Post on 13-Dec-2018
UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA MARIA
CENTRO DE TECNOLOGIA
DEPARTAMENTO DE TRANSPORTES
CURSO DE ENGENHARIA CIVIL
Débora Tanise Bordin
AVALIAÇÃO DA DEFORMABILIDADE E RESISTÊNCIA DE
MISTURAS 100% RAP COM LIGANTE CONVENCIONAL E
MODIFICADO POR POLÍMERO
Santa Maria, RS
2017
Débora Tanise Bordin
AVALIAÇÃO DA DEFORMABILIDADE E RESISTÊNCIA DE MISTURAS
100% RAP COM LIGANTE CONVENCIONAL E MODIFICADO POR
POLÍMERO
Trabalho de Conclusão de Curso apresentado
ao Curso de Engenharia Civil da Universidade
Federal de Santa Maria (UFSM, RS), como
requisito parcial para obtenção do título de
Engenheira Civil.
Orientador: Prof. Dr. Luciano Pivoto Specht
Santa Maria, RS
2017
Débora Tanise Bordin
AVALIAÇÃO DA DEFORMABILIDADE E RESISTÊNCIA DE MISTURAS
100% RAP COM LIGANTE CONVENCIONAL E MODIFICADO POR
POLÍMERO
Trabalho de Conclusão de Curso apresentado
ao Curso de Engenharia Civil da Universidade
Federal de Santa Maria (UFSM, RS), como
requisito parcial para obtenção do título de
Engenheira Civil.
Aprovado em 14 de dezembro de 2017:
____________________________________
Luciano Pivoto Specht, Dr. (UFSM)
(Presidente/Orientador)
___________________________________
Rinaldo José Barbosa Pinheiro, Prof. Dr. (UFSM)
___________________________________
Lucas Dotto Bueno, Me. (UFSM)
Santa Maria, RS
2017
AGRADECIMENTOS
À Deus, por ter me dado força e sabedoria durante esses cinco anos de faculdade.
A minha Vó Teresa que sempre se preocupou comigo em todos os momentos da
minha vida. Infelizmente, a vida não deixou ela presenciar esse momento, mas sei que de
onde estiver, estará contente, pois a minha felicidade era a dela também.
Ao meu pai Gerson Bordin e a minha mãe Sandra Cechin Bordin que sempre
acreditaram e acreditam nos meus sonhos. Aqueles que torcem com as minhas vitórias e
choram com minhas fraquezas. Jamais teria conseguido concluir o curso de Engenharia
Civil sem a ajuda de vocês, pois foram meus alicerces durante essa longa caminhada.
Ao meu namorado Felipe Bueno, por sempre me incentivar a ser uma pessoa
melhor, tanto na vida profissional como pessoal. Obrigada por dividir comigo momentos
únicos.
As minhas amigas Ananda, Bruna e Franciele, pois vocês sempre tiveram do meu
lado em todos os momentos, desde a oitava série. Obrigada por compreenderem minhas
ausências durante alguns eventos desses anos.
Aos amigos que a Engenharia Civil me trouxe em especial Bethania, Desirre,
Lucas e Marina. Com vocês eu pude compartilhar os melhores momentos desse curso.
Vocês fizeram e fazem muita diferença na minha vida, desejo muito sucesso a todos
vocês.
À família Bueno que trouxe mais alegria para Santa Maria com sua chegada.
Obrigada por me aguentarem tanto tempo na casa de vocês e entenderem minha ausência
durante muitos acontecimentos. Vocês todos são muito especiais para mim.
Ao Doutor Luciano Pivoto Specht, que me cativou com seu entusiasmo pela área
que atua. Acredito que na vida as pessoas só fazem as coisas bem feitas quando realmente
gostam do que fazem e você, Professor, é um exemplo disso. Obrigada pela paciência e
dedicação durante a orientação.
Aos integrantes do Grupo de Estudos e Pesquisas em Pavimentação e Segurança
Viária (GEPPASV), em especial Eduardo, Fernando, Gustavo e Valdir. Obrigada pela
ajuda com as práticas do laboratório. Além de excelentes profissionais, são ótimos
amigos.
Ao mestrando Cléber Faccin, obrigada pelas ajudas e disponibilidades, por me
ensinar e mostrar o funcionamento dos equipamentos do GEPPASV, além de me ajudar
com a teoria. Sua ajuda foi fundamental para o desenvolvimento desse projeto qualquer
coisa que precisar sempre pode contar comigo. És um excelente profissional e amigo.
RESUMO
AVALIAÇÃO DA DEFORMABILIDADE E RESISTÊNCIA DE MISTURAS
100% RAP COM LIGANTE CONVENCIONAL E MODIFICADO POR
POLÍMERO
AUTORA: Débora Tanise Bordin
ORIENTADOR: Prof. Dr. Luciano Pivoto Specht
O presente estudo procura conciliar a economia e o meio ambiente com o setor rodoviário.
A busca por meios sustentáveis está se tornando mais frequente e na pavimentação surge
com a ideia de RAP - Reclaimed Asphalt Pavement, ou seja, pavimento asfáltico
recuperado. O contexto principal do trabalho é estudar a rigidez e deformação permanente
de duas misturas 100% fresado, uma contendo ligante 50/70 e outra contendo ligante
60/85, utilizadas o passante na peneira #3/8. Esses materiais foram moldados em
diferentes temperaturas: 100, 140 e 170°C, utilizando a metodologia Superpave. Após
passarem pela dosagem, e analisadas suas propriedades volumétricas, as amostras
passaram pelo ensaio de Ensaio uniaxial de carga repetida, conhecido como Flow number,
que analisa a resistência a deformação permanente e pelo ensaio de Módulo Complexo
que avaliou a rigidez das misturas. O principal resultado encontrado para o Módulo
complexo é que misturas 100% fresado convencionais conseguem reativar as
propriedades do ligante em temperaturas próximas a 140°C. Misturas a 100°C de
compactação o ligante convencional não aquece o suficiente, tendo uma baixa
compactação e rigidez. Já na temperatura de 170°C o fresado reduz sua rigidez devido a
oxidação do ligante. Já as misturas 100% fresado com ligante modificado por polímero
apresentam o mesmo comportamento, em relação a temperatura, mencionado nas
misturas convencionais, porém com valores menores. Contudo, é notável que o polímero
ajuda na reativação das propriedades dos ligantes, pois os fresados que continham ligantes
modificado por polímero conseguiram obter uma maior rigidez a partir de 100°C
enquanto do fresado convencional nessa temperatura obtiveram a menor rigidez entre
todas as misturas. Em relação aos resultados do Flow Number, todos os corpos de prova
que foram submetidos ao ensaio não romperam antes dos 7200 ciclos, conforme estipula
a Norma Brasileira ABNT/NBR 16505:2016. Assim, conclui-se que misturas 100%
fresado tanto convencional como modificado por polímero resistiram a deformação
permanente estipulada pela norma. Portanto, essa pesquisa veio corroborar o bom
desempenho que as misturas com 100% fresado vem apresentado na literatura tanto
através da rigidez como pela deformação permanente. Concluindo, é notório que
reutilização do material fresado é extremamente importante, pois oferece um destino a
um material que é descartado no meio ambiente, além de não estimular o consumo de
novos materiais. Assim, deve-se desenvolver cada vez mais pesquisas em pró da
sustentabilidade no meio rodoviário.
Palavras-chave: Fresado. Reciclagem de pavimentos. Rigidez. Deformação permanente.
ABSTRACT
EVALUATION OF DEFORMABILITY AND RESISTANCE OF 100%RAP
MIXES WITH CONVENTIONAL AND MODIFIED BY POLYMER BINDER
AUTHOR: Débora Tanise Bordin
ADVISOR: Prof. Dr. Luciano Pivoto Specht
This study aims to conciliate the environmental cause with the transportation
infrastructure sector. Nowadays, the search for sustainability is becoming frequently and
in pavements, initiates the idea of RAP - Reclaimed Asphalt Pavement. The aim of this
paper is to study the stiffness and rutting effect in two mixtures 100%RAP, one of them
with 50/70 binder, and another with 60/85, using the passant in 3/8 sieve. These materials
were compression in different temperatures, 100, 140 and 170°C, using the Superpave
methodology. After analyzed its volumetric properties, the samples were submitted to
Flow Number test to analysis of performance to rutting and submitted to Complex
Modulus test, to analysis of the stiffness. The principal result founded to the complex
modulus were that mixtures 100% RAP conventional can reactivate the binder properties
in temperatures near 140°C. Mixtures in 100°C of compression does not warmed enough
the binder, presenting low stiffness. In 170°C, the RAP reduces its stiffness due to binder
oxidation. Mixtures 100% RAP modified by polymer presented the same behavior related
to temperature as presented by mixtures conventional but with lower values. Yet is
noticeable that the polymer helps to reactivate the binder properties because the RAP with
binder modified were capable to maintain stiffness in 100°C, as not presented by the
conventional mixes. Related to flow number test, all the samples submitted to the test did
not break up before the 7200 cycles determined by ABNT/NBR 16505:2016. Thus, is
possible to conclude that mixes 100% RAP conventional and modified by polymer have
good performance to rutting. Therefore, this study proves the good performance of mixes
100%RAP, as commented in literature, to rutting and to stiffness. Finally, the RAP is
extremely important because offers a new destiny to a material that would be discarded
in environment, besides, does not stimulate the consume of new materials. Thus, should
be developed more researches with focus on sustainability in the transports infrastructure.
Keywords: Reclaimed Asphalt Pavement. Recycled Asphalt Pavement. Stiffness.
Rutting.
LISTA DE FIGURAS
Figura 1 - Máquina fresadora e caminhão basculante. ..........................................................14
Figura 2 - Localização do trecho de retirada de fresado da BR 386. ....................................21
Figura 3 – Localização do trecho de retirada de fresado da BR 290. ....................................22
Figura 4 – Amostras de fresado utilizados nesta pesquisa. ...................................................23
Figura 5 – Curvas granulométricas das amostras com fresado CAP 50/70 sem betume e com
fresado e AMP 60/85 com e sem betume. . ...........................................................................23
Figura 6 - Misturador Infra Test Testing Systing e compactador CGS. ................................25
Figura 7 - Colagem dos três conjuntos pinos para segurar os LVDT’S. ...............................27
Figura 8 - Prensa UTM 25 em funcionamento. .....................................................................28
Figura 9 – Representação do modelo 2S2P1D. ....................................................................28
Figura 10 - Ensaio Uniaxial de carga Repetida. ....................................................................31
Figura 11 - Gráfico gerado no Software UTS 14. .................................................................32
Figura 12- Volume de vazios reais em função das temperaturas de compactação. ...............34
Figura 13 – Alguns corpos de provas depois de ensaiados. .................................................35
Figura 14 - Linhas de tendência lineares das curvas log [a(T)] de todas misturas a (@20°C).
