesta condição entre 15 a 30 minutos para estabilização da temperatura.

Após a estabilização da temperatura, liga-se a rotação do viscosímetro, espera-se pela estabilização

das medições e registam-se três leituras, com um intervalo mínimo de 60 segundos. A viscosidade

dinâmica é a média aritmética dos três valores medidos. As leituras devem ser realizadas para um

binário entre 10% e 90% do intervalo de trabalho indicado no aparelho. Caso este intervalo não seja

cumprido deve-se variar uma das variáveis, spindle ou velocidade de rotação.

Contudo, foi efectuada uma alteração ao procedimento descrito nesta norma, nomeadamente ao

nível do intervalo do binário considerado nas medições. Esta alteração é baseada nos manuais de

instruções do viscosímetro de Brookfield DV-II + Pro utilizado, que mencionam que para binários

entre 10% e 100% resultam medições satisfatórias. Assim, foram admitidas medições de viscosidade

dentro deste intervalo [10, 14].

Figura 4.5 – Equipamento utilizado na determinação da resistência ao envelhecimento, método RTFOT. Forno (à esquerda) e copos do RTFOT no exsicador (à direita) (Laboratório do NIDIN).


43

Em média a estabilização das medições ocorreu entre os minutos 20 e 25, pelo que as medições

recolhidas foram aos minutos 26, 27 e 28.

4.3.6 Determinação da recuperação elástica – EN 13398

O ensaio de determinação da recuperação elástica de um betume executa-se em conformidade

com a EN 13398 e aplica-se especialmente a betumes modificados com elastómeros termoplásticos

[29].

Depois de preparada a amostra para ensaio em conformidade com a EN 12594, ver 4.3.1, os

moldes da recuperação elástica, previa e devidamente revestidos com agente libertador, são colocados

por cima de uma folha de papel de alumínio, também revestida com agente libertador, e são

preenchidos com betume, com especial cuidado nos cantos do molde. Posteriormente, os moldes

arrefecem à temperatura ambiente durante 30 minutos e são transferidos para o banho de água a

25°C±0,5°C, onde permanecem mais 30 minutos. A fim de serem rasados com uma espátula quente,

os moldes são retirados do banho de água, e seguidamente devolvidos, permanecendo no banho mais

90min±5min antes de serem ensaiados. Finalmente, colocam-se os moldes nos pratos de tracção do

ductílimetro, retiram-se os apoios laterais dos moldes e inicia-se o ensaio, Figura 4.6. Os moldes são

esticados a uma velocidade de 50mm/min ±2,5mm/min até um alongamento de 200mm±1mm. Após o

alongamento, os fios de betume alongados são cortados na meia distância. Espera-se 30 minutos após

o corte e mede-se a distância entre cada extremidade cortada. A recuperação elástica diz respeito à

média das distâncias entre as extremidades cortadas dos vários moldes relativamente ao alongamento

total e é expressa em percentagem.

Figura 4.6 – Determinação da recuperação elástica. Molde da recuperação elástica (à esquerda), ductilímetro e moldes em ensaio (à direita) (Laboratório do NIDIN).


44

4.3.7 Determinação da estabilidade ao armazenamento – EN 13399

O ensaio de determinação da estabilidade ao armazenamento realiza-se de acordo com a EN

13399 e tem o objectivo de medir a estabilidade ao armazenamento de betumes modificados, a

temperaturas elevadas. Nomeadamente os modificados com polímeros, que são conhecidos por

apresentarem separação de fases [30].

Seguidamente à preparação da amostra para ensaio de acordo com a EN 12594, ver 4.3.1, os

tubos de alumínio, tipo pasta de dentes com pelo menos 160mm de altura, Figura 4.7, são cheios com

cuidado para evitar a incorporação de bolhas de ar, até uma altura entre 100mm e 120mm, e fecham-se

bem, de modo a evitar o contacto com o ar durante a elevada temperatura de armazenamento. De

seguida, transferem-se os tubos para a estufa à temperatura de 180°C±5°C, onde permanecem 72h±1h.

Assegura-se a posição vertical dos tubos durante todo o ensaio. No fim do tempo de permanência na

estufa, retiram-se os tubos e deixam-se arrefecer à temperatura ambiente, sempre na posição vertical.

Posteriormente, colocam-se na câmara de refrigeração, o tempo suficiente para que facilmente se retire

o invólucro de alumínio e recupera-se o betume modificado. O betume recuperado é dividido em três

partes iguais, que são devidamente separadas, com as respectivas marcas “topo” e “base”, sendo a

parte intermédia suprimida. Por fim, às partes do betume marcadas com “topo” e “base” são

efectuados os ensaios, separadamente, de determinação da penetração (EN 1426) e da temperatura de

amolecimento (EN 1427). A estabilidade ao armazenamento diz respeito à variação destas

propriedades entre o “topo” e “base”.

4.3.8 Visualização da dispersão do polímero no microscópio

Este ensaio tem por objectivo a visualização da dispersão do polímero no betume modificado,

através da sua análise ao microscópio de fluorescência. Este é um método informativo, que deve

apenas ser utilizado para efeitos de identificação, em conexão com o controlo de produção [31].

Após a preparação da amostra para ensaio de acordo com a EN 12594, ver 4.3.1, uma pequena

porção de betume modificado, devidamente homogeneizada, é vertida para uma tira de papel, com o

Figura 4.7 – Tubo do ensaio de estabilidade ao armazenamento (Laboratório do NIDIN).


45

auxílio de uma vareta. Posteriormente esta é colocada na câmara de refrigeração, a temperaturas

negativas. Este procedimento é essencial para que o betume modificado adquira a morfologia ideal.

Por fim, a amostra é visualizada ao microscópio de fluorescência, com uma ampliação de 10 vezes e

regista-se a imagem observada.

47


Capítulo 5

5 Estudo das temperaturas de fabrico e compactação

5.1 Introdução

No capítulo 3 apresentaram-se as metodologias desenvolvidas para a determinação das

temperaturas de fabrico e compactação de misturas betuminosas para betumes puros e modificados.

No presente capítulo pretende-se colocar em prática estas metodologias, através da sua aplicação a

betumes puros e modificados com polímero SBS.

No subcapítulo 5.2 expõem-se os resultados de caracterização dos betumes utilizados. Esta

caracterização compreendeu a realização dos ensaios aos betumes, sendo dada maior ênfase ao ensaio

de viscosidade dinâmica, tendo em conta o objectivo final do trabalho.

No subcapítulo 5.3 apresentam-se os resultados dos intervalos de temperaturas de fabrico e

compactação dos betumes puros e modificados, de acordo com os diversos métodos.

5.2 Resultados dos ensaios da caracterização dos betumes

5.2.1 Betumes puros

No Quadro 5.1 sintetizam-se os resultados da caracterização dos betumes puros utilizados neste

estudo, para as propriedades analisadas. A viscosidade cinemática, em mm2/s, foi obtida através da

divisão da Equação (2.2) pelo factor de conversão de unidades 10-6, admitindo que a massa volúmica

CAPÍTULO 5. ESTUDO DAS TEMPERATURAS DE FABRICO E COMPACTAÇÃO

48

do betume puro é em média ≈1030 kg/m3 e que o valor de viscosidade dinâmica, em Pa·s a 135°C, é a

média dos valores medidos às diferentes taxas de corte. O índice de penetração (IPen) dos betumes

puros foi determinado de acordo com a Equação (5.1), desenvolvida por Pfeiffer and Van Doormaal.

Nesta, pen25 representa a determinação da penetração do betume a 25°C e TAB a temperatura de

amolecimento do betume de acordo com o método anel e bola. O índice de penetração dos betumes

situa-se entre -3 para betumes muito susceptíveis à temperatura e 7 para betumes pouco susceptíveis à

temperatura [3]. ( )

( )1952 500 log pen25 20 TAB

IPen50 log pen25 TAB 120− × − ×

=× − −

(5.1)

Quadro 5.1 – Resultados da caracterização dos betumes puros.

Propriedades Métodos de ensaio

Betumes puros CH 50/70 GS 50/70 GP 50/70 GS 35/50 GP 35/50

Penetração (0,1 mm) [25°C, 100g, 5s] EN 1426 51,2 51,3 66,1 48,3 42,1

Temperatura de amolecimento (°C) EN 1427 52,1 50,3 46,5 50,6 52,1

Viscosidade cinemática (mm2/s) [135°C] 648,86 417,79 362,95 476,55 564,33

Índice de penetração -0,64 -1,07 -1,48 -1,13 -1,08

No Quadro 5.2 apresentam-se os valores da viscosidade dinâmica medidos a diferentes

temperaturas e taxas de corte, para os betumes puros. No Anexo A, encontra-se uma perspectiva

gráfica destes mesmos valores. Os resultados foram obtidos através do ensaio da viscosidade

dinâmica, em conformidade com o procedimento descrito em 4.3.5.

Quadro 5.2 – Viscosidade dinâmica dos betumes puros.

Temperatura [°C] 120 135 150 165 180 -1 [s ]γ [Pa s]η ⋅ -1 [s ]γ [Pa s]η ⋅ -1 [s ]γ [Pa s]η ⋅ -1 [s ]γ [Pa s]η ⋅ -1 [s ]γ [Pa s]η ⋅

CH

50/

70 6,8 1,5460 17 0,6700 18,6 0,3000 37,2 0,1700 46,5 0,1030

27,2 1,5460 34 0,6700 74,4 0,3025 74,4 0,1700 74,4 0,1031 51 1,5450 51 0,6683 126 0,3026 126 0,1700 126 0,1030

68 0,6650 139 0,3024 186 0,1700 186 0,1028

GS

50/7

0 27,2 0,9969 18,6 0,4292 55,8 0,2117 55,8 0,1195 74,4 0,0731 40,8 1,0000 46,5 0,4290 93 0,2123 93 0,1200 93 0,0735 51 0,9983 74,4 0,4306 130 0,2129 130 0,1207 139 0,0733 68 0,9962 93 0,4325 186 0,2138 186 0,1211 186 0,0738

GP

50/7

0 27,2 0,8688 18,6 0,3700 55,8 0,1867 55,8 0,1058 74,4 0,0642 40,8 0,8694 46,5 0,3727 93 0,1867 93 0,1060 93 0,0645 51 0,8706 93 0,3760 130 0,1889 130 0,1064 139 0,0644 68 0,8704 112 0,3767 186 0,1886 186 0,1060 186 0,0645

GS

35/5

0 13,6 1,0000 20,4 0,4917 37,2 0,2100 46,5 0,1147 74,4 0,0713 27,2 1,0030 34 0,4900 55,8 0,2100 93 0,1145 93 0,0715 40,8 1,0000 51 0,4917 93 0,2100 139 0,1150 139 0,0713 51 1,0023 68 0,4900 139 0,2110 186 0,1150 186 0,0714 68 1,0000 186 0,2105


49


GP

35/5

0 6,8 1,3793 20,4 0,5792 18,6 0,2700 55,8 0,1539 74,4 0,0900 27,2 1,3867 34 0,5783 55,8 0,2700 93 0,1545 93 0,0900 40,8 1,3797 51 0,5850 93 0,2720 139 0,1547 139 0,0903 51 1,3827 68 0,5825 139 0,2713 186 0,1554 186 0,0899

61,2 1,3890 167 0,2731 -1 [s ]γ – taxa de corte; [Pa s]η ⋅ – viscosidade dinâmica;

5.2.1.1 Discussão dos resultados

No Quadro 5.3 apresentam-se as exigências de conformidade dos betumes puros, para as

propriedades analisadas [32].

Quadro 5.3 – Exigências de conformidade relativas aos tipos de betumes puros utilizados [32].

Propriedades Métodos de ensaio

Tipos de Betumes e exigências de conformidade

35/50 50/70 Penetração (0,1 mm)

[25°C, 100g, 5s] EN 1426 Mínimo 35 50 Máximo 50 70

Temperatura de amolecimento (°C) EN 1427 Mínimo 50 46

Máximo 58 54 Viscosidade cinemática

(mm2/s) [135°C] EN 12592 Mínimo 370 295

Conclui-se pela análise do Quadro 5.1 e Quadro 5.3 que os betumes puros utilizados neste estudo

estão em conformidade com as exigências requeridas. De realçar que estes betumes são muito

susceptíveis à temperatura, dado o seu índice de penetração. Da observação do Quadro 5.2 e do

Anexo A é possível constatar que estes betumes têm um comportamento Newtoniano, dada a pequena

variação da viscosidade com a taxa de corte e que o aumento da temperatura faz diminuir a

viscosidade. A título de exemplo apresenta-se a Figura 5.1, incluída no Anexo A, que retrata a

variação da viscosidade com a taxa de corte do betume CH 50/70. Por outro lado, verifica-se que para

a gama de penetração 50/70, o betume oriundo de Huelva apresenta a maior viscosidade e o do Porto a

menor. Relativamente à gama de penetração 35/50 o betume proveniente do Porto exibe maior

viscosidade que o Sines.


50

5.2.2 Betumes modificados

De seguida, apresentam-se os resultados dos ensaios realizados aos betumes modificados

produzidos em laboratório. Cada subsecção seguinte trata de um único betume modificado e é

composta por um quadro inicial, duas figuras intermédias e dois quadros finais. O quadro inicial

sintetiza os resultados da caracterização do respectivo betume modificado, durante o processo de

modificação. A primeira figura mostra a variação da penetração e da temperatura de amolecimento no

decorrer do processo de produção do betume modificado. A segunda figura faz alusão à análise

microscópica da dispersão do polímero SBS no betume modificado após 150 minutos de agitação, em

conformidade com o procedimento descrito em 4.3.8. No segundo quadro de cada subsecção

mostram-se os valores de viscosidade dinâmica medidos a diferentes temperaturas e taxas de corte.

Estes valores também se encontram representados sob a forma de gráfico no Anexo B. Os valores de

viscosidade dinâmica foram obtidos através do ensaio da viscosidade dinâmica, em conformidade com

o procedimento descrito em 4.3.5. Por fim, no último quadro reúnem-se as expressões matemáticas

que modelam a viscosidade dinâmica, de acordo com os modelos da lei de potência e de Cross, de

modo a estimar a viscosidade dinâmica, a diferentes taxas de corte, para a utilização das metodologias

referenciadas na subcapítulo 3.2. A modelação com recurso ao modelo de Cross foi conseguida através

do desenvolvimento de um algoritmo no software MatLab.

Figura 5.1 – Viscosidade dinâmica do betume CH 50/70, a diferentes temperaturas e taxas de corte.

0,1

1

1 10 100 1000

Vis

cosi

dade

dinâ

mic

a [P

a.s]

Taxa de Corte [s-1]

CH 50/70 - Viscosidade dinâmica vs Taxa de corte

120 ºC

135 ºC

150 ºC

165 ºC

180 ºC


51

5.2.2.1 CH 50/70 P2

Quadro 5.4 – Resultados da caracterização do betume CH 50/70 P2.

Propriedades Tempo de Modificação [minutos] 30 60 90 120 150

Penetração (0,1 mm) 39,5 38,5 37,1 39,6 37,1 Temperatura de

amolecimento (°C) 55,8 57,0 56,8 56,7 57,8

Resistência ao endurecimento. Método RTFOT

∆ de massa (%, ±) - - - - 0,09 Penetração (%) - - - - 74,75

Aumento da temperatura de amolecimento (°C) - - - - 6,8

Recuperação elástica (%) - - - - 45,50

Estabilidade ao armazenamento

∆ da penetração (0,1 mm) ∆ da temperatura de amolecimento (°C)

- - - - 17,8

- - - - 21

Índice de penetração - - - - -0,12 ∆ – variação.