...............................................................................................................................................37
Figura 15 - Plano Cole Cole para mistura 50/70 100°C, com amostra 7, 8 e a média. .........38
Figura 16 - Diagrama Black para mistura 50/70 100°C, com amostra 7, 8 e a média. .........38
Figura 17 - Plano Cole Cole para mistura 50/70 140°C, com amostra 19, 20 e a média. .....39
Figura 18 - Diagrama Black para mistura 50/70 140°C, com amostra 19, 20 e a média. .....39
Figura 19 - Plano Cole Cole para mistura 50/70 170°C, com amostra 31, 32 e a média. .....40
Figura 20 - Diagrama Black para mistura 50/70 170°C, com amostra 31, 32 e a média. .....40
Figura 21- Plano Cole Cole para mistura 60/85 100°C, com amostra 1, 2 e a média. ..........41
Figura 22 - Diagrama Black para mistura 60/85 100°C, com amostra 1, 2 e a média. .........41
Figura 23 - Plano Cole Cole para mistura 60/85 140°C, com amostra 13, 14 e a média. .....42
Figura 24 - Diagrama Black para mistura 60/85 140°C, com amostra 13, 14 e a média. .....42
Figura 25 - Plano Cole Cole para mistura 60/85 170°C, com amostra 25, 26 e a média. .....43
Figura 26 - Diagrama Black para mistura 60/85 170°C, com amostra 25, 26 e a média. .....43
Figura 27 - Plano Cole Cole para todas misturas, obtido através da modelagem 2S2P1D. ..45
Figura 28 - Diagrama Black, para todas as misturas, obtido com a modelagem 2S2P1D. ...46
Figura 29 - Curvas mestras de Módulo Dinâmico para todas as misturas (@20°C). ............48
Figura 30 - Comparativo das curvas mestras com Bruxel (2015), Centofante (2016) e Bohn
(2017) @20°C. ......................................................................................................................49
Figura 31 - Curvas mestras de Ângulo de Fase para todas as misturas (@20°C). ................50
Figura 32 - Comparativo das curvas mestras de ângulo de fase com Bruxel (2015),
Centofante (2016), Bohn (2017) @20°C. ..............................................................................51
Figura 33 – Volume de vazios reais em função do módulo complexo. ................................51
Figura 34 - Inferência à fadiga à 21°C das misturas. ............................................................53
LISTA DE TABELAS
Tabela 1 - Número de amostras necessárias, de acordo com os ensaios realizados na
pesquisa, para cada mistura asfáltica estudada. .....................................................................20
Tabela 2 - Resultado da granulometria do fresado CAP 50/70 sem betume. ........................23
Tabela 3 - Resultado da granulometria do fresado CAP 60/85 com e sem betume. .............24
Tabela 4 - Resultado da densidade máxima medida do fresado CAP 50/70. ........................24
Tabela 5 - Resultado da densidade máxima medida do fresado CAP 60/85. ........................24
Tabela 6 - Parâmetros de ensaio de Flow Number. ...............................................................30
Tabela 7 - Valores de densidade obtidos através do Rice para cada mistura asfáltica
estudada. ................................................................................................................................32
Tabela 8 - Ciclos de cargas por corpo de prova no ensaio Flow Number. ............................34
Tabela 9 - Parâmetros do modelo 2S2P1D e valores de C1 e C2 de cada mistura. ............. 36
SUMÁRIO
1 INTRODUÇÃO ................................................................................................. 11
1.1. CONSIDERAÇÕES INICIAIS .......................................................................... 11
1.2. OBJETIVO GERAL ........................................................................................... 12
1.3. OBJETIVOS ESPECÍFICOS.............................................................................. 12
2 REFERENCIAL TEÓRICO ........................................................................... 13
2.1. RECICLAGEM DE PAVIMENTOS .................................................................. 13
2.1.1. Material fresado ................................................................................................ 13
2.1.2. Reciclagem de pavimento à quente ................................................................. 15
2.1.3. Limitações do RAP ........................................................................................... 16
2.2. PAVIMENTO ASFÁLTICO COM ALTO TEOR DE RAP ............................... 17
3 METODOLOGIA ............................................................................................. 20
3.1. PLANEJAMENTO DE PESQUISA ................................................................... 20
3.2. MATERIAL FRESADO ..................................................................................... 21
3.3. MATERIAIS UTILIZADOS .............................................................................. 22
3.4. ENSAIOS LABORATORIAIS .......................................................................... 25
3.4.1. Preparação da amostra .................................................................................... 25
3.4.2. Volume de vazios ............................................................................................... 26
3.4.3. Ensaio de módulo complexo ............................................................................. 26
3.4.4. Ensaio uniaxial de carga repetida (Flow Number) ......................................... 29
4 RESULTADOS E DISCUSSÃO DE RESULTADOS ................................... 32
4.1. ANÁLISE VOLUMÉTRICA. .............................................................................32
4.2. ENSAIO UNIAXIAL DE CARGA REPETIDA ................................................ 34
4.3. MÓDULO COMPLEXO .................................................................................... 36
4.2.1. Plano Cole Cole ................................................................................................. 45
4.2.2. Diagrama Black ................................................................................................ 45
4.2.3. Curvas mestras .................................................................................................. 46
4.2.4. Relação |E*|.sen φ e |E*|/sen φ ......................................................................... 52
5 CONSIDERAÇÕES FINAIS ........................................................................... 54
5.1. CONCLUSÃO .................................................................................................... 54
5.2. SUGESTÕES PARA FUTUROS ESTUDOS .................................................... 55
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ....................................................................... 56
11
1 INTRODUÇÃO
1.1. CONSIDERAÇÕES INICIAIS
O setor rodoviário é de suma importância para a economia do país uma vez que
este detém, segundo a Confederação Nacional do Transporte (CNT, 2017), 61,1% da
participação no transporte de cargas. Essa porcentagem expressiva se dá, muitas vezes,
pela vantagem econômica sobre outros meios, além da facilidade de chegar ao seu destino
final sem utilizar mais de um meio de transporte. Diante desse cenário, de ampla
utilização da malha rodoviária, é vital ter pesquisas que visam trazer novas tecnologias
para a melhoria das condições das vias.
Segundo pesquisa CNT de Rodovias de 2016, apenas 51,7% dos pavimentos do
Brasil são classificados como ótimo ou bom. Esse fato, demonstra que ainda é necessário
grande investimento em pesquisas de infraestrutura rodoviária para melhorar a qualidade
da pavimentação do país. Diante disso, as pesquisas nessa área, em pró da melhoria do
pavimento, se fazem imprescindíveis para trazer mais conforto e segurança para os
usuários, além do desenvolvimento econômico do país.
Nos últimos anos, a crescente preocupação com o meio ambiente é notável em
todos os setores da sociedade, inclusive no setor rodoviário. Atrelado a sustentabilidade,
houve o desenvolvimento de novas tecnologias nesse setor, sendo possível iniciar estudos
de reciclagem de pavimentos adicionando escórias, resíduos de construção civil, resíduo
industrial, borracha, fresado, entre outros. Todos esses processos visando contribuir com
a redução do consumo de matéria prima e manter um meio ambiente sustentável.
No Brasil, os anos de 1985 e 1986 foram marcos na tentativa de introdução dos
processos de reciclagem de misturas asfálticas, nas obras da Via Anhanguera (SP), com
emprego de fresagem a frio e reciclagem a quente em usina central. Também, na Via
Dutra, com emprego de equipamentos de pré-aquecimento, fresagem e reciclagem,
completamente in situ (Bodi e Balbo, 2004).
Os países desenvolvidos vêm adotando quantidades cada vez maiores de fresado
chegando a 100%. O reciclado também é chamado na literatura internacional de
Reclaimed Asphalt Pavement (RAP). Essa alternativa além de preservar o meio ambiente,
pode ser atrativamente econômica, pois reduz os custos com locais de descarte adequados
para o grande volume de material fresado que surge das manutenções nas vias. Além
disso, a reutilização dos agregados reduz custos com a britagem, uma vez que evita gastos
12
excessivos com o material. Além disso, existem outros benefícios como: redução nos
custos de construção, conservação de ligantes, preservação da geometria do pavimento
existente, conservação de energia, homogeneização estrutural, readequação estrutural e
rápida liberação da pista (SPECHT et al., 2013).
West et al. (2009) relata que as misturas com RAP vêm apresentando
comportamento satisfatório, semelhante a com material natural. Os membros do grupo
GEPPASV já vêm trabalhando com a utilização do RAP. Centofante (2016), realizou
ensaios com porcentagens de 10, 20 e 30% de fresado e comparou com uma mistura
convencional. Bohn (2017), realizou ensaios com 25 e 50% fresado convencional e
modificado por polímero, em temperaturas mornas. Portanto, essa pesquisa surgiu para
corroborar e compreender melhor os comportamentos e mecanismos de misturas
asfálticas 100% RAP.
1.2. OBJETIVO GERAL
Analisar o comportamento mecânico da reciclagem em misturas asfálticas 100%
RAP, a fim de verificar a adequabilidade do seu uso, visando a aplicação nas camadas de
revestimentos de pavimento.
1.3. OBJETIVOS ESPECÍFICOS
Avaliação da rigidez do material 100% RAP;
Avaliação do desempenho do material 100% RAP para deformação
permanente;
Busca pela faixa de temperatura ideal de aplicação em campo.
13
2 REFERENCIAL TEÓRICO
2.1. RECICLAGEM DE PAVIMENTOS
A necessidade de proteger o meio ambiente e buscar economia fez surgir o
pavimento asfáltico reciclado conhecido na literatura como Recycled Asphalt Pavement
(RAP). Esse tema já vem sendo discutido e trabalhado desde a década de 70, e hoje está
ganhando mais relevância no mundo.
De modo geral, o crescente desenvolvimento de tecnologia na construção
rodoviária favoreceu para minimizar o desperdício de resíduos na recuperação e
restauração das rodovias. A restauração por meio da reciclagem significa o
reaproveitamento total ou parcial da camada existente.
Ainda, segundo DNIT (2006), além da reutilização dos agregados proporcionar
redução de matéria prima, e prolongar o tempo de exploração de jazidas, pode reduzir a
quantidade de material novo para a restauração. Segundo Gennesseaux (2015), quanto
maior a taxa de incorporação de material reciclado em novas misturas, maior o benefício
econômico e ambiental proporcionado, sendo uma alternativa muito sustentável para a
indústria da pavimentação.
2.1.1. Material fresado
Segundo Norma DNIT 159/2011-ES, fresagem a frio é a operação em que é
realizado o corte ou desbaste de uma ou mais camadas do pavimento asfáltico, por
processo mecânico a frio. Essa remoção se dá com o auxílio de um equipamento
constituído de cortador giratório com dentes de aço. As fresadoras possuem uma correia
transportadora que eleva o fresado para o caminhão basculante. A Figura 1 apresenta o
equipamento em operação.
14
Figura 1 – Máquina fresadora e caminhão basculante.
Fonte: Centofante (2016).
A técnica de reciclagem de pavimentos é antiga, porém não muito disseminada no
meio profissional. Conforme cita Bonfim (2011), o processo de fresagem surgiu na
década de 1970 devido à crise econômica internacional e a escassez dos materiais
asfálticos. No Brasil, o primeiro local a ser fresado foi a Via Anchieta no estado de São
Paulo, em 1980, com uma fresadora norte-americana.
Segundo DNIT 159/2011-ES, a fresagem pode ser definida em três tipos:
Fresagem padrão: seu espaçamento entre dentes de corte é de aproximadamente
15mm, atingindo níveis consideráveis, podendo alcançar camada de sub-base do
pavimento. É utilizada em intervenções cuja objetivo é o aspecto estrutura, por
recomposição da estrutura do pavimento ou para compor materiais de revestimento a
camada de base.
Fresagem fina: tem espaçamento entre 5 e 8mm, podendo chegar à camada de
ligação do pavimento. É utilizada para correção de defeitos funcionais e em remendos
superficiais.
Microfresagem: É também conhecida como fresagem de regularização, seu
espaçamento varia entre 2 e 4mm. É destinada a corrigir defeitos da superfície do
pavimento, não necessitando de recapeamento da pista, pois sua textura permite uma pista
segura.
15
De acordo com um relatório da NCHRP - National Cooperative Highway
Research Program (2001), o RAP pode ser reutilizado em novas misturas asfálticas pois
tanto o ligante como os agregados ainda tem valor agregado. Utilizando o RAP em novas
misturas, consegue-se reduzir a quantidade de matéria prima nova que precisa ser
adicionada à mistura asfáltica, economizando assim, tanto os recursos naturais, como
recursos financeiros.
2.1.2. Reciclagem de pavimento à quente
De acordo com Bernucci et al. (2010), a reciclagem pode acontecer de duas
maneiras:
• A quente, quando utiliza se CAP, agente rejuvenescedor (AR) e agregados
fresados aquecidos; ou,
• A frio, quando utiliza EAP (Emulsão Asfáltica de Petróleo), agente
rejuvenescedor emulsionado (ARE) e agregados fresados à temperatura ambiente.
A reciclagem a quente é uma técnica que iniciou em Singapura, na Índia, em 1970,
tornando-se, segundo Vasconcelos e Soares (2003), mais importante após a crise
econômica dessa época. Esse método segue as normas: DNIT - ES 033/2005 -
Pavimentos flexíveis - Concreto asfáltico reciclado a quente na usina e DNIT - ES
034/2005 - Pavimentos flexíveis - Concreto asfáltico reciclado a quente no local.
A reciclagem a quente local ou “in situ” consiste em aquecer o pavimento para
fazer a escarificação, até a profundidade necessária. Essa técnica pode corrigir
afundamentos, eliminar fissuras superficiais e fazer o rejuvenescimento de asfaltos
envelhecidos. O produto final dessas misturas asfálticas a quente pode ser destinado tanto
para camadas de base, conhecidas como “blinder” ou para camadas de rolamento. Nesse
procedimento, os custos são relativamente baixos e há um período pequeno de interrupção
do tráfego.
A reciclagem a quente em usinas pode ser executada em usinas gravimétricas ou
em usinas volumétricas, sendo a última a mais utilizada para o RAP. Porém, para o
fresado não ter contado direto com a chama da usina foram feitas adaptações nas usinas.
A seguir, são apresentados os procedimentos, segundo DNIT (2006) para o
funcionamento da uma usina de RAP.
• Preparar o material com remoção do pavimento e redução ou fragmentação do
fresado no tamanho necessário;
16
• Avaliar os estoques para fazer estudos e conhecer as características do material
reciclado;
• Processar na usina, porém sem o contato direto entre o material e a chama do
secador. Essa medida se dá para não poluir o ar e não endurecer o asfalto remanescente
do revestimento removido;
• Lançar e compactar o material como um concreto asfáltico normal, com
procedimentos equipamentos convencionais.
De acordo com o DNIT (2006), do ponto de vista da eficiência dos custos, a
reciclagem a quente dos pavimentos deve ter maior aplicação no planejamento da
restauração de pavimentos. Isso se dá devido a significativa economia das operações de
reciclagem a quente na pista quando comparada com um recapeamento com mistura nova.
Segundo Balbo e Bodi (2004), quando comparada a reciclagem a quente em usina
com outros tipos de reciclagem, ela apresenta melhor homogeneidade do processo de
termo regeneração e não está restrita a pequenas espessuras de fresagem para uma
reciclagem eficiente. No entanto, a desvantagem do processo de reciclagem a quente em
usina estacionária está associada ao transporte requerido, tanto para levar o RAP até a
usina onde será processado, quanto para retorná-lo ao local da obra para posterior
aplicação. Esse fator muitas vezes é decisivo na escolha do método de reabilitação
aplicado em um pavimento, pois pode agregar altos custos de transporte e contratempos
na obra.
Há desvantagem quanto a temperatura elevada das misturas asfálticas a quente. A
redução na temperatura, tanto de mistura quanto de compactação, produz benefícios como
a diminuição do consumo de energia, menor emissão de gases poluentes, maior eficiência
de compactação, maior trabalhabilidade, além da possibilidade de incorporação de maior
quantidade de material fresado e menor envelhecimento do ligante asfáltico por oxidação.
2.1.3. Limitações do RAP
Existem alguns cuidados necessários quando trabalha-se com material reciclado de
pavimento. Abaixo são apresentados, suscintamente, alguns desses cuidados.
Envelhecimento do ligante asfáltico no RAP: O ligante asfáltico sofre um
processo de envelhecimento que resulta no endurecimento do ligante. Segundo Pinto
(1991), o envelhecimento do ligante asfáltico aumenta a viscoelasticidade e ponto de
amolecimento, diminuindo assim a penetração e perda das propriedades aglutinantes.
17
Segundo Tonial (2001), 60% do envelhecimento do ligante asfáltico se dá pela usinagem,
20% pela estocagem, transporte, espalhamento e compactação, e o restante durante a vida
útil do pavimento, devido à ação do meio ambiente.
Heterogeneidade do RAP: Os estudos com amostras de RAP demonstram que há
variabilidade no teor de ligante e na análise granulométrica. De acordo com Valdés et al.
(2011), utilizar maior porcentagem de frações finas do RAP contribui para reduzir a
variação da mistura. Don Brock & Richmond (2007) também detém da mesma análise.
Superaquecimento do RAP: Em processos onde se tem taxas reduzidas de RAP
seu aquecimento se dá por transferência de calor do agregado natural para o RAP. Em
porcentagens elevadas de RAP esse processo é inviável energeticamente, pois terá que
superaquecer o agregado natural há 300°C, de acordo com Gennesseaux (2015). O
superaquecimento pode causar a degradação superficial de certos tipos de agregados,
originários da calcária, produzindo ultrafinos (BROUSSEAUD, 2011).
2.2. PAVIMENTO ASFÁLTICO COM ALTO TEOR DE RAP
Mundialmente, consomem-se cerca de 1,52 bilhões de toneladas de agregados
virgens e 80 milhões de toneladas de betume, para a produção de 1,6 bilhões de toneladas
de concreto asfáltico em todo o mundo. Os grandes números revelam a importância da
abordagem ambiental sustentável em termos de efeitos ambientais e consumo de recursos
naturais de forma sustentável. A difusão da reciclagem de pavimentos tem um potencial
econômico de aproximadamente um bilhão por ano. Isso só será possível com a aplicação
de processos corretos para reciclar o material asfáltico fresado, não o desperdiçando e
utilizando técnicas eficazes (GENCER et al., 2012).
Segundo Bressi et al. (2015), é possível perceber que existe um aumento no
interesse de misturas asfálticas recicladas com propriedades semelhantes às misturas com
100% de materiais virgens. Esse fato demonstra atitudes mais conscientes, com foco em
sustentabilidade, uma vez que proporciona a economia de Cimento Asfáltico de Petróleo
(CAP) e agregados.
Na Europa a quantidade de RAP adicionada às misturas já está nas normas
nacionais. De acordo com Bueche et al. (2015), a adição de RAP em misturas asfálticas
quentes é uma prática muito comum na Suíça. A norma desse país já admite utilização de
até 70% de RAP para camadas de sub-base e até 60% para camadas de base. Segundo
18
Mohajeri et al. (2015), misturas asfálticas recicladas a quente contendo altas porcentagens
de RAP são cada vez mais comuns. Na Holanda, as misturas são produzidas em tambor
misturador ligado em paralelo, pré-aquecendo o RAP, ou por meio de cilindro de tambor
duplo, o qual esquenta os agregados virgens e, em seguida, mistura com RAP à
temperatura ambiente.
Centofante (2016) buscou avaliar as propriedades mecânicas e a adesividade de
misturas contendo 10, 20 e 30% de adição de fresado e comparou-as com uma mistura de
referência sem adição de agregado reciclado. A avaliação mecânica apresentou resultados
positivos com a inserção de material fresado, quando comparados a uma mistura
convencional. Foi verificado através do Módulo de Resiliência (MR) que à medida que
aumenta a porcentagem de fresado, ocorre um acréscimo na rigidez do material e, assim
como a Resistência à Tração (RT) também se eleva. Porém, ao analisar a curva mestra,
verificou que a mistura com adição de 10% de fresado apresentou-se mais rígida que a
mistura com adição de 20% de fresado, o que não era esperado.
Rowe et al. (2015) realizaram um projeto com altas quantidades de material
reciclado (quase 100%) em Fort Wayne na Índia, com objetivo de avaliar e determinar as
diferenças de uma seção comparando com um pavimento de referência, após um ano de
sua construção. Os resultados encontrados nessa pesquisa comprovaram que o
desempenho das misturas com alto teor de RAP é idêntico ao desempenho obtido por
misturas convencionais. Segundo os autores, a reciclagem a quente utilizando RAP está
ocorrendo nos últimos 40 anos e se torna cada vez mais comum, uma vez que viabiliza a
reciclagem de um material produzido em grandes quantidades.
Essa discussão, desse “case” americano, fornece uma visão sobre o surgimento de
tecnologias para a produção de misturas com elevados teores (superior a 70%) de RAP.
As porcentagens de RAP variam de acordo com cada estado e localização, dependendo
de especificações locais e de cada Departamento de Transportes (DOT – Department Of
Transportation), o qual define suas próprias políticas no que diz respeito às porcentagens
de RAP permitido.
De acordo com Domingues e Balbo (2006), além da Ásia, em várias cidades de
médio e grande porte da América do Norte e da Europa, estão sendo estudadas, in situ,
tecnologias semelhantes de reciclagem a quente de Concreto Asfáltico (CA) para reduzir
custos e manutenção de pavimentos, de maneira que se tornem possíveis esses serviços
em qualquer época do ano. Portanto, a qualidade final do produto exige evitar a queima
do material no tambor e avaliar a qualidade do CA reciclado.
19
Segundo Bento (2010), os estudos realizados em Portugal utilizam material
reciclado com até 40% na mistura. Porém, o autor desenvolveu uma mistura com 70% de
fresado reciclado a quente, e avaliou a resistência à ação da água e deformações
permanentes. Para o ensaio da sensibilidade à agua e deformação permanente verificou
que as amostras atenderam o limite mínimo necessário para a categoria mais exigente de
acordo com as normas europeias utilizadas.