Figura 5.2 – Variação da penetração e da temperatura de amolecimento durante o processo de produção do betume CH 50/70 P2.

Figura 5.3 – Dispersão do polímero SBS no betume CH 50/70 P2, após 150 minutos de agitação.

36,0

40,0

44,0

48,0

52,0

52,0

54,0

56,0

58,0

0 30 60 90 120 150

Pene

traçã

o [d

mm

]

Tem

pera

tura

[ºC

]

Tempo [min]

Temperatura de Amolecimento [ºC]

Penetração [1/10mm]


52

Quadro 5.5 – Viscosidade dinâmica do betume CH 50/70 P2.


CH

50/

70 P

2 6,8 2,9000 17 1,1950 9,3 0,5817 18,6 0,3475 37,2 0,2088 13,6 2,8750 34 1,1810 18,6 0,5817 37,2 0,3463 55,8 0,2083 20,4 2,8670 51 1,1607 37,2 0,5800 55,8 0,3450 93 0,2078 27,2 2,8440 68 1,1547 55,8 0,5792 74,4 0,3454 139 0,2073

74,4 0,5771 186 0,2075

Quadro 5.6 – Modelação da viscosidade dinâmica do betume CH 50/70 P2. Modelos da Potência e Cross.

Temperatura [°C] Modelo da Potência Modelo de Cross

120 0,013=2,9748η γ − 2R 0,950= ( )0,8763

2,9256 2,41352,41351 0,0053

ηγ

−= +

+

2R 0,969=

135 0,026=1,2879η γ − 2R 0,962= ( )5,8047

1,1953 1,15401,15401 0,0262

ηγ

−= +

+

2R 0,999=

165 0,005=0,3526η γ − 2R 0,884= ( )0,1899

0,3672 0,33000,33001 0,1047

ηγ

−= +

+

2R 0,886=

5.2.2.2 CH 50/70 P3


Propriedades Tempo de Modificação 30 60 90 120 150


amolecimento (°C) 58,8 59,4 59,1 59,8 60,0







- - - - 8,9

- - - - 25,9

Índice de penetração - - - - 0,28 ∆ – variação.


53



CH

50/

70 P

3 3,4 4,4000 6,8 1,7370 9,3 0,9500 18,6 0,4750 18,6 0,3050 6,8 4,3630 13,6 1,7250 18,6 0,9392 37,2 0,4713 37,2 0,3041

13,6 4,2917 20,4 1,7067 27,9 0,9350 55,8 0,4700 55,8 0,3033 17 4,2483 27,2 1,6780 74,4 0,4702 93 0,3030

40,8 1,6790


Temperatura (°C) Modelo da Potência Modelo de Cross

120 0,021=4,5268η γ − 2R 0,952= ( )1,2850

4, 4237 3,02963,02961 0,0129

ηγ

−= +

+

2R 0,999=

135 0,021=1,8151η γ − 2R 0,892= ( )10,0328

1,7316 1,67711,67711 0,0485

ηγ

−= +

+

2R 0,975=

165 0,008=0,4855η γ − 2R 0,907= ( )1,7361

0,8779 0,46950,46951 0,6367

ηγ

−= +

+

2R 0,990=



34,0

38,0

42,0

46,0

50,0

52,0

54,0

56,0

58,0

60,0

0 30 60 90 120 150

Pene

traçã

o [d

mm

]

Tem

pera

tura

[ºC

]

Tempo [min]




54

5.2.2.3 CH 50/70 P4




amolecimento (°C) 59,2 60,4 61,5 61,5 62,2


∆ de massa (%, ±) - - - - -0,06 Penetração (%) - - - - 74,60





- - - - 33,4

- - - - 45,15




32,0

36,0

40,0

44,0

48,0

52,0

52,0

56,0

60,0

64,0

0 30 60 90 120 150

Pene

traçã

o [d

mm

]

Tem

pera

tura

[ºC

]

Tempo [min]




55



CH

50/

70 P

4 1,7 6,2833 6,8 2,2250 9,3 1,1683 9,3 0,6600 18,6 0,3950 3,4 6,0250 13,6 2,2190 18,6 1,1580 18,6 0,6592 27,9 0,3933 6,8 5,8380 20,4 2,2000 27,9 1,1493 27,9 0,6583 37,2 0,3925

10,2 5,6250 27,2 2,1770 37,2 1,1440 55,8 0,6575 55,8 0,3917 93 0,3910



120 0,059=6,4885η γ − 2R 0,986= ( )0,2142

8,6817 1,75371,75371 0,0304

ηγ

−= +

+

2R 0,989=

135 0,015=2,2956η γ − 2R 0,821= ( )4,1364

2, 2254 2,14532,14531 0,0407

ηγ

−= +

+

2R 1,000=

165 0,002=0,6632η γ − 2R 0,988= ( )0,1799

0,6738 0,64190,64191 0,0236

ηγ

−= +

+

2R 0,988=

5.2.2.4 GS 50/70 P2

Quadro 5.13 – Resultados da caracterização do betume GS 50/70 P2.



amolecimento (°C) 55,4 56,2 55,9 55,5 55,7







- - - - 2,4

- - - - 6,05



56

Quadro 5.14 – Viscosidade dinâmica do betume GS 50/70 P2.


GS

50/7

0 P2

6,8 1,9337 13,6 0,7750 18,6 0,4025 37,2 0,2412 37,2 0,1475 13,6 1,8770 20,4 0,7361 37,2 0,4000 55,8 0,2395 55,8 0,1458 20,4 1,8370 34 0,7150 55,8 0,3992 93 0,2383 93 0,1455 34 1,7950 51 0,7067 93 0,3988 139 0,2381 139 0,1447

47,6 1,7660 68 0,7029 112 0,3954 186 0,2380 186 0,1448

Quadro 5.15 – Modelação da viscosidade dinâmica do betume GS 50/70 P2. Modelos da Potência e Cross.


120 0,047=2,1174η γ − 2R 0,999= ( )0,9383

2,0453 1,65381,65381 0,0551

ηγ

−= +

+

2R 1,000=

135 0,058=0,8881η γ − 2R 0,897= ( )3,1764

0,8004 0,70180,70181 0,0527

ηγ

−= +

+

2R 0,975=

165 0,008=0,2477η γ − 2R 0,868= ( )0,4994

0, 2531 0,23360,23361 0,0812

ηγ

−= +

+

2R 0,897=

Figura 5.8 – Variação da penetração e da temperatura de amolecimento durante o processo de produção do betume GS 50/70 P2.

Figura 5.9 – Dispersão do polímero SBS no betume GS 50/70 P2, após 150 minutos de agitação.

42,0

44,0

46,0

48,0

50,0

52,0

50,0

52,0

54,0

56,0

58,0

0 30 60 90 120 150

Pene

traçã

o [d

mm

]

Tem

pera

tura

[ºC

]

Tempo [min]




57

5.2.2.5 GS 50/70 P3




amolecimento (°C) 57,2 57,5 58,2 59,1 59,1







- - - - 21,5

- - - - 34,35




34,0

40,0

46,0

52,0

48,050,052,054,056,058,060,0

0 30 60 90 120 150

Pene

traçã

o [d

mm

]

Tem

pera

tura

[ºC

]

Tempo [min]




58



GS

50/7

0 P3

3,4 2,8250 13,6 1,0500 9,3 0,5283 18,6 0,3208 37,2 0,2033 6,8 2,6293 20,4 0,9778 18,6 0,5225 37,2 0,3200 55,8 0,2000

13,6 2,5500 34 0,9575 37,2 0,5213 55,8 0,3180 93 0,1990 20,4 2,4723 51 0,9450 55,8 0,5117 93 0,3183 139 0,1993 27,2 2,4390 68 0,9450 74,4 0,5108 139 0,3172 186 0,1985 34 2,3870



120 0,069=3,0448η γ − 2R 0,982= ( )0,5000

5, 2857 2,16302,16301 4,1906

ηγ

−= +

+

2R 0,987=

135 0,06=1,2004η γ − 2R 0,806= ( )16,8764

1,0503 0,94920,94921 0,0518

ηγ

−= +

+

2R 0,987=

165 0,006=0,3261η γ − 2R 0,886= ( )0,2090

0,3349 0,30050,30051 0,0094

ηγ

−= +

+

2R 0,885=

5.2.2.6 GS 50/70 P4




amolecimento (°C) 59,4 66,1 70,5 66,2 66,7







- - - - 26,4

- - - - 40,6



59



GS

50/7

0 P4

3,4 4,2583 6,8 1,6960 9,3 0,8350 18,6 0,5175 18,6 0,3025 6,8 3,9670 13,6 1,5150 18,6 0,8325 37,2 0,5146 37,2 0,3017

13,6 3,8353 20,4 1,4960 27,9 0,7867 55,8 0,5150 55,8 0,3017 20,4 3,7210 34 1,4263 37,2 0,7838 74,4 0,5123 93 0,2995

51 1,3710 55,8 0,7475 139 0,2940



120 0,073=4,6199η γ − 2R 0,976= ( )0,7800

9, 2020 3,54373,54371 3,5252

ηγ

−= +

+

2R 0,992=

135 0,100=2,0211η γ − 2R 0,959= ( )0,7364

5,1046 1,28101,28101 2,6063

ηγ

−= +

+

2R 0,980=

165 0,006=0,5271η γ − 2R 0,848= ( )0,9899

0,5195 0,32630,32631 0,0005

ηγ

−= +

+

2R 0,800=



34,0

40,0

46,0

52,0

50,0

55,0

60,0

65,0

70,0

0 30 60 90 120 150

Pene

traçã

o [d

mm

]

Tem

pera

tura

[ºC

]

Tempo [min]




60

5.2.2.7 GP 50/70 P2

Quadro 5.22 – Resultados da caracterização do betume GP 50/70 P2.



amolecimento (°C) 48,9 49,4 49,0 49,2 49,6







- - - - 6,1

- - - - 0,7


Figura 5.14 – Variação da penetração e da temperatura de amolecimento durante o processo de produção do betume GP 50/70 P2.

Figura 5.15 – Dispersão do polímero SBS no betume GP 50/70 P2, após 150 minutos de agitação.

45,050,055,060,065,070,0

46,0

48,0

50,0

0 30 60 90 120 150

Pene

traçã

o [d

mm

]

Tem

pera

tura

[ºC

]

Tempo [min]




61

Quadro 5.23 – Viscosidade dinâmica do betume GP 50/70 P2.


GP

50/7

0 P2

6,8 1,4830 13,6 0,6292 18,6 0,3992 37,2 0,2204 46,5 0,1300 13,6 1,3600 20,4 0,6083 27,9 0,3983 46,5 0,2200 93 0,1265 20,4 1,3330 34 0,6000 37,2 0,3971 55,8 0,2200 139 0,1269 34 1,2980 51 0,5933 55,8 0,3967 93 0,2185 186 0,1262

61,2 1,2687 68 0,5938 93 0,3963 139 0,2181

Quadro 5.24 – Modelação da viscosidade dinâmica do betume GP 50/70 P2. Modelos da Potência e Cross.


120 0,068=1,6578η γ − 2R 0,923= ( )0,9661

10,0091 1,24301,24301 5,9534

ηγ

−= +

+

2R 0,996=

135 0,035=0,6818η γ − 2R 0,874= ( )1,9160

2, 2297 0,59170,59171 0,5230

ηγ

−= +

+

2R 0,993=

165 0,009=0,2275η γ − 2R 0,963= ( )0,2065

0, 2379 0,20120,20121 0,0162

ηγ

−= +

+

2R 0,963=

5.2.2.8 GP 50/70 P3




amolecimento (°C) 50,8 51,2 51,7 52,6 52,8







- - - - 6,6

- - - - 4,45



62



GP

50/7

0 P3

6,8 1,9913 13,6 0,7875 18,6 0,5125 18,6 0,2925 37,2 0,1775 13,6 1,8480 20,4 0,7708 27,9 0,5117 37,2 0,2912 55,8 0,1767 20,4 1,7987 34 0,7642 37,2 0,5104 55,8 0,2900 93 0,1755 34 1,7650 51 0,7567 55,8 0,5097 93 0,2892 139 0,1750

47,6 1,7197 74,4 0,5100 139 0,2893 186 0,1754



120 0,072=2,2584η γ − 2R 0,960= ( )0,8438

5,0588 1,65991,65991 2,0611

ηγ

−= +

+

2R 0,993=

135 0,028=0,8448η γ − 2R 0,938= ( )1,3848

3,1051 0,75210,75211 1,5194

ηγ

−= +

+

2R 0,985=

165 0,006=0,2974η γ − 2R 0,930= ( )0,5112

0,3005 0,28520,28521 0,0687

ηγ

−= +

+

2R 0,947=



56,058,060,062,064,066,068,0

46,0

48,0

50,0

52,0

54,0

0 30 60 90 120 150

Pene

traçã

o [d

mm

]

Tem

pera

tura

[ºC

]

Tempo [min]




63

5.2.2.9 GP 50/70 P4




amolecimento (°C) 52,1 90,9 93,5 95,8 85,7


∆ de massa (%, ±) - - - - Penetração (%) - - - - -2

Aumento da temperatura de amolecimento (°C) - - - -




- - - - 1,3

- - - - 27,85


2 Devido a problemas técnicos este ensaio não foi realizado.



48,0

53,0

58,0

63,0

68,0

46,056,066,076,086,096,0

0 30 60 90 120 150

Pene

traçã

o [d

mm

]

Tem

pera

tura

[ºC

]

Tempo [min]




64



GP

50/7

0 P4

3,4 2,9417 13,6 1,1650 9,3 0,6933 18,6 0,4450 18,6 0,2550 6,8 2,7793 20,4 1,1330 18,6 0,6900 37,2 0,4446 37,2 0,2537

13,6 2,5560 34 1,0980 27,9 0,6872 55,8 0,4430 55,8 0,2525 20,4 2,4763 51 1,0727 37,2 0,6850 74,4 0,4410 93 0,2520 34 2,4693 55,8 0,6830 93 0,4398 139 0,2519



120 0,083=3,2358η γ − 2R 0,948= ( )2,8829

2,9818 2,45452,45451 0,1243

ηγ

−= +

+

2R 0,999=

135 0,062=1,3692η γ − 2R 0,999= ( )0,6716

1, 4596 0,96480,96481 0,1309

ηγ

−= +

+

2R 1,000=

165 0,007=0,4555η γ − 2R 0,849= ( )5,3509

0, 4450 0,43920,43921 0,0157

ηγ

−= +

+

2R 1,000=

5.2.2.10 GS 35/50 P2




amolecimento (°C) 53,8 53,2 54,4 54,8 53,8







- - - - 1,6

- - - - 18,55




65



GS

35/5

0 P2

6,8 1,9250 13,6 0,7313 18,6 0,3650 37,2 0,2112 55,8 0,1342 13,6 1,8810 20,4 0,6986 37,2 0,3604 55,8 0,2108 93 0,1340 20,4 1,8683 34 0,6783 55,8 0,3583 93 0,2093 139 0,1337 27,2 1,8430 51 0,6639 74,4 0,3569 139 0,2078 186 0,1337 34 1,8120 68 0,6584 93 0,3563 186 0,2071



120 0,035=2,0617η γ − 2R 0,954= ( )0,8228

1,9674 0,97190,97191 0,0036

ηγ

−= +

+

2R 0,977=

135 0,064=0,8548η γ − 2R 0,958= ( )2,3874

0,7584 0,65210,65211 0,0469

ηγ

−= +

+

2R 0,975=

165 0,013=0,2217η γ − 2R 0,972= ( )4,1564

0, 2112 0,20680,20681 0,0100

ηγ

−= +

+

2R 0,999=



38,040,042,044,046,048,0

50,0

52,0

54,0

56,0

0 30 60 90 120 150

Pene

traçã

o [d

mm

]