Pereira (2011) utilizou teores na ordem de 70, 80 e 90% de fresado na análise de
suas misturas recicladas. Seu objetivo era analisar o desempenho técnico de pavimentos
com ligantes CAP 50/70 e agente rejuvenescedor AR-75 com porcentagens de 15% e
30%. Os resultados obtidos foram que com 15% de AR e 90% fresado obteve se um
aumento da rigidez comparado com os outros teores. No parâmetro de estabilidade,
mostrou-se valores crescentes com o aumento de teor de fresado, indicando aumento na
rigidez das misturas. Para os resultados de fluência, a variação foi muito pequena, quase
imperceptível, com o aumento de teor de fresado e AR. A mistura com melhor
desempenho mecânico foi a com adição de 30% AR e 70% de material fresado pois não
ficou tão rígida como as demais.
Domingues e Balbo (2006) estudaram procedimentos com 100% de CA fresado
em mini usinas transportáveis e constataram que a utilização de pequena quantidade de
material reciclado deixa o material superaquecido, resultando em misturas muito rígidas,
embora tenha uma rápida preparação e boa produção. Porém, o emprego de grandes
volumes de material reciclado resultou em melhores misturas, pois não houve queima do
material quando comparado com o de pouco fresado, facilitando assim sua utilização em
camada superficial. No entanto uma das maiores limitações do processo foi a ausência de
controle a priori do operador.
20
3 METODOLOGIA
3.1. PLANEJAMENTO DE PESQUISA
O presente estudo surgiu da necessidade de buscar materiais mais sustentáveis no
meio rodoviário, que contribua para o desenvolvimento do meio ambiente. Portanto, este
estudo propôs moldar em laboratório 36 corpos de prova, distribuídos em 2 tipos de
misturas 100% fresado. Um dos fresados utilizados apresenta CAP 50/70 e outro
apresenta AMP 60/85. Além disso, foram utilizados três diferentes temperaturas de
compactação para cada tipo de fresado: 100, 140 e 170°C. Portanto, foram moldados seis
corpos de prova para cada temperatura, para a mistura 100% fresado CAP convencional
e para a mistura com CAP modificado, totalizando os 36 corpos de prova do estudo.
Os dados de granulometria e os parâmetros de dosagem utilizados neste trabalho
são provenientes de pesquisas já realizadas no Grupo de Estudos e Pesquisa em
Pavimentação e Segurança Viária (GEPPASV) por Bohn (2017) e Pinheiro (2017).
Com as amostras, realizaram-se os ensaios de Rice, para determinação da
densidade máxima medida (DMM) e densidade aparente. A norma utilizada é a americana
ASTM D2041. Os corpos de provas foram moldados pela metodologia SUPERPAVE e
posteriormente, foram submetidas aos ensaios de módulo complexo, para avaliar a rigidez
do material, e Flow Number, para avaliar o desempenho à deformação permanente. A
Tabela 1 apresenta a quantidade de amostras moldadas para cada ensaio e mistura.
Tabela 1 - Número de amostras necessárias, de acordo com os ensaios realizados na
pesquisa, para cada mistura asfáltica estudada.
Misturas Asfálticas
100% fresado
Número de
Amostras TOTAL
E* FN
CAP 50/70 100°C 3 3 6
CAP 50/70 140°C 3 3 6
CAP 50/70 170°C 3 3 6
AMP 60/85 100°C 3 3 6
AMP 60/85 140°C 3 3 6
AMP 60/85 170°C 3 3 6
TOTAL DE AMOSTRAS 36
21
3.2. MATERIAL FRESADO
O material de estudo é proveniente de fresagem de dois pavimentos antigos, um
deles com ligante asfáltico convencional CAP 50/70 e outro modificado por polímero
AMP 60/85. O material fresado com CAP 50/70 é referente a um trecho de pavimentação
da Rodovia Governador Leonel de Moura Brizola, localizado no trecho do km 112+500
ao 109+500, na BR 386, estado do Rio Grande do Sul. Os materiais granulares utilizados
nesse pavimento foram coletados pela Pedreira da Construbrás. A Figura 2 mostra a
localização do trecho de onde foi retirado o fresado da BR 386.
Figura 2 - Localização do trecho de retirada de fresado da BR 386.
Fonte: Google Maps.
O material fresado com CAP 60/85 foi obtido através de uma parceria entre
Concessionária Triunfo Concepa e GEPPASV (Grupo de Estudos e Pesquisas em
Pavimentação e Segurança Viária) da UFSM. O material foi retirado com o equipamento
Fresadora modelo PM 102, e esse material é referente a um trecho de pavimentação da
FreeWay, localizado no km 72+700, BR 290, estado do Rio Grande do Sul. Os materiais
granulares utilizados nesse pavimento foram coletados pela pedreira localizada no km
30+500, BR- 290 em Santa Antônio da Patrulha. A Figura 3 que mostra a localização do
trecho onde foi retirado o fresado da BR 290.
22
Figura 3 – Localização do trecho de retirada de fresado da BR 290.
Fonte: Google Maps.
3.3. MATERIAIS UTILIZADOS
Através de pesquisas realizadas por Bohn (2017) e Pinheiro (2017), obteve-se a
análise granulométrica e determinação do teor de ligante dos fresados utilizados. Com
esses parâmetros e a densidade máxima medida foi possível determinar a caracterização
dos materiais.
As granulometrias foram feitas apenas com o material passante na peneira #3/8,
sendo o retido nas peneiras maiores, descartado, para obter melhor homogeneização da
mistura. Desse modo, a curva granulométrica do fresado com betume abrange apenas o
material passante na peneira analisada. Além disso, as misturas passaram pelo
equipamento denominado Rotarex, que faz a extração do ligante, assim também foi
possível gerar a curva granulométrica sem betume. O ensaio de extração de betume
seguiram o procedimento da norma DNER-ME 053/94. A Figura 4 mostra as amostras
utilizadas.
23
Figura 4 – Amostras de fresado utilizados nesta pesquisa.
A Figura 5 apresenta as curvas granulométricas dos materiais e as Tabelas 2 e 3
apresentam o resultado das granulometrias.
Figura 5 – Curvas granulométricas das amostras com fresado CAP 50/70 sem betume e
com fresado e AMP 60/85 com e sem betume.
Fonte: Pinheiro (2017) e Bohn (2017).
Tabela 2 - Resultado da granulometria do fresado CAP 50/70 sem betume.
Porcentagem Média Passante (%)
Peneira mm Fresado Sem
Betume
3/4" 19,1 100
1/2" 12,7 95,8
3/8" 9,5 93,1
n 4 4,8 76
n 10 2 45,5
n 40 0,42 23,6
n 80 0,18 18,1
n 200 0,075 13,7
Fonte: Pinheiro (2017).
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0,01 0,1 1 10 100
Porc
enta
gem
pas
sante
(%)
Diâmetro dos grãos (mm)
Granulometria fresado
50/70Granulometria fresado
60/85Granuletria fresado 60/85
com betume
24
Tabela 3 - Resultado da granulometria do fresado CAP 60/85 com e sem betume.
Porcentagem Média Passante (%)
Peneira mm Fresado Com
Betume
Fresado Sem
Betume
3/4" 19,1 100 100
1/2" 12,7 100 100
3/8" 9,5 100 100
n 4 4,8 58,6 75,1
n 10 2 25,3 45,4
n 40 0,42 4,8 15,7
n 80 0,18 2,2 11,2
n 200 0,075 1,2 7,1
Fonte: Bohn (2017).
Através do ensaio Rotarex elétrico foi obtido o teor de ligante dos materiais,
conforme DNER – ME 053/1994 – Misturas betuminosas – percentagem de betume. A
mistura convencional apresentou um teor de ligante de 4,85% e a mistura modificada por
polímero apresentou um teor de ligante de 4,41%.
Além disso, foi realizado para os dois materiais reciclados, o método denominado
RICE, seguindo a norma ABNT/NBR 15619:2012 – Misturas asfálticas – Determinação
da densidade máxima teórica e massa específica máxima teórica em amostras não
compactadas. O objetivo desse procedimento é encontrar a densidade máxima medida
(DMM ou Gmm) para determinar o volume de vazios da amostra. Realizou-se o ensaio
duas vezes para cada tipo de fresado e os resultados estão expostos nas Tabelas 4 e 5
abaixo.
Tabela 4 - Resultado da densidade máxima medida do fresado CAP 50/70.
Amostra
Densidade Máxima Medida
(g/cm³)
Densidade Máxima Medida
Média(g/cm³)
1 2,697 2,696
2 2,695 2,696
Tabela 5 - Resultado da densidade máxima medida do fresado CAP 60/85.
Amostra
Densidade Máxima Medida
(g/cm³)
Densidade Máxima Medida
Média(g/cm³)
1 2,551 2,553
2 2,554 2,553
25
3.4. ENSAIOS LABORATORIAIS
3.4.1. Preparação da amostra
Após coleta dos materiais fresados já mencionados, e caracterização dos mesmos,
deu-se início à dosagem das misturas. Esse procedimento fez uso da metodologia
Superpave.
Os fresados foram peneirados na #3/8 e foi utilizado apenas o passante, o retido
foi descartado. Esses materiais ficaram por 24 horas na estufa a 60°C, para retirar a
umidade contida na amostra, mais quatro horas na temperatura de compactação.
Após o aquecimento em estufa, os materiais foram colocados no misturador
utilizado, que foi o da marca Infra Test Testing Systems, modelo Bituminous Laboratory
Mixer 30 Liter Special Version 380V 60Hz 3Ph. O misturador já se encontrava na
temperatura de compactação, então se adicionou em média 18 kg de material, que
permaneceu no misturador até atingir a temperatura de compactação. Depois, a massa foi
compactada no CGS, da IPC Servopac. A Figura 6 mostra o misturador e compactador.
Figura 6 - Misturador Infra Test Testing Systing e compactador CGS.
26
A metodologia SUPERPAVE é utilizada desde 1993 pelos norte-americanos,
onde sua compactação é feita por amassamentos, conhecido com giros. Em todos os
corpos de provas foram estipulados 100 giros que corresponde a vias de tráfegos de médio
a alto. Foram feitos 6 corpos de prova para cada amostra de fresado, analisado em cada
temperatura estudada, além disso, cada amostra ficou com um peso médio de 1,855 kg e
altura média de 151 mm.
3.4.2. Volume de vazios
Com o intuito de encontrar o volume de vazios foi determinada a densidade
aparente através do método por dimensões. A altura foi obtida através da média de quatro
medições e o diâmetro através da média de seis medições, sendo duas no topo, duas no
meio e duas na base, conforme procedimento descrito por BS EN 12697-29/2002. Com
esse procedimento foi possível determinar o Gmm e consequentemente o volume de
vazios de cada amostra.
Segundo pesquisas realizadas no laboratório GEPPASV é necessário um fator de
correção de 0,97 sobre o volume de vazios. Essa redução do valor se deve porque o
método determina o corpo de prova como um cilindro perfeito, porém sabe-se que na
prática isso não ocorre. Portanto, o volume que vai se tratar como o real será o com o
fator de correção.
3.4.3. Ensaio de módulo complexo
Os corpos de provas, já moldados no SUPERPAVE, passaram para o processo de
colagem dos pinos. Foram colados três conjuntos para segurar os LVDT’S (Linear
Variable Differential Transducer) do ensaio de módulo complexo. Esses pinos foram
colados com a ajuda de um equipamento que os pressiona por um tempo mínimo de 10
minutos, para que a cola seque. A Figura 7 ilustra este processo.
27
Figura 7 - Colagem dos três conjuntos pinos para segurar os LVDT’S.
O ensaio de módulo complexo é realizado segundo as normas da AASHTO T 342-
11- Standard Method of Test for Determining Dynamic Modulus of Hot-Mix Asphalt
Concrete Mixtures. O método consiste em aplicar uma carga uniaxial compressiva
senoidal no corpo de prova cilíndrico para determinar as propriedades viscoelásticas do
material.
Segundo Nascimento (2008), a relação tensão-deformação é definida como
Módulo Complexo (E*) e o valor absoluto |E*| é a razão da tensão dinâmica máxima pela
deformação axial recuperável máxima, ou seja, |E*| é o módulo dinâmico. Além disso,
tem-se o ângulo de fase (ϕ), que é visto na tela do computador na hora do ensaio junto
com a frequência, que termina as propriedades viscosas, através da defasagem da
aplicação de carga e a resposta da amostra. Esse ângulo de fase indica uma das
propriedades viscosas do material, sendo 0° para material elástico e 90° para material
viscoso (CAVALCANTI, 2010).
Após a colagem, os corpos de prova ficaram condicionados no mínimo oito horas
na temperatura do ensaio, dentro da prensa UTM 25. Conforme determina a norma
AASHTO T 342-11, as temperaturas utilizadas foram: -10°C, 4°C, 21°C, 37°C, 54°C,
60°C e as frequências utilizadas foram todas as disponíveis pelo software UTS006 – SPT
Dynamic Modulus Test: 25, 20, 10, 5, 2, 1, 0,5, 0,2, 0,1 e 0,01Hz. A Figura 8 demonstra
o procedimento de funcionamento da prensa UTM 25.
28
Figura 8 - Prensa UTM 25 em funcionamento.
Após execução dos ensaios, os resultados foram utilizados para calcular o modelo
2S2P1D (2 Springs, 2 Parabolic, 1 Dashpot). Di Benedetto et al. (2004) desenvolveram
o modelo 2S2P1D para modelagem de propriedades viscoelásticas lineares, tanto de
ligantes quanto de misturas asfálticas. O modelo consiste, basicamente, em 2 molas, 2
elementos parabólicos e 1 amortecedor, o qual pode ser demostrado por uma infinidade
de elementos em série ou em paralelo. A Figura 9 demostra o modelo 2S2P1D.
Figura 9 – Representação do modelo 2S2P1D.
Fonte: (DI BENEDETTO ET AL., 2004).
O modelo 2S2P1D tem 7 constantes e seu módulo complexo é dado pela Equação
(1) a seguir.
29
E∗(𝑖𝜔𝜏)= 𝐸0+E∞−E0
1+δ(iωτ)−k+(iωβτ)−1 (1)
Onde:
𝑖 = número complexo definido por 𝑖2=−1;
𝜔 = pulsação =2𝜋×𝑓𝑟 (onde 𝑓𝑟 é a frequência);
𝑘,ℎ = expoentes tais como 0<𝑘<ℎ<1;
𝛿 = constante;
𝐸0 = módulo de elasticidade estático, quando 𝜔→0;
𝐸∞ = módulo vítreo, quando 𝜔→∞;
𝜏 = tempo característico, cujo valor varia apenas com a temperatura.
Assim, após essa modelagem são apresentado as curvas: isotermas, isócronas,
espaços Cole Cole, Diagramas de Black e curvas mestras de |E*| e φ, de todas as misturas
asfálticas em estudo. Segundo, Di Benedetto & Corté (2005), o módulo complexo é um
ensaio homogêneo, que não necessita de nenhuma solução estrutural, nem hipótese
complementar, apresentando, assim, propriedades dos materiais próximas às reais.
Segundo Mangiafico (2014), através dessa moldagem pode se ajustar muito bem o
comportamento mecânico da maioria das misturas betuminosas, representando bem os
intervalos de baixas frequências e altas temperaturas.
3.4.4. Ensaio uniaxial de carga repetida (Flow Number)
O Ensaio Uniaxial de carga Repetida é também, usualmente, chamado de Flow
Number (FN). O ensaio é empregado para avaliar o comportamento de misturas asfálticas
com relação à deformação permanente com a aplicação de cargas repetidas, uma vez que
estudos mostram que ensaios com aplicação de cargas estáticas não apresentam
totalmente o mecanismo de deformação permanente em campo (VALKERING et al,
1990). Portanto, esse ensaio traduz melhor o comportamento do pavimento em pista,
tornando-se um ensaio consistente para deformação permanente.
O FN é definido pelo número de repetições de carregamento até atingir a taxa
mínima de tensão axial permanente, onde a mistura apresentará em um período pequeno
uma grande deformação cisalhante, obtendo assim, o colapso da estrutura. A relação do
30
FN com a deformação permanente é que quanto maior o número de ciclos menor a
possibilidade de o pavimento sofrer o dano de Afundamento de Trilhas de Roda (ATR).
Segundo Budny (2012), ao avaliar um gráfico de deformação plástica acumulada
versus número de ciclos, nota-se a existência de três zonas: primária, secundária e
terciária. Na faixa primária, tem-se uma deformação com velocidade elevada; na
secundária, tem-se uma deformação plástica estável; e na terceira etapa, há o
cisalhamento com volume constante. Com isso, pode-se concluir que o FN é o número de
ciclos em que a faixa terciária se inicia.
Os corpos de prova moldados para esse ensaio tiveram suas medições de diâmetro
e altura obtidas através de uma média de quatro valores para cada altura e cada diâmetro
da respectiva amostra em análise. Suas faces não foram retificadas conforme solicita a
norma AASHTO TP 79-15 - Standard Method of Test for Determining the Dynamic
Modulus and Flow Number for Hot Mix Asphalt (HMA) Using the Asphalt Mixture
Performance Tester (AMPT), pois não se sabia se a amostra aguentaria a retificação,
podendo comprometer o corpo de prova. O FN, atualmente, segue a norma brasileira, a
ABNT/NBR 16505:2016 - Misturas asfálticas - Resistência à deformação permanente
utilizando o ensaio uniaxial de carga repetida.
Para a realização desse ensaio, as amostras foram condicionadas a 60°C na prensa
UTM 25, atendendo as recomendações de no mínimo oito horas, como especifica a
AASHTO TP 79-12. O valor do carregamento do Ensaio é de 204KPa durante a
frequência de 0,1s e repouso da amostra de 0,9s. Os parâmetros utilizados no ensaio estão
na Tabela 6.
Tabela 6 - Parâmetros de ensaio de Flow Number.
Parâmetros Condições
Tempo de aplicação de carga 0,1s
Tempo de repouso 0,9s
Tensão 204KPa
Tensão de repouso 10,2KPa
Tensão de pré-carregamento 15KPa
Duração do pré-carregamento 60s
Tempo mínimo de
condicionamento 8h
Temperatura do ensaio 60°C
Os corpos de provas foram ensaiados individualmente e na sua parte superior e
inferior é colocado uma membrana de látex, posteriormente, foram colocados os dois
31
LVDT’s. A Figura 10 apresenta a prensa UTM 25 realizando ensaio em um dos corpos
de prova ensaiados.
Figura 10 - Ensaio Uniaxial de carga Repetida.
A resposta é visualizada em um gráfico de deformação permanente versus ciclos
e a finalização do ensaio ocorre quando a deformação do corpo de prova atinge 5% ou
7200 ciclos. Os resultados são analisados e armazenados no Software UTS 14. A Figura
11 ilustra o gráfico gerado de deformação versus ciclos. Posteriormente, a curva de
deformação plástica vertical uniaxial é ajustada ao Modelo de Francken. Segundo
Almeida Jr. (2016), este modelo é a combinação dos modelos de potência e exponencial.
Ele ainda explica como se calcula tudas as variáveis do cálculo.
32
Figura 11 - Gráfico gerado no Software UTS 14.
4 RESULTADOS E DISCUSSÃO DE RESULTADOS
4.1. ANÁLISE VOLUMÉTRICA
Na tabela 7 é apresentado os resultados dos volumes de vazios calculados (Vv) e
os reais (Vvreal) que é o adicionado o fator de correção de 0,97. Além disso, tem-se o
desvio padrão representado por (S) e a média dos volumes de vazios (Vvmédia) e o Gmm.
Tabela 7 - Valores de densidade obtidos através do Rice para cada mistura asfáltica
estudada.
Fresado CP Gmm
(g/cm³)
Teor
(%) Vv(%)
Vv real
(%) S Vvmédia(%)
50/70 100°C
7 2,33 2,696 13,62 13,21
0,40 12,65
8 2,35 2,696 12,85 12,46
9 2,33 2,696 13,46 13,06
10 2,35 2,696 13,01 12,62
11 2,35 2,696 12,69 12,31
12 2,36 2,696 12,62 12,24
50/70 140°C
19 2,53 2,696 6,30 6,11
1,15 7,48
20 2,50 2,696 7,11 6,90
21 2,51 2,696 6,95 6,74
22 2,49 2,696 7,63 7,40
23 2,45 2,696 9,17 8,90
24 2,45 2,696 9,12 8,85
50/70 170°C
31 2,47 2,696 8,44 8,19
0,58 8,95 32 2,44 2,696 9,53 9,25
33 2,45 2,696 9,08 8,81
34 2,43 2,696 9,94 9,64
33
35 2,43 2,696 9,72 9,43
36 2,46 2,696 8,68 8,42
60/85 100°C
1 2,34 2,553 8,38 8,13
0,26 8,01
2 2,35 2,553 8,01 7,77
3 2,34 2,553 8,40 8,15
4 2,33 2,553 8,55 8,29
5 2,35 2,553 7,84 7,61
6 2,34 2,553 8,38 8,13
60/85 140°C
13 2,41 2,553 5,44 5,28
0,34 4,74
14 2,42 2,553 5,08 4,93
15 2,43 2,553 5,00 4,85
16 2,44 2,553 4,58 4,44
17 2,43 2,553 4,72 4,57
18 2,44 2,553 4,50 4,36
60/85 170°C
25 2,43 2,553 4,76 4,62
1,02 5,27
26 2,36 2,553 7,52 7,30
27 2,42 2,553 5,07 4,91
28 2,43 2,553 4,71 4,57
29 2,42 2,553 5,13 4,98
30 2,41 2,553 5,41 5,24
Conforme observa-se, o volume de vazios para o fresado 50/70 100°C apresentou
elevados valores. Uma das causas disto é a baixa temperatura de compactação. Além
disso, segundo ensaio de penetração realizado por Pinheiro (2017), foi encontrado valor
de penetração igual a 12dmm para o fresado com CAP 50/70, demonstrando que esse
fresado é extremamente envelhecido. Já o 60/85 100°C demonstrou um maior valor de
penetração (22dmm), portanto, possivelmente esse fresado é mais viscoso e seu ligante
mais ativo e, consequentemente, consegue compactar com maior facilidade.