Tem

pera

tura

[ºC

]

Tempo [min]




66

5.2.2.11 GS 35/50 P3




amolecimento (°C) 54,6 56,8 58,0 60,9 61,5







- - - - 9,5

- - - - 31,4





36,0

40,0

44,0

48,0

50,052,054,056,058,060,062,0

0 30 60 90 120 150

Pene

traçã

o [d

mm

]

Tem

pera

tura

[ºC

]

Tempo [min]




67



GS

35/5

0 P3

3,4 2,6500 13,6 1,1420 18,6 0,5050 18,6 0,3050 37,2 0,1962 6,8 2,5710 20,4 1,0763 27,9 0,5000 37,2 0,3037 55,8 0,1950

13,6 2,4670 34 0,9967 37,2 0,4883 55,8 0,3000 93 0,1930 20,4 2,4040 51 0,9783 74,4 0,4652 93 0,2988 139 0,1923 27,2 2,3520 68 0,9729



120 0,057=2,8556η γ − 2R 0,992= ( )0,7092

2,8196 1,84461,84461 0,0326

ηγ

−= +

+

2R 1,000=

135 0,103=1,4714η γ − 2R 0,930= ( )3,9413

1,1743 0,97170,97171 0,0482

ηγ

−= +

+

2R 1,000=

165 0,014=0,3183η γ − 2R 0,912= ( )6,8445

0,3050 0,29880,29881 0,0221

ηγ

−= +

+

2R 1,000=

5.2.2.12 GS 35/50 P4




amolecimento (°C) 57,0 69,5 69,4 79,1 71,7







- - - - 17,6

- - - - 31,45




68



GS

35/5

0 P4

3,4 3,9000 6,8 1,4293 9,3 0,5900 18,6 0,4225 37,2 0,2525 6,8 3,6580 13,6 1,2877 18,6 0,5883 37,2 0,4200 55,8 0,2492

10,2 3,4697 20,4 1,1790 27,9 0,5683 55,8 0,4130 74,4 0,2436 13,6 3,3730 34 1,1637 37,2 0,5296 93 0,4030 93 0,2435 20,4 3,2357 55,8 0,4986 139 0,2409



120 0,106=4,4507η γ − 2R 0,997= ( )1,6692

4,0964 3,05063,05061 0,1221

ηγ

−= +

+

2R 0,999=

135 0,135=1,8332η γ − 2R 0,936= ( )6,4463

1, 4329 1,16301,16301 0,0753

ηγ

−= +

+

2R 1,000=

165 0,029=0,4630η γ − 2R 0,884= ( )4,5843

0, 4225 0,40060,40061 0,0169

ηγ

−= +

+

2R 1,000=



30,0

35,0

40,0

45,0

50,0

50,055,060,065,070,075,080,0

0 30 60 90 120 150

Pene

traçã

o [d

mm

]

Tem

pera

tura

[ºC

]

Tempo [min]




69

5.2.2.13 GP 35/50 P2




amolecimento (°C) 54,1 53,9 54,3 53,9 53,9







- - - - 1,6

- - - - 3,6




42,044,046,048,050,052,0

52,0

54,0

56,0

0 30 60 90 120 150

Pene

traçã

o [d

mm

]

Tem

pera

tura

[ºC

]

Tempo [min]




70



GP

35/5

0 P2

6,8 2,3920 13,6 0,9063 18,6 0,4450 27,9 0,2800 37,2 0,1563 13,6 2,3230 20,4 0,8875 37,2 0,4446 37,2 0,2775 55,8 0,1561 20,4 2,3053 34 0,8833 55,8 0,4439 55,8 0,2758 93 0,1560 27,2 2,2850 51 0,8817 74,4 0,4429 93 0,2748 139 0,1557 34 2,2663 68 0,8708 93 0,4423 186 0,1559



120 0,032=2,5395η γ − 2R 0,983= ( )0,6605

3,0006 2,18502,18501 0,7599

ηγ

−= +

+

2R 0,991=

135 0,021=0,9516η γ − 2R 0,869= ( )0,4403

1,0895 0,82650,82651 0,4910

ηγ

−= +

+

2R 0,843=

165 0,015=0,2934η γ − 2R 0,902= ( )3,7823

0, 2841 0,27480,27481 0,0337

ηγ

−= +

+

2R 0,996=

5.2.2.14 GP 35/50 P3




amolecimento (°C) 55,0 54,8 55,6 56,0 56,7







- - - - 4,8

- - - - 28,85




71



GP

35/5

0 P3

3,4 3,4167 13,6 1,0833 9,3 0,5400 18,6 0,3425 37,2 0,2213 6,8 3,1163 20,4 1,0210 37,2 0,5296 37,2 0,3404 55,8 0,2208

13,6 2,9627 34 1,0230 55,8 0,5203 55,8 0,3400 93 0,2202 20,4 2,8817 51 0,9944 74,4 0,5171 93 0,3402 139 0,2197 27,2 2,8160 68 0,9837 186 0,2198



120 0,090=3,7661η γ − 2R 0,978= ( )0,7045

4,9421 2,53762,53761 0,6432

ηγ

−= +

+

2R 0,989=

135 0,053=1,2249η γ − 2R 0,858= ( )3,0297

1,0931 0,97440,97441 0,0332

ηγ

−= +

+

2R 0,673=

165 0,004=0,3464η γ − 2R 0,751= ( )0,4390

0,3549 0,33610,33611 0,3046

ηγ

−= +

+

2R 0,797=



39,0

40,0

41,0

42,0

43,0

52,0

54,0

56,0

58,0

0 30 60 90 120 150

Pene

traçã

o [d

mm

]

Tem

pera

tura

[ºC

]

Tempo [min]




72

5.2.2.15 GP 35/50 P4




amolecimento (°C) 56,3 59,3 77,1 85,2 74,9







- - - - 7,9

- - - - 41,7






28,0

32,0

36,0

40,0

44,0

52,060,068,076,084,092,0

0 30 60 90 120 150

Pene

traçã

o [d

mm

]

Tem

pera

tura

[ºC

]

Tempo [min]




73


GP

35/5

0 P4

3,4 4,1083 6,8 1,5543 9,3 0,6883 18,6 0,4200 27,9 0,3194 6,8 3,8837 13,6 1,5500 27,9 0,6683 37,2 0,3771 37,2 0,3175

13,6 3,5107 20,4 1,4183 37,2 0,6250 74,4 0,3638 55,8 0,3155 20,4 3,3580 34 1,4043 55,8 0,6114 93 0,3620 93 0,3070 23,8 3,2500 51 1,3573



120 0,121=4,8174η γ − 2R 0,987= ( )0,3764

5,6135 0,73420,73421 0,0345

ηγ

−= +

+

2R 0,992=

135 0,073=1,8100η γ − 2R 0,869= ( )0,6464

3, 2024 1,28381,28381 2,4184

ηγ

−= +

+

2R 0,767=

165 0,091=0,5384η γ − 2R 0,911= ( )3,4580

0, 4423 0,36160,36161 0,0407

ηγ

−= +

+

2R 1,000=


A EN 14023 estabelece as características e os métodos de ensaio exigidos aos betumes

modificados com polímeros [33]. De acordo com o InIR, as características dos betumes modificados

com polímeros, PMB 25/55-65 e PMB 45/80-55, aplicados em Portugal, são as que se encontram

resumidas no Quadro 5.49, para as propriedades analisadas [34].

Quadro 5.49 – Exigências de conformidade dos betumes modificados com polímero [34].

Propriedades PMB 25/55-65 PMB 45/80-55 Penetração (0,1 mm) 25-55 45-80

Temperatura de amolecimento (°C) ≥65 ≥55

Resistência ao endurecimento. Método

RTFOT

∆ de massa (%, ±) ≤0,3 ≤0,3 Penetração (%) ≥50 ≥50

Aumento da temperatura de amolecimento (°C) ≤8 ≤8

Recuperação elástica [25°C] (%) ≥70 ≥70


∆ da penetração (0,1 mm) ≤9 ≤9 ∆ da temperatura de amolecimento (°C) ≤5 ≤5

∆ – variação.

As características dos betumes modificados produzidos, que tiveram origem num betume puro

50/70 são comparadas com as do PMB 45/80-55 e as características dos betumes modificados

produzidos provenientes de um betume puro 35/50 são comparadas com as do PMB 25/55-65. Este

critério de comparação resulta da relação de proximidade entre a gama de penetração do betume puro


74

que originou o betume modificado produzido e o betume modificado com polímero aplicado em

Portugal.

No Quadro 5.50 e Quadro 5.51 resumem-se as características dos betumes modificados

produzidos aos 150 minutos. Nestes, os valores a sombreado significam que a respectiva propriedade

não está em conformidade com as exigências requeridas na Quadro 5.49.

Quadro 5.50 – Resumo das características dos betumes modificados produzidos, aos 150 minutos.

Propriedades

CH

50/

70 P

2

CH

50/

70 P

3

CH

50/

70 P

4

GS

50/7

0 P2

GS

50/7

0 P3

GS

50/7

0 P4

GP

50/7

0 P2

GP

50/7

0 P3

GP

50/7

0 P4

Penetração (0,1 mm) 37,1 36,6 33,6 42,3 35,8 36,7 58,8 57,1 55,7 Temperatura de

amolecimento (°C) 57,8 60,0 62,2 55,7 59,1 66,7 49,6 52,8 85,7


∆ de massa (%, ±) 0,09 0,04 -0,06 -0,04 -0,04 -0,06 0,20 0,17 - Penetração (%) 74,75 68,70 74,60 57,49 74,23 60,44 75,17 67,70 -

Aumento da temperatura de amolecimento (°C) 6,8 7,6 6,4 7,6 6,3 1,5 5,6 3,9 -

Recuperação elástica (%) 45,50 74,67 72,00 63,33 76,17 81,00 53,33 75,00 97,50


∆ da penetração (0,1 mm) 17,8 8,9 33,4 2,4 21,5 26,4 6,1 6,6 1,3 ∆ da temperatura de amolecimento (°C) 21 25,9 45,15 6,05 34,35 40,6 0,7 4,45 27,85

Índice de penetração -0,12 0,28 0,51 -0,28 0,06 1,52 -0,93 -0,21 5,36

∆ – variação.

Quadro 5.51 – Resumo das características dos betumes modificados produzidos, aos 150 minutos (continuação).

Propriedades

GS

35/5

0 P2

GS

35/5

0 P3

GS

35/5

0 P4

GP

35/5

0 P2

GP

35/5

0 P3

GP

35/5

0 P4

Penetração (0,1 mm) 43,4 37,3 31,7 43,8 39,5 30,5 Temperatura de

amolecimento (°C) 53,8 61,5 71,7 53,9 56,7 74,9


∆ de massa (%, ±) - - - 0,07 - - Penetração (%) - - - 57,73 - -

Aumento da temperatura de amolecimento (°C) - - - 4,3 - -

Recuperação elástica (%) 69,00 86,33 94,50 77,50 81,50 87,50



1,6 9,5 17,6 1,6 4,8 7,9

18,55 31,4 31,45 3,6 28,85 41,7 Índice de

penetração -0,62 0,61 2,00 -0,58 -0,20 2,39

∆ – variação.


75

Da análise dos Quadro 5.50 e Quadro 5.51, constata-se que nem todas as propriedades dos

diferentes betumes modificados produzidos, estão em conformidade com as exigências apresentadas

no Quadro 5.49. Isto pode dever-se ao facto dos betumes modificados terem sido produzidos em

laboratório.

Apesar do índice de penetração não ser uma propriedade analisada nos betumes modificados, por

estes terem um comportamento não-Newtoniano, procedeu-se à sua determinação e análise. Concluiu-

se a partir dos valores obtidos que, para os betumes modificados que têm origem no mesmo betume

puro, o aumento da percentagem de polímero aumenta o índice de penetração. Assim, o aumento da

percentagem de polímero diminui a susceptibilidade térmica dos betumes modificados.

Da visualização das primeiras figuras de cada subsecção de 5.2.2, verifica-se que, com excepção

do betume modificado produzido GP 35/50 P2, todos os outros apresentam, no final do processo de

produção, penetração inferior e temperatura de amolecimento superior à do betume original. Este facto

já era esperado, uma vez que estas variações são consequência da utilização do polímero SBS na

modificação de betume.

Da análise das figuras que mostram a dispersão do polímero SBS no betume modificado (segunda

figura de cada subsecção de 5.2.2), conclui-se que a dispersão é homogénea e que os betumes

modificados, com a denominação GP, reagem melhor com o polímero, observando-se uma maior

decomposição química do mesmo. Por outro lado, as figuras também reflectem as diferentes

percentagens de polímero.

Da observação dos quadros que mostram os valores de viscosidade dinâmica, a diferentes

temperaturas e taxas de corte, e do Anexo B, onde constam as representações gráficas destes valores,

verifica-se que a introdução do polímero SBS altera o comportamento reológico do betume puro,

passando este a ter um comportamento não-Newtoniano do tipo “shear-thinning”, característico dos

betumes modificados. Com o intuito de ilustrar esta situação apresenta-se a Figura 5.32, extraída do

Anexo B, que mostra a variação da viscosidade com a taxa de corte do betume CH 50/70 P2. De

salientar também que a viscosidade do betume modificado é sempre superior à do betume puro que lhe

deu origem. Para além disto, para igual percentagem de polímero e para a gama de penetração 50/70, o

betume originário de Huelva apresenta a maior viscosidade e o do Porto a menor. Em relação à gama

de penetração 35/50, o betume proveniente do Porto exibe maior viscosidade que o de Sines.

No Anexo C apresentam-se os gráficos que relacionam as constantes k e n, do modelo da lei de

potência, com a percentagem de polímero do betume modificado, para as temperaturas de 120°C,

135°C e 165°C. A constante k representa o índice de consistência do polímero e aumenta com a

viscosidade. Por sua vez, a constante n mede a dependência da taxa de corte de um material. Quanto


76

mais próxima se encontrar do valor unitário menor é a dependência, dado que, quando n=1 e de

acordo com o modelo da lei de potência, o comportamento é Newtoniano, o qual é independente da

taxa de corte. Assim, destes gráficos pode concluir-se que a viscosidade e a dependência da taxa de

corte aumentam com a percentagem de polímero SBS. Estas duas variáveis relacionam-se com os

valores de k e n, respectivamente. Deste modo, com aumento da percentagem de polímero verifica-se

que os valores de k aumentam e os de n têm tendência a afastar-se do valor unitário. Por outro lado, as

duas variáveis diminuem com o aumento da temperatura, uma vez que, com este aumento se verificam

menores valores de k e valores de n tendencialmente mais perto da unidade. Como exemplo destas

constatações mostra-se a Figura 5.33 e Figura 5.34 que figuram no Anexo C.

Figura 5.32 – Viscosidade dinâmica do betume CH 50/70 P2, a diferentes temperaturas e taxas de corte.