Também, sabe-se que esse método utilizado para avaliar o volume de vazios não
é perfeito, pois não foi levado em conta seu peso e sim suas dimensões. Esse fato implica
em um fator de correção, pois o método leva em conta que trabalha-se com um cilindro
perfeito. Por esse motivo são apresentados os volumes de vazios corrigidos na Tabela 7.
No Figura 12 é apresentado os volumes de vazios reais em função das
temperaturas de compactação (100°, 140° e 170°C).
34
Figura 12- Volume de vazios reais em função das temperaturas de compactação.
A partir da Figura 12 é possível perceber uma correlação da temperatura com os
volumes de vazios das misturas. Além disso, demostra que a 140°C é a temperatura de
compactação onde tem-se o menor volume de vazios entre os dois fresados em análise.
4.2. ENSAIO UNIAXIAL DE CARGA REPETIDA
Como pode ser visto na Tabela 8, todos os corpos de prova analisados suportaram
o máximo de ciclos recomendados pela ABNT/NBR 16505:2016. Portanto, o ensaio foi
finalizado aos 7200 ciclos e não foi necessário realizar o Modelo de Francken. A Figura
13 mostra alguns corpos de prova ensaiados que se mostraram visualmente intactos, sem
desprendimento da massa ou sinais de deformação permanente.
Tabela 6 - Ciclos de cargas por corpo de prova no ensaio Flow Number.
Mistura
N° corpos de
prova
FN
(ciclo)
50/70
100°C
10 7200
11 7200
12 7200
50/70
140°C
22 7200
23 7200
24 7200
50/70
170°C
34 7200
35 7200
36 7200
y = 0,0025x2 - 0,7404x + 61,225
R² = 1
y = 0,0014x2 - 0,4226x + 36,068
R² = 1
0
2
4
6
8
10
12
14
80 100 120 140 160 180
Vv r
eal(
%)
Temperatura (°C)
50/70
60/85
Polinômio
(50/70)
Polinômio
(60/85)
35
60/85
100°C
4 7200
5 7200
6 7200
60/85
140°C
16 7200
17 7200
18 7200
60/85
170°C
22 7200
23 7200
24 7200
Figura 13 – Alguns corpos de provas depois de ensaiados.
Sobre a análise da deformação permanente, consegue-se comprovar que misturas
com 100% fresado, tanto convencionais como com ligantes modificados, apresentam um
desempenho satisfatório perante a ATR. Bohn (2017), já tinha comprovado que misturas
com 50% fresado para CAP convencional e modificado por polímeros tinham um bom
desempenho.
Nejad et al. (2013) realizaram um estudo experimental para analisar a deformação
permanente em misturas quentes, contendo 0%, 15%, 30%, 50% e 60% de RAP em sua
composição. Para avaliar o impacto do RAP sobre as propriedades de Afundamento de
Trilha de Roda (ATR), as misturas foram analisadas usando o Marshall e testes dinâmicos
de fluência. Os autores constataram que substituir até 60% do agregado virgem por RAP
melhorou as propriedades de deformação permanente das misturas. O fresado aumentou a
viscosidade do aglutinante de asfalto, e foi fator principal de resistência ao ATR,
especialmente em altas temperaturas.
36
Portanto, esses dados complementam o que a literatura vem mostrando, isto é, as
misturas RAP não tem possibilidade de sofrer grandes danos por ATR.
Dessa forma, é notório que o material fresado, além de trazer grande economia no
valor final do pavimento, reduzir a deposição no meio ambiente, ainda, tem grande
importância na resistência à deformação permanente. Segundo Bohn (2017), o teor antigo
de ligante contido nas misturas, já envelhecido, atua ativamente na resistência à
deformação permanente, mostrando que o fresado não é um “black rock”, pois o ligante
antigo é liberado no processo da mistura.
4.3. MÓDULO COMPLEXO
Segundo Yusoff et al. (2011), as propriedades reológicas das misturas asfálticas
são apresentadas através de módulo complexo e curvas mestras, juntamente com o ângulo
de fase e fatores de desvio. Essas propriedades reológicas dependem das mudanças de
temperaturas. Os setes parâmetros do modelo e as constantes C1 e C2, do WLF (William,
Landel e Ferry), para cada uma das seis misturas pesquisadas, constam na Tabela 9.
Tabela 7 - Parâmetros do modelo 2S2P1D e valores de C1 e C2 de cada mistura.
PARÂMETROS 2S2P1D
MIS
TU
RA
E* WLF
E00
(MPA)
E0
(MPA)
k
h
C1 C2
50/70
100°C 3,00E+01 2,92E+04 0,165 0,490 1,80 6,00E-01 12000
27,821 193,830
50/70
140°C 7,00E+01 3,50E+04 0,185 0,490 1,80 2,00E+00 12000
40,619 271,783
50/70
170°C 2,00E+02 4,15E+04 0,166 0,415 2,60 5,00E-01 12000
41,175 309,024
60/85
100°C 6,00E+01 1,55E+04 0,170 0,510 1,90 3,00E+00 15000
19,546 151,193
60/85
140°C 110 36000 0,160 0,518 2,20 100 10000
34,726 243,098
60/85
170°C 100 25800 0,140 0,49 2,60 80 10000
21,455 162,040
O comportamento viscoelástico do material é dependente da temperatura, que é
indicada pelo fator de deslocamento e expressa por [a(T)], através do gráfico em escala
37
logarítmica. Na Figura 14 está apresentado as curvas log [a(T)] das seis misturas
estudadas. A inclinação das curvas permite analisar a suscetibilidade térmica, pois quanto
menos inclinada a curva melhor é o comportamento da mistura quanto a suscetibilidade
térmica. Portanto, quanto mais próximos de zero forem os valores de cada mistura, menor
é a suscetibilidade à temperatura, ou seja melhor será a estabilidade.
É possível observar que a Mistura 60/85 170°C é a que apresenta menor
suscetibilidade à temperatura, pois essa apresenta uma linha de tendência mais horizontal,
em baixas temperaturas. Já em altas temperaturas, a mistura 50/70 100°C é a que
apresenta a menor suscetibilidade térmica. No entanto, a mistura 60/85 100°C é a mais
suscetível à temperatura nas baixas temperaturas e a mistura 50/70 140°C se apresenta
mais suscetível a altas temperaturas. A seguir, será mostrado outras formas de análise da
presente pesquisa, pois essa é uma análise inicial.
Figura 14 - Linhas de tendência lineares das curvas log [a(T)] de todas misturas a
(@20°C).
O espaço Cole Cole apresenta a parte real E1 e a parte imaginária E2, nos eixos
das abcissas e ordenadas, respectivamente. Em E1 é possível analisar a parte recuperável
da energia armazenada e em E2 a capacidade viscosa irreversível do material através da
dissipação de energia. O Diagrama de Black permite analisar a relação entre o módulo
dinâmico e o ângulo de fase em diferentes temperaturas. As Figuras de 15 a 26 mostram
a representação gráfica dos resultados no plano Cole Cole e Diagrama Black. Nas
-5,00
-4,00
-3,00
-2,00
-1,00
0,00
1,00
2,00
3,00
4,00
5,00
6,00
-20 0 20 40 60
Log [
a(T
)]
Temperatura (°C)
60/85 100°C
60/85 140°C
60/85 170°C
50/70 100°C
50/70 140°C
50/70 170°C
38
imagens tem-se plotados os dados experimenteis de duas amostras, a média das
respectivas amostras e a linha que foi criada a partir da modelagem 2S2P1D.
Figura 15 - Plano Cole Cole para mistura 50/70 100°C, com amostra 7, 8 e a média.
Figura 16 - Diagrama Black para mistura 50/70 100°C, com amostra 7, 8 e a média.
0
500
1000
1500
0 5000 10000 15000 20000
E2
(MP
a)
E1 (MPa)
2S2P1D 50/70
100°C-10 °C M
4 °C M
21 °C M
37 °C M
60 °C M
-10 °C
4 °C
21 °C
37 °C
60 °C
-10 °C
4 °C
21 °C
AMOSTRA 7, 8 e MÉDIA
1
10
100
1000
10000
100000
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50
|E*| (M
Pa)
j (o)
-10 °C 4 °C
21 °C 37 °C
60 °C -10 °C
4 °C 21 °C
37 °C 60 °C
-10 °C 4 °C
21 °C 37 °C
60 °C 2S2P1D 50/70 100°C
AMOSTRA 7, 8 e MÉDIA
39
Figura 17 - Plano Cole Cole para mistura 50/70 140°C, com amostra 19, 20 e a média.
Figura 18 - Diagrama Black para mistura 50/70 140°C, com amostra 19, 20 e a média.
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
0 5000 10000 15000 20000 25000 30000 35000 40000
E2 (
MP
a)
E1 (MPa)
2S2P1D 50/70
140°C-10 °C M
4 °C M
21 °C M
37 °C M
60 °C M
-10 °C A19
4 °C A19
AMOSTRA 19, 20 e MÉDIA
1
10
100
1000
10000
100000
0 5 10 15 20 25 30 35 40
|E*| (M
Pa)
j (o)
-10 °C 4 °C
21 °C 37 °C
60 °C -10 °C
4 °C 21 °C
37 °C 60 °C
-10 °C 4 °C
21 °C 37 °C
60 °C 2S2P1D M2
AMOSTRA 19, 20 e MÉDIA
40
Figura 19 - Plano Cole Cole para mistura 50/70 170°C, com amostra 31, 32 e a média.
Figura 20 - Diagrama Black para mistura 50/70 170°C, com amostra 31, 32 e a média.
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
1600
1800
2000
0 5000 10000 15000 20000 25000 30000
E2
(MP
a)
E1 (MPa)
2S2P1D
50/70
170°C-10 °C M
4 °C M
21 °C M
37 °C M
60 °C M
-10 °C A31
4 °C A31
21 °C A31
37 °C A31
60 °C A31
AMOSTRA 31, 32 e MÉDIA
1
10
100
1000
10000
100000
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50
|E*| (M
Pa)
j (o)
-10 °C 4 °C
21 °C 37 °C
60 °C -10 °C
4 °C 21 °C
37 °C 60 °C
-10 °C 4 °C
21 °C 37 °C
60 °C 2S2P1D M3
AMOSTRA 31, 32 e MÉDIA
41
Figura 21 - Plano Cole Cole para mistura 60/85 100°C, com amostra 1, 2 e a média.
Figura 22 - Diagrama Black para mistura 60/85 100°C, com amostra 1, 2 e a média.