0,1

1

0,01 0,1 1 10 100 1000

Vis

cosi

dade

din

âmic

a [P

a·s]

Taxa de Corte [s-1]

CH 50/70 P2 - Viscosidade dinâmica vs Taxa de corte

120 ºC 135 ºC 150 ºC165 ºC 180 ºC Modelo da Lei de PotênciaModelo de Cross


77

5.3 Determinação das temperaturas de fabrico e compactação

Após a caracterização reológica dos betumes puros e modificados, está-se em condições de

determinar as temperaturas de fabrico e compactação destes. As temperaturas de fabrico e

compactação dos betumes puros estabelecem-se através do método Superpave, método normalizado na

determinação destas temperaturas. Relativamente aos betumes modificados, aplicam-se, para além do

método do Superpave, os métodos laboratoriais para betumes modificados, propostos noutros

trabalhos científicos, que utilizam o viscosímetro rotacional, apresentados no subcapítulo 3.2.

Figura 5.33 – Relação entre a constante k e a percentagem de polímero, nos betumes modificados com o betume puro CH 50/70.

Figura 5.34 – Relação entre a constante n e a percentagem de polímero, nos betumes modificados com o betume puro CH 50/70.

0

1

2

3

4

5

6

7

1% 2% 3% 4% 5%

Con

stan

te "k

"

% de Polímero

"k" vs % de Polímero - Betume modificado com CH 50/70

120 ºC

135 ºC

165 ºC

0,920

0,940

0,960

0,980

1,000

1% 2% 3% 4% 5%

Con

stan

te "n

"

% de Polímero

"n" vs % de Polímero - Betume modificado com CH 50/70

135 ºC

120 ºC

165 ºC


78

5.3.1 Betumes puros

No Anexo D apresentam-se os gráficos de cálculo das temperaturas de fabrico e compactação dos

betumes puros recorrendo ao método Superpave. Na Figura 5.35 apresenta-se a título de exemplo o

gráfico de cálculo das temperaturas de fabrico e compactação do betume CH 50/70. Os resultados

deste e dos restantes betumes puros são apresentados no Quadro 5.52.

Quadro 5.52 – Temperaturas de fabrico e compactação dos betumes puros, de acordo com o método Superpave.

Betume Temperatura de fabrico

Temperatura de compactação

CH 50/70 159 ºC - 164 ºC 150 ºC - 154 ºC GS 50/70 152 ºC - 157 ºC 143 ºC - 147 ºC GP 50/70 149 ºC - 154 ºC 140 ºC - 144 ºC GS 35/50 154 ºC - 159 ºC 144 ºC - 148 ºC GP 35/50 157 ºC - 161 ºC 148 ºC - 152 ºC


De modo a discutir os resultados obtidos para as temperaturas de fabrico e compactação dos

betumes puros, apresenta-se a Figura 5.36. Esta mostra uma perspectiva gráfica das temperaturas,

recolhidas no centro do intervalo de viscosidade de fabrico e compactação, em consonância com o

método Superpave. Nesta encontram-se também representados, a sombreado, os intervalos de

temperaturas de fabrico e compactação recomendados pelos produtores de betumes puros,

Quadro 5.53.

Figura 5.35 – Cálculo das temperaturas de fabrico e compactação do betume CH 50/70.

0,150,190,250,31

0,01

0,1

1

10

100 120 140 160 180 200

Vis

cosi

dade

din

âmic

a [P

a.s]

Temperatura [ºC]

CH 50/70 - Viscosidade dinâmica vs Temperatura

Método Superpave



0,053 6,802

2R 0,998

Teη − +=

=


79

Quadro 5.53 – Intervalos de temperaturas de fabrico e compactação de misturas betuminosas, recomendados pelos produtores nos certificados de qualidade dos puros utilizados.

Tipo de betume puro 35/50 50/70

Temperatura de fabrico 150°C – 160°C Temperatura de compactação 140°C – 150°C

Como esperado, a determinação das temperaturas de fabrico e compactação, de betumes puros,

com recurso ao método Superpave, resulta em temperaturas aceitáveis. De acordo com os dados

recolhidos, as temperaturas de fabrico são maioritariamente inferiores a 160°C, excepção feita ao

betume CH 50/70, e sempre superiores a 150°C. No que diz respeito às temperaturas de compactação,

estas são na sua maioria, inferiores a 150°C, à excepção do betume CH 50/70, e superiores a 140°C.

As normas europeias também definem valores de referência para as temperaturas de fabrico e

compactação de betumes puros, que dependem do tipo de compactador laboratorial. No Quadro 5.54

são apresentados os valores das temperaturas de fabrico e compactação recomendados nas normas

europeias, EN 12697 partes 30, 31, 32, 33 e 35, em concordância com os respectivos compactadores

laboratoriais. De referir que a parte 30, respeitante à compactação com o compactador por impacto

(Marshall), não fornece nenhum valor de referência para a temperatura de compactação [35-39].

Quadro 5.54 – Temperaturas de fabrico e compactação recomendadas nas normas europeias, para betumes puros, de acordo os respectivos compactadores laboratoriais [35-39].

Compactador de impacto

Compactador giratório

Compactador vibratório Compactador de rolo

35/50 50/70 35/50 50/70 35/50 50/70 35/50 50/70 Temperatura de

fabrico 165°C 150°C 165°C 150°C 165°C 150°C 165°C 150°C

Temperatura de compactação - 160°C

±10°C 150°C ±10°C

160°C ±5°C

145°C ±5°C

160°C ±5°C

150°C ±5°C

Figura 5.36 – Temperaturas de fabrico e compactação dos betumes puros, de acordo com o método Superpave e os respectivos intervalos recomendados, a sombreado.

120

130

140

150

160

170

Tem

pera

tura

[ºC

]

Betumes Puros

Método Superpave (6,8s-1)

Temperatura de fabrico @ 0,17 Pa·sTemperatura de compactação @ 0,28 Pa·s


80

Os intervalos de temperaturas de fabrico e compactação calculados enquadram-se, na maioria dos

casos, nos limites definidos pelos produtores, nos certificados de qualidade dos betumes puros

utilizados, Quadro 5.53 e nas normas europeias, Quadro 5.54. Recomendando-se assim a utilização do

método Superpave na determinação destes intervalos de temperaturas para betumes puros.

5.3.2 Betumes modificados

No Anexo E apresentam-se os gráficos de cálculo das temperaturas de fabrico e compactação dos

betumes modificados, produzidos de acordo com a metodologia Superpave e as metodologias

propostas para betumes modificados, que se encontram em fase de teste neste trabalho. Os resultados

destes intervalos de temperaturas encontram-se resumidos no Quadro 5.55 e Quadro 5.56.

Quadro 5.55 – Temperaturas de fabrico e compactação dos betumes modificados produzidos, obtidas pelos diversos métodos.

Método Superpave

Método da viscosidade a uma taxa de corte elevada


(evolução)

Método da viscosidade à taxa de corte

zero

Método da viscosidade à taxa de corte zero

(simplificação)


baixa

T F [°C]

T C [°C]

T F [°C]

T C [°C]

T F [°C]

T C [°C]

T F [°C]

T C [°C]

T F [°C]

T C [°C]

T C [°C]

T F [°C]

T C [°C]

CH

50/

70

P2 180 168 180 168 168 150

119 107 143 132 134 118 105

185 173 186 173 174 156 146 134 141 121 109

CH

50/

70

P3 186 175 187 175 175 158

127 114 149 138 141 125 112

192 180 192 180 180 164 152 141 147 129 116

CH

50/

70

P4 196 184 197 184 185 167

132 124 153 143 145 131 122

202 189 203 190 190 172 155 145 151 133 125

GS

50/7

0 P2

171 159 172 156 157 135 113 101

136 125 127 112 100

177 164 179 163 164 142 138 127 134 115 103

GS

50/7

0 P3

177 165 181 165 166 144 125 119

141 130 132 124 117

183 171 188 172 173 151 143 132 139 126 119

GS

50/7

0 P4

191 178 204 184 185 158 144 130

150 138 141 142 127

197 184 213 193 194 166 153 141 148 146 132

GP

50/7

0 P2

170 156 169 153 154 132 132 125

134 120 123 131 124

176 162 177 160 161 139 136 123 131 133 126

T F – temperatura de fabrico; T C – temperatura de compactação;


81

Quadro 5.56 - Temperaturas de fabrico e compactação dos betumes modificados produzidos, obtidas pelos diversos métodos (continuação).

Método Superpave



(evolução)


zero


(simplificação)


baixa

T F [°C]

T C [°C]

T F [°C]

T C [°C]

T F [°C]

T C [°C]

T F [°C]

T C [°C]

T F [°C]

T C [°C]

T C [°C]

T F [°C]

T C [°C]

GP

50/7

0 P3

178 163 179 162 163 140 133 117

137 125 128 131 114

185 170 186 170 170 147 140 128 135 135 119

GP

50/7

0 P4

191 176 198 178 179 152 120 104

145 132 135 118 102

198 183 207 187 188 160 148 135 143 122 107

GS

35/5

0 P2

168 156 167 153 153 133 113 101

135 124 127 111 100

174 162 174 159 160 140 137 127 133 115 103

GS

35/5

0 P3

176 165 178 163 164 142 119 106

143 131 133 117 105

181 170 185 170 170 149 146 133 141 121 108

GS

35/5

0 P4

186 174 195 174 175 146 125 114

146 135 138 123 113

192 179 205 183 184 155 148 138 144 126 116

GP

35/5

0 P2

175 163 174 161 162 143 120 109

139 128 130 118 108

182 168 180 167 167 149 141 130 137 122 111

GP

35/5

0 P3

180 168 183 168 168 147 125 118

141 131 133 124 117

186 173 190 174 175 153 143 133 139 126 119

GP

35/5

0 P4

186 174 176 165 165 149 135 119

148 136 139 132 116

192 179 181 170 170 154 150 139 146 137 121

T F – temperatura de fabrico; T C – temperatura de compactação;


Com o intuito de analisar os resultados obtidos, faz-se de seguida uma análise crítica das

temperaturas de fabrico e compactação obtidas em cada método, comparando-as com os intervalos de

temperaturas aconselhadas pelos produtores de betumes modificados, Quadro 5.57. Estes quadro é um

resumo das temperaturas aconselhadas pelos produtores, Anexo F, que resultam da sua experiência.


82

Quadro 5.57 – Intervalos aconselhados de temperaturas de fabrico e compactação de misturas betuminosas com betumes modificados.

Tipo de betume modificado 35/50 50/70

Temperatura de fabrico 160°C – 175°C 155°C – 170°C Temperatura de compactação 155°C – 165°C 150°C – 165°C

No que aos betumes modificados diz respeito a normalização europeia relativa à compactação

laboratorial indica diferentes formas de especificar as temperaturas de fabrico e compactação. Para a

temperatura de fabrico, os diferentes métodos de compactação laboratorial referem nas suas normas,

EN 12697 partes 30, 31, 32 e 33, que esta deve ser determinada segundo a parte 35, de modo a que o

betume modificado apresente uma viscosidade cinemática (EN 12595) semelhante à do betume puro.

Para a temperatura de compactação, os compactadores por impacto (Marshall) e vibratório nas

respectivas normas, EN 12697 parte 30 e 32, mencionam que esta deve ser definida pelos produtores

dos betumes modificados. Por outro lado, as partes 31 e 33, respeitantes à compactação com o

compactador giratório e de rolo, respectivamente, relatam que as temperaturas de compactação para os

betumes modificados, podem ser ajustadas relativamente às apresentadas para os betumes puros [35-

39]. Este modo de definir as temperaturas contraria as metodologias apresentadas, subcapítulo 3.2, em

que as temperaturas são definidas individualmente para cada betume de acordo com a sua viscosidade,

ao invés de fixas para cada gama de penetração.

• Método Superpave

Na Figura 5.37 resumem-se as temperaturas médias de fabrico e compactação, resultantes da

aplicação do método Superpave aos betumes modificados e os intervalos de temperaturas

recomendados no Quadro 5.57, a sombreado.

Observa-se que as temperaturas de fabrico e compactação aumentam com a percentagem de

polímero SBS. Da aplicação do método Superpave resultam, em geral, temperaturas de fabrico e

compactação superiores às recomendadas no Quadro 5.57, com excepção das temperaturas de fabrico

do betume GS 35/50 P2 e de compactação dos betumes GS 50/70 P2, GP 50/70 P2 e GS 35/50 P2, que

se enquadram entre os respectivos limites. No Quadro 5.58 são apresentados os valores máximos,

mínimos e médios das temperaturas de fabrico e compactação, resultantes da aplicação deste método,

e os correspondentes betumes modificados onde estas temperaturas ocorrem.


83

Quadro 5.58 – Valores máximos, mínimos e médios das temperaturas de fabrico e compactação, resultantes da aplicação do método Superpave, e respectivos betumes modificados.

50/70 35/50

Temperatura de fabrico


Betume modificado



Betume modificado

Máxima 199ºC 186ºC CH 50/70 P4 189ºC 177ºC GS 35/50 P4 e GP 35/50 P4

Mínima 173ºC 159ºC GP 50/70 P2 171ºC 159ºC GS 35/50 P2

Média 185ºC 172ºC 182ºC 169ºC

Conclui-se que da aplicação deste método resultam temperaturas de fabrico elevadas, em média,

acima de 180°C, que propiciam a degradação do betume e do polímero SBS, desaconselhando-se a sua

utilização para betumes modificados. Em relação às temperaturas de compactação, estas devem ser

inferiores à de fabrico, e por forma a que a mistura betuminosa resista ao esforço de compactação

induzido pelos cilindros compactadores, sem originando compactações e descompactações sucessivas.

• Método da viscosidade a uma taxa de corte elevada

Na Figura 5.38 apresentam-se as temperaturas médias de fabrico e compactação, resultantes da

aplicação do método da viscosidade a uma taxa de corte elevada, aos betumes modificados e os

intervalos de temperaturas recomendados no Quadro 5.57, a sombreado.

Verifica-se que estas temperaturas aumentam com a percentagem de polímero SBS e são

superiores às recomendadas no Quadro 5.57, com excepções feitas à temperatura de fabrico do betume

GS 35/50 P2 e às temperaturas de compactação dos betumes GS 50/70 P2, GP 50/70 P2, GS 35/50 P2

e GP 35/50 P2. No Quadro 5.59 são apresentados os valores máximos, mínimos e médios das

temperaturas de fabrico e compactação, resultantes da aplicação deste método, e os correspondentes

betumes modificados onde estas temperaturas ocorrem.

Figura 5.37 – Temperaturas de fabrico e compactação dos betumes modificados, de acordo com o método Superpave e respectivos intervalos recomendados, a sombreado.

150

160

170

180

190

200

Tem

pera

tura

[ºC

]

Betumes Modificados

Método Superpave (6,8s-1)

Temperatura de fabrico @ 0,17 Pa·s

Temperatura de compactação @ 0,28 Pa·s


84

Quadro 5.59 – Valores máximos, mínimos e médios das temperaturas de fabrico e compactação, resultantes da aplicação do método da viscosidade a uma taxa de corte elevada, e respectivos betumes modificados.

50/70 35/50



Betume modificado



Betume modificado

Máxima 208ºC 189ºC GS 50/70 P4 200ºC 179ºC GS 35/50 P4

Mínima 173ºC 157ºC GP 50/70 P2 171ºC 156ºC GS 35/50 P2


Este método não revela razoabilidade nas temperaturas de fabrico que sugere, por serem em

média elevadas, acima de 180°C, levando à degradação do betume e do polímero SBS,

desaconselhando-se o seu uso para betumes modificados. Relativamente às temperaturas de

compactação, estas devem ser inferiores à de fabrico, e por forma a que a mistura betuminosa resista

ao esforço de compactação induzido pelos cilindros compactadores, sem originando compactações e

descompactações sucessivas.

• Método da viscosidade a uma taxa de corte elevada (evolução)

A Figura 5.39 sintetiza as temperaturas médias de fabrico e compactação, resultantes da aplicação

da evolução do método da viscosidade a uma taxa de corte elevada, aos betumes modificados e os


Da aplicação deste método verifica-se que para a maioria dos betumes modificados, às

temperaturas de fabrico, ajustam-se aos intervalos recomendados no Quadro 5.57, no entanto, ainda se

verificam temperaturas acima de 180°C, nomeadamente as dos betumes com gama de penetração

50/70 com 4% de polímero SBS. No caso das temperaturas de compactação estas são, na sua maioria,

inferiores aos intervalos recomendados no Quadro 5.57. No Quadro 5.60 são apresentados os valores

Figura 5.38 – Temperaturas de fabrico e compactação dos betumes modificados, de acordo com o método da viscosidade a uma taxa de corte elevada e respectivos intervalos recomendados, a sombreado.

150

160

170

180

190

200

210

Tem

pera

tura

[ºC

]

Betumes Modificados

Método da viscosidade a uma taxa de corte elevada (500s-1)




85

máximos, mínimos e médios das temperaturas de fabrico e compactação, resultantes da aplicação

deste método, e os correspondentes betumes modificados onde estas temperaturas ocorrem.

Quadro 5.60 – Valores máximos, mínimos e médios das temperaturas de fabrico e compactação, resultantes da aplicação da evolução do método da viscosidade a uma taxa de corte elevada, e respectivos betumes modificados.

50/70 35/50



Betume modificado



Betume modificado

Máxima 189ºC 170ºC GS 50/70 P4 e CH 50/70 P4 179ºC 152ºC GS 35/50 P4 e

GP 35/50 P4 Mínima 157ºC 135ºC GP 50/70 P2 157ºC 136ºC GS 35/50 P2


• Método da viscosidade à taxa de corte zero

A Figura 5.40 apresenta as temperaturas de fabrico e compactação, resultantes da aplicação do

método da viscosidade à taxa de corte zero, aos betumes modificados e os intervalos de temperaturas

recomendados no Quadro 5.57, a sombreado.

Observa-se que estas temperaturas são inferiores aos intervalos de temperaturas recomendados no

Quadro 5.57. Podendo afirmar-se que, da aplicação deste método resultam temperaturas de fabrico, de

pelo menos 11°C, abaixo do limite inferior do intervalo de fabrico recomendado e temperaturas de

compactação, de pelo menos 20°C, abaixo do limite inferior do intervalo de compactação

recomendado. De salientar ainda que, os intervalos de viscosidade envolvidos neste método, foram

definidos por forma a que as temperaturas de fabrico e compactação não excedessem 160°C e 150°C,

respectivamente, verificando-se esta situação. No Quadro 5.61 são apresentados os valores máximos,

Figura 5.39 – Temperaturas de fabrico e compactação dos betumes modificados, de acordo com a evolução do método da viscosidade a uma taxa de corte elevada e respectivos intervalos recomendados, a sombreado.

130

140

150

160

170

180

190

Tem

pera

tura

[ºC

]

Betumes Modificados

Método da viscosidade a uma taxa de corte elevada (evolução) (500s-1)




86

mínimos e médios das temperaturas de fabrico e compactação, resultantes da aplicação deste método,

e os correspondentes betumes modificados onde estas temperaturas ocorrem.

Quadro 5.61 – Valores máximos, mínimos e médios das temperaturas de fabrico e compactação, resultantes da aplicação do método da viscosidade à taxa de corte zero, e respectivos betumes modificados.

50/70 35/50



Betume modificado



Betume modificado

Máxima 144ºC 130ºC GS 50/70 P4 135ºC 119ºC GP 35/50 P4

Mínima 113ºC 101ºC GS 50/70 P2 113ºC 101ºC GS 35/50 P2


• Método da viscosidade a uma taxa de corte baixa

A Figura 5.41 resume as temperaturas médias de fabrico e compactação, resultantes da aplicação

do método da viscosidade a uma taxa de corte baixa, aos betumes modificados e os intervalos de

temperaturas recomendados no Quadro 5.57, a sombreado.

No Quadro 5.62 são apresentados os valores máximos, mínimos e médios das temperaturas de

fabrico e compactação, resultantes da aplicação deste método, e os correspondentes betumes

modificados onde estas temperaturas ocorrem. Da análise destes valores conclui-se que este método

apresenta temperaturas máximas, mínimas e médias muito semelhantes às do método da viscosidade à

taxa de corte zero, daí serem-lhe imputadas as mesmas críticas.

Figura 5.40 – Temperaturas de fabrico e compactação dos betumes modificados, de acordo com o método da viscosidade à taxa de corte zero e respectivos intervalos recomendados, a sombreado.

100110120130140150160170

Tem

pera

tura

[ºC

]

Betumes Modificados

Método da viscosidade à taxa de corte zero (0,000s-1)




87

Quadro 5.62 – Valores máximos, mínimos e médios das temperaturas de fabrico e compactação, resultantes da aplicação do método da viscosidade a uma taxa de corte baixa, e respectivos betumes modificados.

50/70 35/50



Betume modificado



Betume modificado

Máxima 144ºC 129ºC GS 50/70 P4 134ºC 119ºC GP 35/50 P4

Mínima 113ºC 101ºC GS 50/70 P2 113ºC 101ºC GS 35/50 P2


• Método da viscosidade à taxa de corte zero (simplificação)

A Figura 5.42 resume as temperaturas médias de fabrico e compactação, resultantes da aplicação

da simplificação do método da viscosidade à taxa de corte zero, aos betumes modificados e os


Da aplicação deste método resultam temperaturas de fabrico e compactação inferiores aos

intervalos recomendados no Quadro 5.57 e às temperaturas de fabrico e compactação utilizadas na

definição dos respectivos intervalos de viscosidade no método original, 160°C e 150°C,

respectivamente. Por outro lado, constata-se que a determinação de temperaturas de compactação com

base na viscosidade de 1,1 Pa·s, comparativamente à viscosidade de 1,4 Pa·s, resulta numa melhor

aproximação aos intervalos de temperaturas de compactação recomendados no Quadro 5.57 e à

temperatura de compactação utilizada na definição do mesmo intervalo de viscosidade no método

original. No Quadro 5.62 são apresentados os valores máximos, mínimos e médios das temperaturas

de fabrico e compactação, resultantes da aplicação deste método, e os correspondentes betumes

modificados onde estas temperaturas ocorrem.

Figura 5.41 – Temperaturas de fabrico e compactação dos betumes modificados, de acordo com o método da viscosidade a uma taxa de corte baixa e respectivos intervalos recomendados, a sombreado.

100110120130140150160170

Tem

pera

tura

[ºC

]

Betumes Modificados

Método da viscosidade à taxa de corte baixa (0,001s-1)




88

Quadro 5.63 – Valores máximos, mínimos e médios das temperaturas de fabrico e compactação, resultantes da aplicação da simplificação do método da viscosidade à taxa de corte zero, e respectivos betumes modificados.

50/70 35/50



Betume modificado



Betume modificado

0,75 Pa·s 1,4 Pa·s 1,1 Pa·s 0,75 Pa·s 1,4 Pa·s 1,1 Pa·s Máxima 154 ºC 144 ºC 148 ºC CH 50/70 P4 149 ºC 138 ºC 142 ºC GP 35/50 P4

Mínima 135 ºC 121 ºC 127 ºC GP 50/70 P2 136 ºC 125 ºC 130 ºC GS 35/50 P2

Média 144 ºC 133 ºC 138 ºC 143 ºC 132 ºC 137 ºC

• Comparações entre os métodos

Na Figura 5.43 e Figura 5.44 apresentam-se as variações dos valores máximos, mínimos e médios

das temperaturas de fabrico e compactação, em função dos diferentes métodos estudados e os

intervalos de temperaturas aconselhados pelos produtores de betumes modificados, Quadro 5.57.

Nestas figuras os betumes encontram-se agrupados de acordo com a gama de penetração do betume

puro que originou o betume modificado.

Na Figura 5.45 e Figura 5.46 apresentam-se as variações dos valores máximos, mínimos e médios

das temperaturas de fabrico e compactação, em função dos diferentes métodos estudados, para os

betumes modificados. Estes encontram-se agrupados de acordo com as gamas de penetração definidas

nas especificações normativas em vigor em Portugal (25/55 e 45/80).

Figura 5.42 – Temperaturas de fabrico e compactação dos betumes modificados, de acordo com o método simplificado da viscosidade à taxa de corte zero e respectivos intervalos recomendados, a sombreado.

120

130

140

150

160

170

Tem

pera

tura

[ºC

]

Betumes Modificados

Método da viscosidade à taxa de corte zero (simplificação) (6,8s-1)

Temperatura de fabrico @ 0,75 Pa·sTemperatura de compactação @ 1,4 Pa·sTemperatura de compactação @ 1,1 Pa·s


89

Figura 5.43 – Temperaturas de fabrico resultantes da aplicação dos diferentes métodos, para os betumes modificados agrupados de acordo com a gama de penetração do betume puro que originou o betume modificado.

Figura 5.44 – Temperaturas de compactação resultantes da aplicação dos diferentes métodos, para os betumes modificados agrupados de acordo com a gama de penetração do betume puro que originou o betume modificado.

100

120

140

160

180

200

Método Superpave (betumes

puros)

Método Superpave



(evolução)


zero

Método da viscosidade a uma taxa de corte baixa


zero (simplificação)

Tem

pera

tura

[C

]Temperatura de fabrico vs métodos

Temperatura máxima de fabrico (gama de penetração 50/70) Temperatura máxima de fabrico (gama de penetração 35/50)Temperatura média de fabrico (gama de penetração 50/70) Temperatura média de fabrico (gama de penetração 35/50)Temperatura mínima de fabrico (gama de penetração 50/70) Temperatura mínima de fabrico (gama de penetração 35/50)

100

120

140

160

180

200

Método Superpave (betumes

puros)

Método Superpave



(evolução)


zero




@ 1,4 Pa·s



@ 1,1 Pa·s

Tem

pera

tura

[C

]

Temperatura de compactação vs métodos

Temperatura máxima de compactação (gama de penetração 50/70) Temperatura máxima de compactação (gama de penetração 35/50)Temperatura média de compactação (gama de penetração 50/70) Temperatura média de compactação (gama de penetração 35/50)Temperatura mínima de compactação (gama de penetração 50/70) Temperatura mínima de compactação (gama de penetração 35/50)


90

Figura 5.45 – Temperaturas de fabrico resultantes da aplicação dos diferentes métodos, para os betumes modificados agrupados de acordo com a gama de penetração 25/55 e 45/80.

Figura 5.46 – Temperaturas de compactação resultantes da aplicação dos diferentes métodos, para os betumes modificados agrupados de acordo com a gama de penetração 25/55 e 45/80.

100

120

140

160

180

200

Método Superpave

Método da viscosidade a uma

taxa de corte elevada


taxa de corte elevada

(evolução)

Método da viscosidade à taxa

de corte zero


taxa de corte baixa

Método da viscosidade à taxa

de corte zero (simplificação)

Tem

pera

tura

[C

]

Temperatura de fabrico vs métodos

Temperatura máxima de fabrico (gama de penetração 25/55) Temperatura máxima de fabrico (gama de penetração 45/80)Temperatura média de fabrico (gama de penetração 25/55) Temperatura média de fabrico (gama de penetração 45/80)Temperatura mínima de fabrico (gama de penetração 25/55) Temperatura mínima de fabrico (gama de penetração 45/80)

100

120

140

160

180

200

Método Superpave



(evolução)


zero




@ 1,4 Pa·s



@ 1,1 Pa·s

Tem

pera

tura

[C

]

Temperatura de compactação vs métodos

Temperatura máxima de compactação (gama de penetração 25/55) Temperatura máxima de compactação (gama de penetração 45/80)Temperatura média de compactação (gama de penetração 25/55) Temperatura média de compactação (gama de penetração 45/80)Temperatura mínima de compactação (gama de penetração 25/55) Temperatura mínima de compactação (gama de penetração 45/80)


91

Da análise da Figura 5.43 e Figura 5.44 há a referir que, da utilização dos métodos Superpave e

viscosidade a uma taxa de corte elevada resultam sempre temperaturas médias superiores às

resultantes da aplicação do método Superpave a betumes puros.

As restantes ilações verificam-se independentemente do modo como os betumes são agrupados.

Deste modo há a salientar que:

- As temperaturas médias de fabrico e compactação decorrente da aplicação do método da

viscosidade a uma taxa de corte elevada são na mesma ordem de grandeza,

comparativamente com o método Superpave.

- Da aplicação da evolução do método da viscosidade a uma taxa de corte elevada resultam

sempre temperaturas médias de fabrico e compactação inferiores relativamente aos métodos

Superpave e viscosidade a uma taxa de corte elevada.

- Do emprego dos métodos da viscosidade à taxa de corte zero, baixa e sua simplificação,

resultam sempre temperaturas médias inferiores às dos restantes métodos estudados.

- Da aplicação dos métodos da viscosidade à taxa de corte zero e baixa resultam temperaturas

médias idênticas. Tal facto permite concluir que o conceito de taxa de corte zero é mais lato

do que inicialmente poderia parecer, uma vez que a medição da viscosidade no intervalo de

taxas de corte entre 0 e 0,001 s-1 não provoca variações na determinação das temperaturas de

fabrico e compactação. Podendo adoptar-se, sem prejuízo, a medição da viscosidade a uma

taxa de corte baixa, entre 0 e 0,001 s-1, e obterem-se resultados iguais aos do método da

viscosidade à taxa de corte zero.

- Do emprego da simplificação do método da viscosidade à taxa de corte zero deveriam

resultar temperaturas médias de fabrico e compactação semelhantes às do método original,

devido à sua descendência. Contrariamente, resultam temperaturas médias superiores, que no

caso da temperatura média de compactação aumenta quando determinada à viscosidade de

1,1 Pa·s.

Dos métodos estudados há a destacar, devido aos resultados obtidos, a evolução do método da

viscosidade de corte elevada. Este método oferece intervalos de temperaturas que poderão vir a ser

usados no fabrico e compactação de misturas betuminosas com betumes modificados, Quadro 5.64. Os

restantes métodos para betumes modificados, método da viscosidade à taxa de corte zero (baixa) e sua

simplificação, julga-se determinarem temperaturas demasiado baixas relativamente às preconizadas

pelos produtores, Anexo F.


92

Quadro 5.64 – Intervalos de temperaturas de fabrico e compactação de misturas betuminosas com betumes modificados para os diferentes métodos estudados.

Método da viscosidade

a uma taxa de corte elevada (evolução)


(baixa)

Método da viscosidade à taxa de corte zero (simplificação)

Fabrico Compactação Fabrico Compactação Fabrico Compactação @1,4Pa·s

Compactação @1,1Pa·s

Temperatura máxima 189ºC 170ºC 144ºC 130ºC 154ºC 144ºC 148ºC

Temperatura mínima 157ºC 135ºC 113ºC 101ºC 135ºC 121ºC 127ºC

Intervalo de temperatura

173ºC ±16ºC 152ºC ±17ºC 129ºC

±16ºC 115ºC ±14ºC 145ºC ±10ºC 132ºC ±11ºC 137ºC ±11ºC

93

Capítulo 6

6 Considerações finais

6.1 Conclusões

Relativamente à caracterização do comportamento reológico de betumes puros e modificados,

laboratorialmente, a temperaturas elevadas verifica-se que:

Os betumes puros têm um comportamento reológico conhecido como Newtoniano, ou

seja, independente da taxa de corte;

A adição de polímero ao betume puro provoca a alteração do comportamento reológico

do betume resultante, betume modificado. Este apresenta um comportamento reológico

conhecido como não-Newtoniano do tipo “shear-thinning” e é dependente da taxa de

corte;

O aumento da percentagem de polímero diminui a susceptibilidade térmica do betume

modificado;

A viscosidade dos betumes modificados com polímero SBS é sempre superior à

viscosidade do betume puro que lhe deu origem;

A viscosidade dos betumes diminui com o aumento da temperatura;

O aumento da percentagem de polímero SBS aumenta a viscosidade e a dependência da

taxa de corte do betume modificado;

A dependência da taxa de corte do betume modificado diminui com o aumento da

temperatura;

CAPÍTULO 6. CONSIDERAÇÕES FINAIS

94

Comparando betumes com igual percentagem de polímero SBS, constata-se que, em

relação à gama de penetração 50/70, o betume proveniente de Huelva apresenta a maior

viscosidade enquanto que o originário do Porto a menor viscosidade. Relativamente à

gama de penetração 35/50, o betume do Porto apresenta maior viscosidade que o oriundo

de Sines.