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
0 5000 10000 15000 20000 25000 30000 35000 40000
E2 (
MP
a)
E1 (MPa)
2S2P1D 60/85
100°C-10 °C M
4 °C M
21 °C M
37 °C M
54 °C M
-10 ºC A1
4 ºC A1
21 ºC A1
37 ºC A1
54 ºC A1
-10 ºC A2
4 ºC A2
21 ºC A2
37 ºC A2
54 ºC A2
AMOSTRA 1, 2 E MÉDIA
1
10
100
1000
10000
100000
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50
|E*| (M
Pa)
j (o)
-10 °C
4 °C
21 °C
37 °C
54 °C
-10 °C
4 °C
21 °C
37 °C
54 °C
-10 °C
4 °C
21 °C
37 °C
54 °C
2S2P1D 60/85
100°C
AMOSTRA 1, 2 E MÉDIA
42
Figura 23 - Plano Cole Cole para mistura 60/85 140°C, com amostra 13, 14 e a média.
Figura 24 - Diagrama Black para mistura 60/85 140°C, com amostra 13, 14 e a média.
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
4000
0 5000 10000 15000 20000 25000 30000 35000 40000 45000
E2
(M
Pa
)
E1 (MPa)
2S2P1D 60/85
140°C"-10 °C M
4 °C M
21 °C M
37 °C M
54 °C M
-10 °C A13
4 °C A13
21 °C A13
37 °C A13
54 °C A13
AMOSTRA 13, 14 e MÉDIA
1
10
100
1000
10000
100000
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50
|E*| (M
Pa)
j (o)
-10 °C
4 °C
21 °C
37 °C
54 °C
-10 °C
4 °C
21 °C
37 °C
54 °C
-10 °C
4 °C
21 °C
37 °C
54 °C
2S2P1D 60/85
140°C
AMOSTRA 13, 14 e MÉDIA
43
Figura 25 - Plano Cole Cole para mistura 60/85 170°C, com amostra 25, 26 e a média.
Figura 26 - Diagrama Black para mistura 60/85 170°C, com amostra 25, 26 e a média.
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
0 10000 20000 30000 40000 50000
E2
(MP
a)
E1 (MPa)
2S2P1D 60/85
170°C-10 °C M
4 °C M
21 °C M
37 °C M
54 °C M
-10 °C A25
4 °C A25
AMOSTRA 25, 26 e MÉDIA
1
10
100
1000
10000
100000
0 5 10 15 20 25 30 35 40
|E*| (M
Pa)
j (o)
-10 °C
4 °C
21 °C
37 °C
54 °C
-10 °C
4 °C
21 °C
37 °C
54 °C
-10 °C
4 °C
21 °C
37 °C
54 °C
2S2P1D 60/85
170°C
AMOSTRA 25, 26 e MÉDIA
44
4.3.1. Plano Cole Cole
É possível visualizar na Figura 27 que o a mistura com CAP 50/70 a 100°C de
compactação, não foi muito eficiente, pois obteve-se uma rigidez muito inferior em
relação a todas as misturas em estudo. Além disso, como já mostrado, essa mistura não
conseguiu densificar. Analisando a mistura com CAP 50/70 a 140°C, já é possível
perceber uma melhora na compactação da mistura, pois a 140°C o ligante possivelmente
conseguiu ativar as propriedades que na temperatura de 100°C de compactação não foi
obtido, pois é um material mais coeso. Analisando a mistura com CAP 50/70 a 170°C é
possível perceber que o fresado possivelmente oxidou muito, pois apresentou queda na
sua rigidez. Como visto anteriormente, esse material já foi considerado mais envelhecido
que o fresado 60/85 em outro estudo, portanto as quatro horas na estufa a 170°C oxidou
muito o material.
Para as misturas modificadas, tem-se a mesma sequência de análise, porém de
uma forma menos brusca como a das misturas convencionais, pois essas apresentam
comportamentos mecânicos mais semelhantes. A mistura 60/85 100°C teve uma baixa
rigidez comparada com as outras misturas modificas, demostrando que essa temperatura
de compactação talvez tenha sido insuficiente para rejuvenescer o ligante asfáltico. Já a
mistura 60/85 140°C apresentou bons resultados de rigidez demostrando que
possivelmente o ligante envelhecido começou a agir nessa estrutura. A mistura 60/85
170°C já tem uma mínima queda de rigidez, resultado muito semelhante a temperatura da
compactação a 140°C, não tendo grande oxidação como a mistura convencional a 170°C.
45
Figura 17 - Plano Cole Cole para todas misturas, obtido através da modelagem 2S2P1D.
4.3.2. Diagrama Black
As linhas de modelagem do 2S2P1D de todas as misturas estão apresentadas na
Figura 28. De modo geral, é possível perceber que a maioria das misturas convencionais
apresentam valor de ângulo de fase maior que as misturas modificadas por polímeros,
quando comparadas entre sua respectiva temperatura. Isso faz com que as misturas
convencionais tenham uma maior dissipação de energia, devido ao maior atrito interno,
além de sua parcela viscosa ser a mais atuante. Já as misturas modificadas, apresentam
uma maior rigidez, como já foi comprovado no espaço Cole-Cole.
Ao observar o diagrama Black, também é possível perceber que a mistura 60/85
170°C apresenta menor valor de ângulo, podendo ser aferido que apresenta um melhor
comportamento elástico quando comparada às demais misturas estudadas. A mistura
60/85 100°C é a que apresenta maior ângulo de fase, isso faz com que essa mistura tenha
uma maior dissipação de energia ou perda por atrito interno, pois sua parcela viscosa é a
mais relevante. Além disso, em campo, provavelmente, essa seria a mistura que sofreria
maiores deformações plásticas.
Analisando os fresados separadamente, é perceptível que as amostras com ligante
convencional, nas temperaturas de 100 e 140°C apresentam um ângulo de fase maior que
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
4000
0 10000 20000 30000 40000 50000
E2
(M
Pa
)
E1 (MPa)
Cole - cole 2S2P1D 50/70 100°C
Cole - cole 2S2P1D 50/70 140°C
Cole - cole 2S2P1D 50/70 170°C
Cole - cole 2S2P1D 60/85 100°C
Cole - cole 2S2P1D 60/85 140°C
Cole - cole 2S2P1D 60/85 170°C
média 50/70 100°C
média 50/70 140°C
média 50/70 170°C
média 60/85 100°C
média 60/85 140°C
média 60/85 170°C
46
as amostras com fresado convencional a 170°C de temperatura de compactação. Isso
demostra que houve diferença de ativação do ligante influenciado pela temperatura, pois
a 170°C o fresado é absolutamente elástico, já a 100 e 140°C predomina o ligante com
maior relevância da parcela viscosa.
Analisando os fresados com polímeros observa-se que a 100°C de compactação o
ângulo de fase é máximo, sendo a mistura totalmente viscosa. Com o aumento da
temperatura para 140 e 170°C, há redução no ângulo de fase, isto é, as misturas vão se
tornando mais elásticas.
Figura 28 - Diagrama Black, para todas as misturas, obtido com a modelagem 2S2P1D.
4.3.3. Curvas mestras
Com os resultados obtidos de módulo dinâmico e ângulo de fase no ensaio de
módulo complexo foi possível construir as curvas mestras. Para isso, foi utilizado o
princípio da superposição tempo-temperatura (TTSP – time-temperature superposition
1
10
100
1000
10000
100000
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50
|E*|
(M
Pa
)
φ (º)
50/70 100°C 50/70 140°C
50/70 170°C 60/85 100°C
60/85 140°C 60/85 170°C
Black Curve 2S2P1D 50/70 100°C Black Curve 2S2P1D 50/70 140°C
Black Curve 2S2P1D 50/70 170°C Black Curve 2S2P1D 60/85 100°C
Black Curve 2S2P1D 60/85 140°C Black Curve 2S2P1D 60/85 170°C
47
principle). As curvas foram ajustadas através do modelo reológico 2S2P1D e pelos
coeficientes C1 e C2 de WLF.
Em um contexto geral, é perceptível que a medida que aumenta a frequência,
aumenta o módulo dinâmico, pois em altas frequências tem-se um menor tempo de
carregamento, o que faz com que não ocorram deformações viscoelásticas, ocorrendo
apenas deformações elásticas. No entanto, em baixas frequências tem-se um tempo de
carregamento maior, o que contribui para deformações viscoelásticas. O comportamento
viscoelástico foi analisado nas temperaturas utilizadas no ensaio de módulo complexo,
isto é, de -10°C a 60°C.
Na análise, as altas frequências estão relacionadas com as baixas temperaturas do
ensaio e causam dano por trincamento térmico no revestimento asfáltico, o que não é
comum no país devido ao clima tropical. Já as temperaturas intermediárias são
relacionadas com o dano por fadiga e as baixas frequências, correspondentes às altas
temperaturas, estão relacionadas com a deformação permanente.
Pesquisadores têm utilizado curvas mestras para descrever e apresentar as
características viscoelásticas de ligantes e misturas asfálticas, pois as curvas mestras
permitem a análise de uma grande variação de frequências e temperaturas. De acordo com
Yusoff et al. (2011), as curvas mestras são construídas a partir da seleção de uma
temperatura de referência escolhida de forma arbitrária e aplicada para todos os dados
reológicos analisados. A temperatura de referência terá o valor igual a um, logo o log
[a(T)] terá valor igual a zero. Na presente pesquisa, a temperatura de referência utilizada
foi 20°C. Portanto, é notório que as curvas mestras apresentam vantagem, pois é possível
ter uma previsão de valor de uma determinada propriedade reológica devido à grande
amplitude de temperatura e frequência, quando comparada com as temperaturas e
frequências de ensaio.
A Figura 29 traz a comparação de todas as curvas mestras das misturas estudadas.
Ao observar o gráfico apresentado é possível perceber que o módulo dinâmico cresce em
função da frequência. Esse crescimento ocorre, pois quando a frequência aumenta, existe
uma menor exposição à carga, ou seja, não há tempo para que ocorram manifestações de
deformações viscoelásticas. Além disso, nas altas frequências, só ocorrem deformações
elásticas no material, o que faz com que os módulos atinjam seus maiores valores.
Conforme apresentado na Figura 29, em baixas frequências, tem-se altas
temperaturas e é perceptível que fresados com ligante 50/70 a 100 e 140°C apresentaram
48
uma maior rigidez, demonstrando mais uma vez que o material está muito envelhecido e
perdeu suas propriedades.
Em altas frequências, isto é, baixas temperaturas de ensaio, as misturas com
polímeros apresentam maior rigidez, quando comparadas às misturas convencionais,
exceto a mistura 50/70 140°C, que também apresentou uma elevada rigidez. Já a mistura
50/70 a 100°C foi a que apresentou menor rigidez comparada com todas as amostras,
demostrando uma precária distribuição dos esforços para as camadas do pavimento.