O objectivo primordial deste trabalho de investigação constou na comparação das temperaturas de

fabrico e compactação dos betumes puros e modificados com as recomendadas pelos produtores. As

ilações a retirar deste são que:

Não só a taxa de corte mas também a percentagem de polímero têm influência na

viscosidade e consequentemente na determinação das temperaturas de fabrico e

compactação;

Da aplicação do método Superpave a betumes puros resultam temperaturas de fabrico e

compactação aceitáveis, enquadrando-se nos limites recomendados pelos produtores e

nas normas europeias. Aconselhando-se a sua utilização em betume puros;

Do emprego dos métodos Superpave e viscosidade a uma taxa de corte elevada a betumes

modificados, resultam na sua maioria, temperaturas de fabrico e compactação superiores

às recomendadas pelos produtores. Estes revelam também temperaturas acima de 180°C.

Não sendo aconselhado o uso destes métodos na determinação das temperaturas de

fabrico e compactação de betumes modificados;

A evolução do método da viscosidade a uma taxa de corte elevada sugere temperaturas de

fabrico, em geral, dentro dos limites recomendados pelos produtores. Mesmo assim,

ainda se verificam algumas temperaturas de fabrico superiores a 180°C. Relativamente às

temperaturas de compactação, estas são na sua maioria, inferiores aos limites

recomendados;

Os métodos da viscosidade à taxa corte zero e baixa apresentam temperaturas de fabrico e

compactação inferiores aos limites indicados pelos produtores. Destes conclui-se também

que a variação da taxa de corte entre 0 e 0,001 s-1, na medição da viscosidade, não altera

as temperaturas de fabrico e compactação;

Da utilização da simplificação do método da viscosidade à taxa de corte zero resultam

temperaturas de fabrico e compactação superiores comparativamente às do método

original, o que não era esperado, dado este ser seu descendente. Apesar disto, estas

temperaturas ainda são inferiores, mas mais próximas dos limites aconselhados pelos

produtores, nomeadamente se forem calculadas com o valor de viscosidade de 1,1 Pa·s

invés de 1,4 Pa·s;

CAPÍTULO 6. CONSIDERAÇÕES FINAIS

95

O método que oferece temperaturas de fabrico e compactação passíveis de serem

utilizadas no fabrico e compactação de misturas betuminosas com betumes modificados é

a evolução do método da viscosidade a uma taxa de corte elevada. No entanto, ainda

necessita de ser testado no fabrico e compactação de misturas betuminosas com betumes

modificados.

6.2 Desenvolvimentos futuros

Como continuidade ao trabalho iniciado com esta dissertação sugere-se o desenvolvimento de

alguns trabalhos. Nestes apenas se recomenda o uso da evolução do método da viscosidade a uma taxa

de corte elevada, da viscosidade à taxa de corte zero (baixa) e sua simplificação.

Assim, seria interessante considerar as temperaturas de fabrico e compactação, provenientes dos

métodos referenciados em cima e a sua aplicação no fabrico e compactação de misturas betuminosas

em laboratório, para avaliar a qualidade dos processos de fabrico e compactação e as características

das misturas betuminosas resultantes.

Do mesmo modo sugere-se a validação da metodologia laboratorial com betumes modificados

produzidos em fábrica e o estudo das temperaturas de fabrico e compactação. Bem como, fabricar e

compactar misturas betuminosas com as temperaturas resultantes, em laboratório, de modo a avaliar a

qualidade dos processos de fabrico e compactação e as características das misturas betuminosas

resultantes.

Propõe-se ainda a realização de um trecho experimental baseado nas temperaturas de fabrico e

compactação resultantes dos métodos enunciados em cima, com o intuito de avaliar a qualidade dos

processos de fabrico e compactação e as características das misturas betuminosas resultantes em

situações reais.

97

Referências Bibliográficas

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[22] Stuart, K. D. - Methodology for Determining Compaction Temperatures for Modified Asphalt Binders. FHWA-RD-02-016, McLean, Federal Highway Administration, 2001.

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[33] EUROPEAN COMMITTEE FOR STANDARDIZATION (CEN) - EN 14023:2005 - Bitumen and bituminous binders - Framework specification for polymer modified bitumens. Brussels, CEN, October 2005.

[34] Instituto de Infra-Estruturas Rodoviárias I.P. (InIR) - Construção e Reabilitação de Pavimentos - Ligantes Betuminosos. InIR, 2009.

[35] EUROPEAN COMMITTEE FOR STANDARDIZATION (CEN) - EN 12697-30:2004 - Bituminous mixtures - Test methods for hot mix asphalt - Part 30: Specimen preparation by impact compactor. Brussels, CEN, June 2004.

[36] EUROPEAN COMMITTEE FOR STANDARDIZATION (CEN) - EN 12697-31:2004 - Bituminous mixtures - Test methods for hot mix asphalt - Part 31: Specimen preparation by gyratory compactor. Brussels, CEN, July 2004.

[37] EUROPEAN COMMITTEE FOR STANDARDIZATION (CEN) - EN 12697-32:2003 - Bituminous mixtures - Test methods for hot mix asphalt - Part 32: Laboratory compaction of bituminous mixtures by vibratory compactor. Brussels, CEN, March 2003.

[38] EUROPEAN COMMITTEE FOR STANDARDIZATION (CEN) - EN 12697-33:2003 - Bituminous mixtures - Test methods for hot mix asphalt - Part 33: Specimen prepared by roller compactor. Brussels, CEN, December 2003.

[39] EUROPEAN COMMITTEE FOR STANDARDIZATION (CEN) - EN 12697-35:2004 - Bituminous mixtures - Test methods for hot mix asphalt - Part 35: Laboratory mixing. Brussels, CEN, October 2004.

101

Anexo A Caracterização da viscosidade dinâmica dos betumes puros

Figura A.1 – Viscosidade dinâmica do betume CH 50/70, a diferentes temperaturas e taxas de corte.

0,05

0,5

1 10 100 1000

Vis

cosi

dade

dinâ

mic

a [P

a.s]

Taxa de Corte [s-1]

CH 50/70 - Viscosidade dinâmica vs Taxa de corte

120 ºC

135 ºC

150 ºC

165 ºC

180 ºC

ANEXO A – CARACTERIZAÇÃO DA VISCOSIDADE DINÂMICA DOS BETUMES PUROS

102

Figura A.2 – Viscosidade dinâmica do betume GS 50/70, a diferentes temperaturas e taxas de corte.

Figura A.3 – Viscosidade dinâmica do betume GP 50/70, a diferentes temperaturas e taxas de corte.

0,05

0,5

1 10 100 1000

Vis

cosi

dade

din

âmic

a [P

a.s]

Taxa de Corte [s-1]

GS 50/70 - Viscosidade dinâmica vs Taxa de corte

120 ºC

135 ºC

150 ºC

165 ºC

180 ºC

0,05

0,5

1 10 100 1000

Vis

cosi

dade

din

âmic

a [P

a·s]

Taxa de Corte [s-1]

GP 50/70 - Viscosidade dinâmica vs Taxa de corte

120 ºC

135 ºC

150 ºC

165 ºC

180 ºC

ANEXO A – CARACTERIZAÇÃO DA VISCOSIDADE DINÂMICA DOS BETUMES PUROS

103

Figura A.4 – Viscosidade dinâmica do betume GS 35/50, a diferentes temperaturas e taxas de corte.

Figura A.5 – Viscosidade dinâmica do betume GP 35/50, a diferentes temperaturas e taxas de corte.

0,05

0,5

1 10 100 1000

Vis

cosi

dade

din

âmic

a [P

a·s]

Taxa de Corte [s-1]

GS 35/50 - Viscosidade dinâmica vs Taxa de corte

120 ºC

134 ºC

150 ºC

165 ºC

180 ºC

0,05

0,5

1 10 100 1000

Vis

cosi

dade

din

âmic

a [P

a·s]

Taxa de Corte [s-1]

GP 35/50 - Viscosidade dinâmica vs Taxa de corte

120 ºC

135 ºC

150 ºC

165 ºC

180 ºC

105

Anexo B Caracterização da viscosidade dinâmica dos betumes modificados

Figura B.1 – Viscosidade dinâmica do betume CH 50/70 P2, a diferentes temperaturas e taxas de corte.

0,1

1

0,01 0,1 1 10 100 1000

Vis

cosi

dade

din

âmic

a [P

a·s]

Taxa de Corte [s-1]



ANEXO B – CARACTERIZAÇÃO DA VISCOSIDADE DINÂMICA DOS BETUMES MODIFICADOS

106



0,1

1

10

0,01 0,1 1 10 100 1000

Vis

cosi

dade

din

âmic

a [P

a·s]

Taxa de Corte [s-1]


120 ºC 135 ºC 150 ºC165 ºC 180 ºC Modelo da Lei da PotênciaModelo de Cross

0,1

1

10

0,01 0,1 1 10 100 1000

Vis

cosi

dade

din

âmic

a [P

a·s]

Taxa de Corte [s-1]




107

Figura B.4 – Viscosidade dinâmica do betume GS 50/70 P2, a diferentes temperaturas e taxas de corte.


0,1

1

0,01 0,1 1 10 100 1000

Vis

cosi

dade

din

âmic

a [P

a·s]

Taxa de Corte [s-1]

GS 50/70 P2 - Viscosidade dinâmica vs Taxa de corte


0,1

1

10

0,01 0,1 1 10 100 1000

Vis

cosi

dade

din

âmic

a [P

a·s]

Taxa de Corte [s-1]




108


Figura B.7 – Viscosidade dinâmica do betume GP 50/70 P2, a diferentes temperaturas e taxas de corte.

0,1

1

10

0,01 0,1 1 10 100 1000

Vis

cosi

dade

din

âmic

a [P

a·s]

Taxa de Corte [s-1]



0,1

1

10

0,01 0,1 1 10 100 1000

Vis

cosi

dade

din

âmic

a [P

a·s]

Taxa de Corte [s-1]

GP 50/70 P2 - Viscosidade dinâmica vs Taxa de corte



109



0,1

1

10

0,01 0,1 1 10 100 1000

Vis

cosi

dade

din

âmic

a [P

a·s]

Taxa de Corte [s-1]



0,1

1

0,01 0,1 1 10 100 1000

Vis

cosi

dade

din

âmic

a [P

a·s]

Taxa de Corte [s-1]




110



0,1

1

0,01 0,1 1 10 100 1000

Vis

cosi

dade

din

âmic

a [P

a·s]

Taxa de Corte [s-1]



0,1

1

0,01 0,1 1 10 100 1000

Vis

cosi

dade

din

âmic

a [P

a·s]

Taxa de Corte [s-1]




111



0,1

1

10

0,01 0,1 1 10 100 1000

Vis

cosi

dade

din

âmic

a [P

a·s]

Taxa de Corte [s-1]



0,1

1

0,01 0,1 1 10 100 1000

Vis

cosi

dade

din

âmic

a [P

a·s]

Taxa de Corte [s-1]




112



0,1

1

0,01 0,1 1 10 100 1000

Vis

cosi

dade

din

âmic

a [P

a·s]

Taxa de Corte [s-1]



0,1

1

10

0,01 0,1 1 10 100 1000

Vis

cosi

dade

din

âmic

a [P

a·s]

Taxa de Corte [s-1]



113

Anexo C Relação entre as constantes do modelo da lei de potência e a percentagem de polímero

Figura C.1 – Relação entre a constante k e a percentagem de polímero, nos betumes modificados com o betume puro CH 50/70.

Figura C.2 – Relação entre a constante n e a percentagem de polímero, nos betumes modificados com o betume puro CH 50/70.

0

1

2

3

4

5

6

7

1% 2% 3% 4% 5%

Con

stan

te "k

"

% de Polímero

"k" vs % de Polímero - Betume modificado com CH 50/70

120 ºC

135 ºC

165 ºC

0,920

0,940

0,960

0,980

1,000

1% 2% 3% 4% 5%

Con

stan

te "n

"

% de Polímero

"n" vs % de Polímero - Betume modificado com CH 50/70

135 ºC

120 ºC

165 ºC

ANEXO C – RELAÇÃO ENTRE AS CONSTANTES DO MODELO DA LEI DE POTÊNCIA E A PERCENTAGEM DE POLÍMERO

114

Figura C.3 – Relação entre a constante k e a percentagem de polímero, nos betumes modificados com o betume puro GS 50/70.

Figura C.4 – Relação entre a constante n e a percentagem de polímero, nos betumes modificados com o betume puro GS 50/70.

Figura C.5 – Relação entre a constante k e a percentagem de polímero, nos betumes modificados com o betume puro GP 50/70.

0

1

2

3

4

5

1% 2% 3% 4% 5%

Con

stan

te "k

"

% de Polímero

"k" vs % de Polímero - Betume modificado com GS 50/70

120 ºC

135 ºC

165 ºC

0,880

0,900

0,920

0,940

0,960

0,980

1,000

1% 2% 3% 4% 5%

Con

stan

te "n

"

% de Polímero

"n" vs % de Polímero - Betume modificado com GS 50/70

120 ºC

135 ºC

165 ºC

0

1

2

3

4

1% 2% 3% 4% 5%

Con

stan

te "k

"

% de Polímero

"k" vs % de Polímero - Betume modificado com GP 50/70

120 ºC135 ºC165 ºC


115

Figura C.6 – Relação entre a constante n e a percentagem de polímero, nos betumes modificados com o betume puro GP 50/70.

Figura C.7 – Relação entre a constante k e a percentagem de polímero, nos betumes modificados com o betume puro GS 35/50.

Figura C.8 – Relação entre a constante n e a percentagem de polímero, nos betumes modificados com o betume puro GS 35/50.

0,900

0,920

0,940

0,960

0,980

1,000

1% 2% 3% 4% 5%

Con

stan

te "n

"

% de Polímero

"n" vs % de Polímero - Betume modificado com GP 50/70

120 ºC

135 ºC

165 ºC

0

1

2

3

4

5

1% 2% 3% 4% 5%

Con

stan

te "k

"

% de Polímero

"k" vs % de Polímero - Betume modificado com GS 35/50

120 ºC

135 ºC

165 ºC

0,8400,8600,8800,9000,9200,9400,9600,9801,000

1% 2% 3% 4% 5%

Con

stan

te "n

"

% de Polímero

"n" vs % de Polímero - Betume modificado com GS 35/50

120 ºC

135 ºC

165 ºC


116

Figura C.9 – Relação entre a constante k e a percentagem de polímero, nos betumes modificados com o betume puro GP 35/50.

Figura C.10 – Relação entre a constante n e a percentagem de polímero, nos betumes modificados com o betume puro GP 35/50.

0

1

2

3

4

5

6

1% 2% 3% 4% 5%

Con

stan

te "k

"

% de Polímero

"k" vs % de Polímero - Betume modificado com GP 35/50

120 ºC

135 ºC

165 ºC

0,860

0,880

0,900

0,920

0,940

0,960

0,980

1,000

1% 2% 3% 4% 5%

Con

stan

te "n

"

% de Polímero

"n" vs % de Polímero - Betume modificado com GP 35/50

120 ºC135 ºC165 ºC

117

Anexo D Temperaturas de fabrico e compactação dos betumes puros

Figura D.1 – Cálculo das temperaturas de fabrico e compactação do betume CH 50/70.

0,150,190,250,31

0,01

0,1

1

10

100 120 140 160 180 200

Vis

cosi

dade

din

âmic

a [P

a.s]

Temperatura [ºC]

CH 50/70 - Viscosidade dinâmica vs Temperatura

Método Superpave



0,053 6,802

2R 0,998

Teη − +=

=

ANEXO D – TEMPERATURAS DE FABRICO E COMPACTAÇÃO DOS BETUMES PUROS

118

Figura D.2 – Cálculo das temperaturas de fabrico e compactação do betume GS 50/70.

Figura D.3 – Cálculo das temperaturas de fabrico e compactação do betume GP 50/70.

0,150,190,250,31

0,01

0,1

1

10

100 120 140 160 180 200

Vis

cosi

dade

din

âmic

a [P

a.s]

Temperatura [ºC]

GS 50/70 - Viscosidade dinâmica vs Temperatura

Método Superpave

Intervalo de Fabbrico


0,150,190,250,31

0,01

0,1

1

10

100 120 140 160 180 200

Vis

cosi

dade

din

âmic

a [P

a.s]

Temperatura [ºC]

GP 50/70 - Viscosidade dinâmica vs Temperatura

Método Superpave



0,051 6,163

2R 0,997

Teη − +=

=

0,051 6,006

2R 0,997

Teη − +=

=

ANEXO D – TEMPERATURAS DE FABRICO E COMPACTAÇÃO DOS BETUMES PUROS

119

Figura D.4 – Cálculo das temperaturas de fabrico e compactação do betume GS 35/50.

Figura D.5 – Cálculo das temperaturas de fabrico e compactação do betume GP 35/50.

0,150,190,250,31

0,01

0,1

1

10

100 120 140 160 180 200

Vis

cosi

dade

din

âmic

a [P

a.s]

Temperatura [ºC]

GS 35/50 - Viscosidade dinâmica vs Temperatura

Método Superpave



0,150,190,250,31

0,01

0,1

1

10

100 120 140 160 180 200

Vis

cosi

dade

din

âmic

a [P

a.s]

Temperatura [ºC]

GP 35/50 - Viscosidade dinâmica vs Temperatura

Método Superpave



0,049 5,899

2R 0,999

Teη − +=

=

0,054 6,794

2R 0,998

Teη − +=

=

121

Anexo E Temperaturas de fabrico e compactação dos betumes modificados

Figura E.1 – Cálculo das temperaturas de fabrico e compactação do betume CH 50/70 P2, através do método Superpave.

0,150,190,250,31

0,1

1

10

100 120 140 160 180 200

Vis

cosi

dade

din

âmic

a [P

a.s]

Temperatura [ºC]

CH 50/70 P2 - Viscosidade dinâmica vs Temperatura

Método Superpave



0,042 5,854Teη − +=

ANEXO E – TEMPERATURAS DE FABRICO E COMPACTAÇÃO DOS BETUMES MODIFICADOS

122

Figura E.2 – Cálculo das temperaturas de fabrico e compactação do betume CH 50/70 P2, através do método da viscosidade a uma taxa de corte elevada.

Figura E.3 – Cálculo das temperaturas de fabrico e compactação do betume CH 50/70 P2, através do método da viscosidade a uma taxa de corte elevada (evolução).

0,150,190,250,31

0,1

1

10

100 120 140 160 180 200

Vis

cosi

dade

din

âmic

a [P

a.s]

Temperatura [ºC]





0,2450,305

0,490,61

0,1

1

10

100 120 140 160 180 200

Vis

cosi

dade

din

âmic

a [P

a.s]

Temperatura [ºC]


Método da viscosidade a uma taxa de corte elevada (evolução)



0,039 5,341Teη − +=

0,039 5,341Teη − +=


123

Figura E.4 – Cálculo das temperaturas de fabrico e compactação do betume CH 50/70 P2, através do método da viscosidade à taxa de corte zero.

Figura E.5 – Cálculo das temperaturas de fabrico e compactação do betume CH 50/70 P2, através do método da viscosidade a uma taxa de corte baixa.

3

6

0,1

1

10

100 120 140 160 180 200

Vis

cosi

dade

din

âmic

a [P

a.s]

Temperatura [ºC]



Viscosidade de Fabrico

Viscosidade de Compactação

2,73,3

5,46,6

0,1

1

10

100 120 140 160 180 200

Vis

cosi

dade

din

âmic

a [P

a.s]

Temperatura [ºC]





0,056 7,764

2R 0,996

Teη − +=

=

0,056 7,764

2R 0,996

Teη − +=

=


124

Figura E.6 – Cálculo das temperaturas de fabrico e compactação do betume CH 50/70 P2, através do método da viscosidade à taxa de corte zero (simplificação).

Figura E.7 – Cálculo das temperaturas de fabrico e compactação do betume CH 50/70 P2, através do método da viscosidade à taxa de corte zero (simplificação), com alteração do intervalo de compactação.

0,70,8

1,31,5

0,1

1

10

100 120 140 160 180 200

Vis

cosi

dade

din

âmic

a [P

a.s]

Temperatura [ºC]





0,70,8

1,3

0,9

0,1

1

10

100 120 140 160 180 200

Vis

cosi

dade

din

âmic

a [P

a.s]

Temperatura [ºC]





0,055 7,691

2R 0,996

Teη − +=

=

0,055 7,691

2R 0,996

Teη − +=

=


125



0,150,190,250,31

0,1

1

10

100 120 140 160 180 200

Vis

cosi

dade

din

âmic

a [P

a.s]

Temperatura [ºC]


Método Superpave



0,150,190,250,31

0,1

1

10

100 120 140 160 180 200

Vis

cosi

dade

din

âmic

a [P

a.s]

Temperatura [ºC]





0,043 6,371Teη − +=

0,041 6,013Teη − +=


126



0,2450,305

0,490,61

0,1

1

10

100 120 140 160 180 200

Vis

cosi

dade

din

âmic

a [P

a.s]

Temperatura [ºC]





3

6

0,1

1

10

100 120 140 160 180 200

Vis

cosi

dade

din

âmic

a [P

a.s]

Temperatura [ºC]





0,041 6,013Teη − +=

0,051 7,583

2R 0,967

Teη − +=

=


127



2,73,3

5,46,6

0,1

1

10

100 120 140 160 180 200

Vis

cosi

dade

din

âmic

a [P

a.s]

Temperatura [ºC]





0,70,8

1,31,5

0,1

1

10

100 120 140 160 180 200

Vis

cosi

dade

din

âmic

a [P

a.s]

Temperatura [ºC]





0,051 7,583

2R 0,967

Teη − +=

=

0,058 8,395

2R 0,996

Teη − +=

=


128



0,70,8

1,3

0,9

0,1

1

10

100 120 140 160 180 200

Vis

cosi

dade

din

âmic

a [P

a.s]

Temperatura [ºC]





0,150,190,250,31

0,1

1

10

100 120 140 160 180 200

Vis

cosi

dade

din

âmic

a [P

a.s]

Temperatura [ºC]


Método Superpave



0,058 8,395

2R 0,996

Teη − +=

=

0,041 6,281Teη − +=


129



0,150,190,250,31

0,1

1

10

100 120 140 160 180 200

Vis

cosi

dade

din

âmic

a [P

a.s]

Temperatura [ºC]





0,2450,305

0,490,61

0,1

1

10

100 120 140 160 180 200

Vis

cosi

dade

din

âmic

a [P

a.s]

Temperatura [ºC]





0,039 5,972Teη − +=

0,039 5,972Teη − +=


130



3

6

0,1

1

10

100 120 140 160 180 200

Vis

cosi

dade

din

âmic

a [P

a.s]

Temperatura [ºC]





2,73,3

5,46,6

0,1

1

10

100 120 140 160 180 200

Vis

cosi

dade

din

âmic

a [P

a.s]

Temperatura [ºC]





0,087 12,645

2R 0,996

Teη − +=

=

0,082 11,874

2R 0,995

Teη − +=

=


131



0,70,8

1,31,5

0,1

1

10

100 120 140 160 180 200

Vis

cosi

dade

din

âmic

a [P

a.s]

Temperatura [ºC]





0,70,8

1,3

0,9

0,1

1

10

100 120 140 160 180 200

Vis

cosi

dade

din

âmic

a [P

a.s]

Temperatura [ºC]





0,060 8,896

2R 0,995

Teη − +=

=

0,060 8,896

2R 0,995

Teη − +=

=


132

Figura E.22 – Cálculo das temperaturas de fabrico e compactação do betume GS 50/70 P2, através do método Superpave.

Figura E.23 – Cálculo das temperaturas de fabrico e compactação do betume GS 50/70 P2, através do método da viscosidade a uma taxa de corte elevada.

0,15

0,19

0,25

0,31

0,1

1

100 120 140 160 180 200

Vis

cosi

dade

din

âmic

a [P

a.s]

Temperatura [ºC]

GS 50/70 P2 - Viscosidade dinâmica vs Temperatura

Método Superpave



0,15

0,19

0,25

0,31

0,1

1

100 120 140 160 180 200

Vis

cosi

dade

din

âmic

a [P

a.s]

Temperatura [ºC]





0,039 5,085Teη − +=

0,032 3,869Teη − +=


133

Figura E.24 – Cálculo das temperaturas de fabrico e compactação do betume GS 50/70 P2, através do método da viscosidade a uma taxa de corte elevada (evolução).

Figura E.25 – Cálculo das temperaturas de fabrico e compactação do betume GS 50/70 P2, através do método da viscosidade à taxa de corte zero.

0,245

0,305

0,49

0,61

0,1

1

100 120 140 160 180 200

Vis

cosi

dade

din

âmic

a [P

a.s]

Temperatura [ºC]





3

6

0,1

1

10

80 100 120 140 160 180 200

Vis

cosi

dade

din

âmic

a [P

a.s]

Temperatura [ºC]





0,032 3,869Teη − +=

0,058 7,631

2R 0,994

Teη − +=

=


134

Figura E.26 – Cálculo das temperaturas de fabrico e compactação do betume GS 50/70 P2, através do método da viscosidade a uma taxa de corte baixa.

Figura E.27 – Cálculo das temperaturas de fabrico e compactação do betume GS 50/70 P2, através do método da viscosidade à taxa de corte zero (simplificação).

2,73,3

5,46,6

0,1

1

10

80 100 120 140 160 180 200

Vis

cosi

dade

din

âmic

a [P

a.s]

Temperatura [ºC]





0,70,8

1,31,5

0,1

1

10

100 120 140 160 180 200

Vis

cosi

dade

din

âmic

a [P

a.s]

Temperatura [ºC]





0,058 7,632

2R 0,994

Teη − +=

=

0,055 7,227

2R 0,995

Teη − +=

=


135

Figura E.28 – Cálculo das temperaturas de fabrico e compactação do betume GS 50/70 P2, através do método da viscosidade à taxa de corte zero (simplificação), com alteração do intervalo de compactação.


0,70,8

1,3

0,9

0,1

1

10

100 120 140 160 180 200

Vis

cosi

dade

din

âmic

a [P

a.s]

Temperatura [ºC]





0,150,190,250,31

0,1

1

10

100 120 140 160 180 200

Vis

cosi

dade

din

âmic

a [P

a.s]

Temperatura [ºC]


Método Superpave



0,055 7,227

2R 0,995

Teη − +=

=

0,041 5,567Teη − +=


136



0,15

0,19

0,25

0,31

0,1

1

100 120 140 160 180 200

Vis

cosi

dade

din

âmic

a [P

a.s]

Temperatura [ºC]





0,245

0,305

0,49

0,61

0,1

1

100 120 140 160 180 200

Vis

cosi

dade

din

âmic

a [P

a.s]

Temperatura [ºC]





0,032 4,142Teη − +=

0,032 4,142Teη − +=


137



3

6

0,01

0,1

1

10

100 120 140 160 180 200

Vis

cosi

dade

din

âmic

a [P

a.s]

Temperatura [ºC]





2,73,35,46,6

0,01

0,1

1

10

100 120 140 160 180 200

Vis

cosi

dade

din

âmic

a [P

a.s]

Temperatura [ºC]





0,105 14,309

2R 0,997

Teη − +=

=

0,103 13,964

2R 0,997

Teη − +=

=


138



0,70,8

1,31,5

0,1

1

10

100 120 140 160 180 200

Vis

cosi

dade

din

âmic

a [P

a.s]

Temperatura [ºC]





0,70,8

1,3

0,9

0,1

1

10

100 120 140 160 180 200

Vis

cosi

dade

din

âmic

a [P

a.s]

Temperatura [ºC]





0,057 7,848

2R 0,995

Teη − +=

=

0,057 7,848

2R 0,995

Teη − +=

=


139



0,150,190,250,31

0,1

1

10

100 120 140 160 180 200

Vis

cosi

dade

din

âmic

a [P

a.s]

Temperatura [ºC]


Método Superpave



0,150,190,250,31

0,1

1

10

100 120 140 160 180 200 220

Vis

cosi

dade

din

âmic

a [P

a.s]

Temperatura [ºC]





0,039 5,751Teη − +=

0,025 3,509Teη − +=


140



0,2450,305

0,490,61

0,1

1

10

100 120 140 160 180 200

Vis

cosi

dade

din

âmic

a [P

a.s]

Temperatura [ºC]





3

6

0,1

1

10

100 120 140 160 180 200

Vis

cosi

dade

din

âmic

a [P

a.s]

Temperatura [ºC]





0,025 3,509Teη − +=

0,047 7,840

2R 0,986

Teη − +=

=


141



2,73,3

5,46,6

0,1

1

10

100 120 140 160 180 200

Vis

cosi

dade

din

âmic

a [P

a.s]

Temperatura [ºC]





0,70,8

1,31,5

0,1

1

10

100 120 140 160 180 200

Vis

cosi

dade

din

âmic

a [P

a.s]

Temperatura [ºC]





0,047 7,838

2R 0,987

Teη − +=

=

0,053 7,730

2R 0,996

Teη − +=

=


142


Figura E.43 – Cálculo das temperaturas de fabrico e compactação do betume GP 50/70 P2, através do método Superpave.

0,70,8

1,3

0,9

0,1

1

10

100 120 140 160 180 200

Vis

cosi

dade

din

âmic

a [P

a.s]

Temperatura [ºC]





0,15

0,19

0,25

0,31

0,1

1

100 120 140 160 180 200

Vis

cosi

dade

din

âmic

a [P

a.s]

Temperatura [ºC]

GP 50/70 P2 - Viscosidade dinâmica vs Temperatura

Método Superpave



0,053 7,730

2R 0,996

Teη − +=

=

0,035 4,266Teη − +=


143

Figura E.44 – Cálculo das temperaturas de fabrico e compactação do betume GP 50/70 P2, através do método da viscosidade a uma taxa de corte elevada.