Além disso, foi possível analisar que os fresados 50/70 compactados a 100°C
apresentaram menor módulo dinâmico entre todas as misturas. Uma das possibilidades
de isso ter acontecido é porque esses corpos do prova apresentaram os maiores volumes
de vazios e as mais baixas rigidezes, comparando com todas misturas analisadas. A 140°C
a mistura convencional obteve um resultado satisfatório de módulo dinâmico semelhante
a misturas convencionais de CBUQ das autoras citas. Já na temperatura de compactação
de 170°C a mistura degradou, perdeu rigidez, ou seja, possivelmente perdeu capacidade
de transmitir esforços.
Analisando as temperaturas de compactação das misturas 60/85, ocorre a mesma
influência, porém com poucas variações. Conforme aumentou-se a temperatura de
compactação das misturas de 100°C para 140°C aumentou a rigidez da amostra,
demonstrando maior ativação do ligante, porém a 170°C a rigidez do material volta a
reduzir.
Figura 29 - Curvas mestras de Módulo Dinâmico para todas as misturas (@20°C).
49
Na Figura 30, foram plotadas as misturas da presente pesquisa juntamente com às
misturas de referências das autoras: Bruxel (2015), Centofante (2016) e Bohn (2017). O
que se pode concluir a partir deste gráfico é que os valores de módulos encontrados estão
coerentes com os valores das autoras, não havendo grandes distanciamentos. Isso mostra
que do ponto de vista de rigidez, os fresados, principalmente modificados por polímero,
apresentam uma boa rigidez do material comparado com uma mistura convencional de
CBUQ.
Como se pode observar, o fresado com ligante convencional compactado a 140°C
ganhou muita rigidez demonstrando que possivelmente o material está muito
envelhecido, porém tem-se a vantagem que esse material teve boa compactação. A 170°C
de compactação, o material fresado convencional, mostra uma menor rigidez comparado
com o fresado convencional 140°C, demonstrando que provavelmente esse material
perdeu capacidade de ligação. Portanto, é perceptível que do ponto de vista da rigidez é
possível recuperar o fresado.
Figura 30 - Comparativo das curvas mestras com Bruxel (2015), Centofante (2016) e Bohn
(2017) @20°C.
O efeito da modificação por polímero é frequentemente analisado através do
ângulo de fase, pois este se relaciona com as propriedades elásticas e viscosas dos
materiais asfálticos através da modelagem 2S2P1D. Com a Figura 31 é possível perceber
que as misturas 50/70 140°C e 50/70 170°C apresentam menor ângulo de fase durante
todo o espectro de frequência. O comportamento dessas duas misturas pode ter ocorrido
50
pelo envelhecimento do ligante convencional à temperaturas de compactação maiores de
140°C, como já mencionado, fazendo com que as misturas apresentem um
comportamento mais elástico, devido a seu envelhecimento.
Além disso, os fresados modificados por polímeros apresentam, principalmente
em baixas frequências, maior parcela viscosa, mostrando-se um material mais novo que
o fresado com ligante convencional. Fica evidente, também, que quanto maior a
temperatura de compactação menor o ângulo de fase, tanto para misturas convencionais
como para as modificadas por polímeros, demonstrando que o aumento da temperatura
de compactação contribui com o melhoramento elástico do material.
Figura 31 - Curvas mestras de Ângulo de Fase para todas as misturas (@20°C).
Na Figura 32, novamente foram plotadas as misturas desta pesquisa, junto com às
misturas de Bruxel (2015), Centofante (2016) e Bohn (2017). Em baixas frequências,
Bruxel (2015) apresenta o menor ângulo de fase, constituindo um material mais rígido e
elástico, porém a altas frequências apresenta baixa rigidez.
O que se pode inferir a partir do gráfico das curvas mestras de ângulo de fase é
que o material de Bruxel é o mais viscoso, pois é um material muito novo. Além disso,
os fresados com polímeros são os que tiveram resultados mais semelhantes com os das
autoras, demonstrando que a utilização desse polímero é eficiente para rejuvenescer a
amostra. Portanto, os valores encontrados na pesquisa contribuem para demonstrar a
qualidade dos ensaios e grandeza do modelo.
51
Figura 32 - Comparativo das curvas mestras de ângulo de fase com Bruxel (2015),
Centofante (2016), Bohn (2017) @20°C.
Foi realizada uma relação entre módulo complexo e volume de vazios, conforme mostra
a Figura 33.
Figura 33 – Volume de vazios reais em função do módulo complexo.
É notável com a Figura 33 que esse gráfico tem uma tendência linear. A medida
que se reduz o volume de vazios reais tem-se um aumento no módulo complexo. Isso
demostra que existe uma relação entre essas duas características das misturas estudadas.
y = -2199,5x + 29701
R² = 0,9997
y = -2574x + 41079
R² = 0,8668
0
5000
10000
15000
20000
25000
30000
0 3 6 9 12 15
E* (
MP
a)
Vv real(%)
60/85
50/70
Linear (60/85)
Linear (50/70)
52
4.3.4. Relação |E*|.sen φ e |E*|/sen φ
A partir dos dados do Módulo Complexo é possível fazer uma inferência de
resistência quanto a fadiga e deformação permanente das amostras, através das relações
E*.senφ e E*/senφ, respectivamente. Tenta-se com isso inferir sobre propriedades fora
do domínio viscoelástico linear, o que teoricamente não é possível, mas dado a relevância
prática das correlações, serão abordadas neste trabalho.
A Figura 34 mostra, para o caso crítico de temperatura mediana de 21°C a análise
de fadiga. Para essa verificação é utilizada as frequências mais altas, de 1 a 25 Hz. Quanto
menor o valor de |E*|.sen φ, melhor é o comportamento da mistura do ponto de vista da
fadiga. Como é possível perceber, as misturas com CAP 50/70 apresentaram os menores
valores de |E*|.sen φ, demonstrando melhor comportamento a fadiga, o que não era
esperado, pois a literatura indica que ligantes modificados por polímeros apresentam
melhor comportamento quanto a fadiga. Almeida Jr. (2016), já indicou que a inferência
de fadiga pelo método complexo não é adequada.
Portanto, esse gráfico demonstra que o dano por fadiga deve ser analisado com
estudos mais aprofundados, pois essa técnica é apenas uma inferência, não serve de
parâmetro. Essa inferência relaciona viscoelasticidade linear com dano, o que não é
comum na conceituação científica, logo ela pode ser realmente considerada coerente, ou
não, apenas com a realização de ensaios por fadiga.
53
Figura 34 - Inferência à fadiga à 21°C das misturas.
A inferência a deformação permanente não será apresentada visto que já foi
realizado o ensaio de Flow Number e constatado que todos os fresados da pesquisa
atendem bem a esse dano.
1
10
100
1000
10000
0,01 0,1 1 10
|E*|.se
m ϕ
Frequência (Hz)
60/85 100°C 60/85 140°C 60/85 170°C
50/70 100°C 50/70 140°C 50/70 170°C
54
5 CONSIDERAÇÕES FINAIS
Nesta parte final será apresentada as conclusões observadas para essa pesquisa,
através dos dados obtidos em laboratório. Além disso, serão levantadas sugestões
relevantes para futuras pesquisas.
5.1. CONCLUSÃO
Sobre o volume de vazios é notório que este influencia no módulo complexo das
misturas. Pois, quanto maior o módulo complexo, menor o volume de vazios da mistura.
Para os resultados do módulo complexo, através da análise do plano Cole-Cole,
concluiu-se que os fresados que continham ligante 50/70 apresentaram diferentes
comportamentos para suas diferentes temperaturas de compactação. A 100°C o fresado,
possivelmente, não conseguiu reativar as suas propriedades, pois mostrou uma mistura
com a menor rigidez em relação a todas as misturas estudadas.
O fresado 50/70 a 140°C mostrou que, possivelmente, seu ligante reativou, uma
vez que apresentou resultados de módulo complexo, semelhantes a corpos de prova
convencionais. Já a 170°C, o material apresentou, novamente, uma redução no módulo
dinâmico, demonstrando que esse material possivelmente foi oxidado, pois
provavelmente o tempo de compactação nessa temperatura contribuiu para esse resultado.
Pelo diagrama de Black, os fresados, tanto convencionais como modificados por
polímeros, com compactação a 170°C apresentaram um comportamento elástico, sem
capacidade viscosa. Nessa temperatura, provavelmente o ligante deixou de atuar,
comprometendo a estrutura do pavimento. Já nas outras temperaturas, 100 e 140°C o
comportamento da mistura passa a ser viscosa, mostrando uma melhora nas propriedades
do ligante.
Através dos resultados das curvas mestras de módulo dinâmico, foi possível
verificar que o fresado com CAP 50/70 a 100°C não obteve uma boa compactação, logo
seu módulo dinâmico ficou muito abaixo do esperado para a mistura. Esse fato pode ter
acontecido porque a 100°C o ligante convencional não conseguiu reativar suas
propriedades. Já a 140 e 170°C o fresado convencional demonstrou melhor resultado. Isso
provavelmente ocorre devido a oxidação do ligante convencional a 170°C. Além disso,
os resultados dos fresados com polímeros seguiram a mesma sequência, porém em geral
55
com módulos dinâmicos maiores, demonstrando a boa influência que o polímero causa
no ligante asfáltico.
De modo geral, pode-se concluir que essas pesquisas devem ser extrapoladas para
o campo e levar em conta as temperaturas de compactação analisadas na presente
pesquisa. Pois, foi perceptivo que cada material fresado teve suas melhores caraterísticas
em temperaturas distintas.
Outra conclusão é que a existência de polímero nessas misturas 100% fresada é
uma das características que contribui para uma rigidez satisfatória do pavimento. Pois,
em baixas temperaturas, como a 100°C de compactação já é possível uma maior rigidez
para as misturas com polímeros em relação as convencionais. Contudo, deve-se levar em
conta que o agregado não foi analisado nessa pesquisa.
Quanto à propriedade de resistência, pode-se concluir que as misturas com 100%
fresado apresentam valores máximos no ensaio FN. Esse fato, demonstra que o material
RAP é o principal influenciador dos resultados, pois independente do ligante,
convencional ou modificado por polímero, todos tiveram um desempenho máximo frente
a deformação permanente, conforme a norma.
Portanto, esse trabalho contribuiu para melhorar a compreensão dos fatores de
rigidez e resistência a deformação permanente de misturas 100% RAP, compostas de
CAP 50/70 e AMP 60/85, passante na peneira #3/8. Desse modo, a reciclagem de
pavimento, merece especial atenção nas pesquisas futuras pois, vem mostrando resultados
satisfatórios e atendendo as premissas da economia e sustentabilidade. Assim, pode-se
trazer novas tecnologias para a pavimentação asfáltica sem comprometer o meio
ambiente.
5.2. SUGESTÕES PARA FUTUROS ESTUDOS
Em função das análises realizadas no decorrer da pesquisa, sugere-se:
Realizar ensaio de fadiga para avaliar a resistência e a influência de 100% de RAP
na vida útil das misturas asfálticas;
Avaliar a resistência à tração das misturas 100% RAP, e comparar o seu
comportamento com a rigidez dos materiais;
Estimular o mercado industrial a construir usinas que atendam a execução de
massas asfálticas 100% RAP para aplicação em campo.
56
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