Figura E.45 – Cálculo das temperaturas de fabrico e compactação do betume GP 50/70 P2, através do método da viscosidade a uma taxa de corte elevada (evolução).

0,15

0,19

0,25

0,31

0,1

1

100 120 140 160 180 200

Vis

cosi

dade

din

âmic

a [P

a.s]

Temperatura [ºC]





0,245

0,305

0,49

0,61

0,1

1

100 120 140 160 180 200

Vis

cosi

dade

din

âmic

a [P

a.s]

Temperatura [ºC]





0,031 3,614Teη − +=

0,031 3,614Teη − +=


144

Figura E.46 – Cálculo das temperaturas de fabrico e compactação do betume GP 50/70 P2, através do método da viscosidade à taxa de corte zero.

Figura E.47 – Cálculo das temperaturas de fabrico e compactação do betume GP 50/70 P2, através do método da viscosidade a uma taxa de corte baixa.

3

6

0,1

1

10

100

100 120 140 160 180 200

Vis

cosi

dade

din

âmic

a [P

a.s]

Temperatura [ºC]





2,73,35,46,6

0,1

1

10

100

100 120 140 160 180 200

Vis

cosi

dade

din

âmic

a [P

a.s]

Temperatura [ºC]





0,100 14,247

2R 1,000

Teη − +=

=

0,099 14,193

2R 1,000

Teη − +=

=


145

Figura E.48 – Cálculo das temperaturas de fabrico e compactação do betume GP 50/70 P2, através do método da viscosidade à taxa de corte zero (simplificação).

Figura E.49 – Cálculo das temperaturas de fabrico e compactação do betume GP 50/70 P2, através do método da viscosidade à taxa de corte zero (simplificação), com alteração do intervalo de compactação.

0,70,8

1,31,5

0,1

1

10

100 120 140 160 180 200

Vis

cosi

dade

din

âmic

a [P

a.s]

Temperatura [ºC]





0,70,8

1,3

0,9

0,1

1

10

100 120 140 160 180 200

Vis

cosi

dade

din

âmic

a [P

a.s]

Temperatura [ºC]





0,045 5,813

2R 0.998

Teη − +=

=

0,045 5,813

2R 0.998

Teη − +=

=


146



0,15

0,19

0,25

0,31

0,1

1

100 120 140 160 180 200

Vis

cosi

dade

din

âmic

a [P

a.s]

Temperatura [ºC]


Método Superpave



0,15

0,19

0,25

0,31

0,1

1

100 120 140 160 180 200

Vis

cosi

dade

din

âmic

a [P

a.s]

Temperatura [ºC]





0,033 4,280Teη − +=

0,030 3,723Teη − +=


147



0,245

0,305

0,49

0,61

0,1

1

100 120 140 160 180 200

Vis

cosi

dade

din

âmic

a [P

a.s]

Temperatura [ºC]





3

6

0,1

1

10

100 120 140 160 180 200

Vis

cosi

dade

din

âmic

a [P

a.s]

Temperatura [ºC]





0,030 3,723Teη − +=

0,043 6,791

2R 0,973

Teη − +=

=


148



2,73,3

5,46,6

0,1

1

10

100 120 140 160 180 200

Vis

cosi

dade

din

âmic

a [P

a.s]

Temperatura [ºC]





0,70,8

1,31,5

0,1

1

10

100 120 140 160 180 200

Vis

cosi

dade

din

âmic

a [P

a.s]

Temperatura [ºC]





0,043 6,772

2R 0,972

Teη − +=

=

0,052 6,891

2R 0,992

Teη − +=

=


149



0,70,8

1,3

0,9

0,1

1

10

100 120 140 160 180 200

Vis

cosi

dade

din

âmic

a [P

a.s]

Temperatura [ºC]





0,150,190,250,31

0,1

1

10

100 120 140 160 180 200

Vis

cosi

dade

din

âmic

a [P

a.s]

Temperatura [ºC]


Método Superpave



0,052 6,891

2R 0,992

Teη − +=

=

0,033 4,671Teη − +=


150



0,15

0,19

0,25

0,31

0,1

1

100 120 140 160 180 200 220

Vis

cosi

dade

din

âmic

a [P

a.s]

Temperatura [ºC]





0,245

0,305

0,49

0,61

0,1

1

100 120 140 160 180 200

Vis

cosi

dade

din

âmic

a [P

a.s]

Temperatura [ºC]





0,025 3,342Teη − +=

0,025 3,342Teη − +=


151



3

6

0,1

1

10

80 100 120 140 160 180 200

Vis

cosi

dade

din

âmic

a [P

a.s]

Temperatura [ºC]





2,73,3

5,46,6

0,1

1

10

80 100 120 140 160 180 200

Vis

cosi

dade

din

âmic

a [P

a.s]

Temperatura [ºC]





0,045 6,520

2R 0,999

Teη − +=

=

0,045 6,524

2R 0,999

Teη − +=

=


152



0,70,8

1,31,5

0,1

1

10

100 120 140 160 180 200

Vis

cosi

dade

din

âmic

a [P

a.s]

Temperatura [ºC]



Intervalo de Fsbrico


0,70,8

1,3

0,9

0,1

1

10

100 120 140 160 180 200

Vis

cosi

dade

din

âmic

a [P

a.s]

Temperatura [ºC]





0,049 6,886

2R 0,991

Teη − +=

=

0,049 6,873

2R 0,991

Teη − +=

=


153



0,15

0,19

0,25

0,31

0,1

1

100 120 140 160 180 200

Vis

cosi

dade

din

âmic

a [P

a.s]

Temperatura [ºC]


Método Superpave



0,15

0,19

0,25

0,31

0,1

1

100 120 140 160 180 200

Vis

cosi

dade

din

âmic

a [P

a.s]

Temperatura [ºC]





0,042 5,356Teη − +=

0,034 4,099Teη − +=


154



0,245

0,305

0,49

0,61

0,1

1

100 120 140 160 180 200

Vis

cosi

dade

din

âmic

a [P

a.s]

Temperatura [ºC]





3

6

0,1

1

10

80 100 120 140 160 180 200

Vis

cosi

dade

din

âmic

a [P

a.s]

Temperatura [ºC]





0,034 4,099Teη − +=

0,060 7,850

2R 0,997

Teη − +=

=


155



2,73,3

5,46,6

0,1

1

10

80 100 120 140 160 180 200

Vis

cosi

dade

din

âmic

a [P

a.s]

Temperatura [ºC]





0,70,8

1,31,5

0,1

1

10

100 120 140 160 180 200

Vis

cosi

dade

din

âmic

a [P

a.s]

Temperatura [ºC]





0,060 7,850

2R 0,997

Teη − +=

=

0,059 7,708

2R 0,996

Teη − +=

=


156



0,70,8

1,3

0,9

0,1

1

10

100 120 140 160 180 200

Vis

cosi

dade

din

âmic

a [P

a.s]

Temperatura [ºC]





0,150,190,250,31

0,1

1

10

100 120 140 160 180 200

Vis

cosi

dade

din

âmic

a [P

a.s]

Temperatura [ºC]


Método Superpave



0,059 7,708

2R 0,996

Teη − +=

=

0,045 6,314Teη − +=


157



0,15

0,19

0,25

0,31

0,1

1

100 120 140 160 180 200

Vis

cosi

dade

din

âmic

a [P

a.s]

Temperatura [ºC]





0,245

0,305

0,49

0,61

0,1

1

100 120 140 160 180 200

Vis

cosi

dade

din

âmic

a [P

a.s]

Temperatura [ºC]





0,033 4,159Teη − +=

0,033 4,159Teη − +=


158



3

6

0,1

1

10

100 120 140 160 180 200

Vis

cosi

dade

din

âmic

a [P

a.s]

Temperatura [ºC]





2,73,3

5,46,6

0,1

1

10

100 120 140 160 180 200

Vis

cosi

dade

din

âmic

a [P

a.s]

Temperatura [ºC]





0,056 7,717

2R 0,998

Teη − +=

=

0,056 7,715

2R 0,998

Teη − +=

=


159



0,70,8

1,31,5

0,1

1

10

100 120 140 160 180 200

Vis

cosi

dade

din

âmic

a [P

a.s]

Temperatura [ºC]





0,70,8

1,3

0,9

0,1

1

10

100 120 140 160 180 200

Vis

cosi

dade

din

âmic

a [P

a.s]

Temperatura [ºC]





0,051 7,010

2R 0,999

Teη − +=

=

0,051 7,010

2R 0,999

Teη − +=

=


160



0,150,190,250,31

0,1

1

10

100 120 140 160 180 200

Vis

cosi

dade

din

âmic

a [P

a.s]

Temperatura [ºC]


Método Superpave



0,15

0,19

0,25

0,31

0,1

1

100 120 140 160 180 200 220

Vis

cosi

dade

din

âmic

a [P

a.s]

Temperatura [ºC]





0,039 5,624Teη − +=

0,024 2,992Teη − +=


161



0,245

0,305

0,49

0,61

0,1

1

100 120 140 160 180 200

Vis

cosi

dade

din

âmic

a [P

a.s]

Temperatura [ºC]





3

6

0,1

1

10

100 120 140 160 180 200

Vis

cosi

dade

din

âmic

a [P

a.s]

Temperatura [ºC]





0,024 2,992Teη − +=

0,066 9,288

2R 0,995

Teη − +=

=


162



2,73,3

5,46,6

0,1

1

10

100 120 140 160 180 200

Vis

cosi

dade

din

âmic

a [P

a.s]

Temperatura [ºC]





0,70,8

1,31,5

0,1

1

10

100 120 140 160 180 200

Vis

cosi

dade

din

âmic

a [P

a.s]

Temperatura [ºC]





0,066 9,288

2R 0,995

Teη − +=

=

0,058 8,295

2R 0,996

Teη − +=

=


163



0,70,8

1,3

0,9

0,1

1

10

100 120 140 160 180 200

Vis

cosi

dade

din

âmic

a [P

a.s]

Temperatura [ºC]





0,15

0,19

0,25

0,31

0,1

1

100 120 140 160 180 200

Vis

cosi

dade

din

âmic

a [P

a.s]

Temperatura [ºC]


Método Superpave



0,058 8,295

2R 0,996

Teη − +=

=

0,039 5,155Teη − +=


164



0,15

0,19

0,25

0,31

0,1

1

100 120 140 160 180 200

Vis

cosi

dade

din

âmic

a [P

a.s]

Temperatura [ºC]





0,245

0,305

0,49

0,61

0,1

1

100 120 140 160 180 200

Vis

cosi

dade

din

âmic

a [P

a.s]

Temperatura [ºC]





0,038 4,953Teη − +=

0,038 4,953Teη − +=


165



3

6

0,1

1

10

100 120 140 160 180 200

Vis

cosi

dade

din

âmic

a [P

a.s]

Temperatura [ºC]





2,73,3

5,46,6

0,1

1

10

100 120 140 160 180 200

Vis

cosi

dade

din

âmic

a [P

a.s]

Temperatura [ºC]





0,064 8,795

2R 0,997

Teη − +=

=

0,064 8,831

2R 0,997

Teη − +=

=


166



0,70,8

1,31,5

0,1

1

10

100 120 140 160 180 200

Vis

cosi

dade

din

âmic

a [P

a.s]

Temperatura [ºC]





0,70,8

1,3

0,9

0,1

1

10

100 120 140 160 180 200

Vis

cosi

dade

din

âmic

a [P

a.s]

Temperatura [ºC]





0,059 7,919

2R 0,995

Teη − +=

=

0,059 7,919

2R 0,995

Teη − +=

=


167



0,150,190,250,31

0,1

1

10

100 120 140 160 180 200

Vis

cosi

dade

din

âmic

a [P

a.s]

Temperatura [ºC]


Método Superpave



0,15

0,19

0,25

0,31

0,1

1

100 120 140 160 180 200

Vis

cosi

dade

din

âmic

a [P

a.s]

Temperatura [ºC]


Método da viscosidade à taxas de corte alta



0,039 5,368Teη − +=

0,032 4,205Teη − +=


168



0,245

0,305

0,49

0,61

0,1

1

100 120 140 160 180 200

Vis

cosi

dade

din

âmic

a [P

a.s]

Temperatura [ºC]


Método da viscosidade à taxas de corte alta (evolução)



3

6

0,01

0,1

1

10

100 120 140 160 180 200

Vis

cosi

dade

din

âmic

a [P

a.s]

Temperatura [ºC]





0,032 4,205Teη − +=

0,098 13,317

2R 0,996

Teη − +=

=


169



2,73,35,46,6

0,01

0,1

1

10

100 120 140 160 180 200

Vis

cosi

dade

din

âmic

a [P

a.s]

Temperatura [ºC]





0,70,8

1,31,5

0,1

1

10

100 120 140 160 180 200

Vis

cosi

dade

din

âmic

a [P

a.s]

Temperatura [ºC]





0,097 13,292

2R 0,996

Teη − +=

=

0,066 9,079

2R 0,994

Teη − +=

=


170



0,70,8

1,3

0,9

0,1

1

10

100 120 140 160 180 200

Vis

cosi

dade

din

âmic

a [P

a.s]

Temperatura [ºC]





0,150,190,250,31

0,1

1

10

100 120 140 160 180 200

Vis

cosi

dade

din

âmic

a [P

a.s]

Temperatura [ºC]


Método Superpave



0,066 9,079

2R 0,994

Teη − +=

=

0,042 6,063Teη − +=


171



0,150,190,250,31

0,1

1

10

100 120 140 160 180 200

Vis

cosi

dade

din

âmic

a [P

a.s]

Temperatura [ºC]





0,2450,305

0,490,61

0,1

1

10

100 120 140 160 180 200

Vis

cosi

dade

din

âmic

a [P

a.s]

Temperatura [ºC]





0,044 6,093Teη − +=

0,044 6,093Teη − +=


172



3

6

0,1

1

10

100 120 140 160 180 200

Vis

cosi

dade

din

âmic

a [P

a.s]

Temperatura [ºC]





2,73,3

5,46,6

0,1

1

10

100 120 140 160 180 200

Vis

cosi

dade

din

âmic

a [P

a.s]

Temperatura [ºC]





0,044 7,056

2R 0,988

Teη − +=

=

0,044 7,002

2R 0,987

Teη − +=

=


173



0,70,8

1,31,5

0,1

1

10

100 120 140 160 180 200

Vis

cosi

dade

din

âmic

a [P

a.s]

Temperatura [ºC]





0,70,8

1,3

0,9

0,1

1

10

100 120 140 160 180 200

Vis

cosi

dade

din

âmic

a [P

a.s]

Temperatura [ºC]





0,056 8,103

2R 0,997

Teη − +=

=

0,056 8,103

2R 0,997

Teη − +=

=

175

Anexo F Temperaturas de fabrico e compactação aconselhadas pelos produtores

Figura F.1 – Temperaturas de fabrico e compactação, recomendadas pelo produtor Cepsa, para o betume STYRELF BM-2 de gama de penetração 35/50.

ANEXO F – TEMPERATURAS DE FABRICO E COMPACTAÇÃO ACONSELHADAS PELOS PRODUTORES

176

Figura F.2 – Temperaturas de fabrico e compactação, recomendadas pelo produtor Cepsa, para o betume STYRELF BM-3b de gama de penetração 55/70.


177

Figura F.3 – Temperaturas de fabrico e compactação, recomendadas pelo produtor Cepsa, para o betume STYRELF BM-3c de gama de penetração 55/70.


178

Figura F.4 – Temperaturas de fabrico e compactação, recomendadas pelo produtor Galp, para os betumes modificados de gama de penetração 35/50 e 50/70.

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