Eng.º Wander OmenaCoordenador do Comitê Técnico de Pavimentação

11º Congresso Brasileiro de Rodovias e Concessões | BrasviasBrasília, 11 de setembro de 2019.

Evolução das especificações dos ligantes asfálticos: Da penetração à reologia

1. A ABEDA

2. Considerações gerais

3. Reologia dos materiais

4. Ensaios e paramentos reológicos de desempenho em ligantes asfálticos

5. Últimos avanços – MSCR, LAS

6. Especificações Brasileiras Atuais

7. Conclusões

A ABEDA

Fundada em 1966, a ABEDA – Associação Brasileira das Empresas Distribuidoras deAsfaltos, entidade sem fins lucrativos, se constitui como um dos marcos pioneiros naorganização do mercado de pavimentação do Brasil.

MissãoRepresentar suas Associadas de forma ética, promovendo a excelência tecnológicamediante o desenvolvimento de políticas voltadas para o aprimoramento de toda acadeia produtiva do asfalto

A ABEDA representa as principais empresas distribuidoras de

asfaltos e fabricantes de emulsões asfálticas, asfaltos especiais

e a indústria de impermeabilização do país.

Empresas Associadas

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▪ Especificações brasileiras de ligantes asfálticos:

EMPÍRICAS

▪ O Método de Dimensionamento de Pavimentos atual EMPÍRICO

▪ EMPÍRICO???

O que é EMPÍRICO?

Empírico é aquilo que tem que ser medido diretamente através de um experimento, não podendo ser deduzido matematicamente.

Semi-empírico é o resultado que surge através da confirmação por experimentos de leis previstas matematicamente.

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Um exemplo de EMPIRISMO é a Recuperação Elástica

NBR 15086

Evolução das especificações dos ligantes asfálticos da penetração à reologia – Considerações Gerais

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Evolução das especificações dos ligantes asfálticos da penetração à reologia – Considerações Gerais

Evolução das especificações dos ligantes asfálticos da penetração à reologia – Considerações Gerais

Qual é a Recuperação Elástica (NBR 15086) ideal?

Recuperação elástica de 75%, 85%, 90% ou 100%

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Qual é a Deformação imposta a um filme de ligante presente em um revestimento asfáltico?

Ao se deformar uma camada de revestimento em 1mm, a fibra inferior se deforma 0,333 mm.

Considerando que a espessura desse filme é da ordem 5 mm, a deformação é da ordem de (0,333/5)x100 = 6,67%.

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Se a Deformação do revestimento impõe a filme deformação é da ordem de (0,333/5)x100 = 6,67%, qual o custo do empirismo?

Tendo em vista que a especificação do AMP sob a ótica da RE é da ordem de 75% pelo menos.

O Empirismo está levando a super dimensionamento de certos parâmetros que impacta na especificação brasileira.

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O que são os Ligantes Asfálticos?

São materiais viscoelásticos, ou seja, esse tipo de material sofre grande influência da temperatura, carregamento e tempo de carga.

Classificados por penetração, viscosidade, recuperação elástica, ponto de amolecimento dentre outros ensaios empíricos.

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Reologia

É ramo da mecânica que estuda as deformações e o fluxo da matéria,especificamente o comportamento dos materiais ante seus limites de resistência àdeformação (fonte: Google)

É o ramo da mecânica que estuda o comportamento dos materiais sob condiçõesespecificas com enfoque no tempo, temperatura e carregamento; buscando definir oslimites de resistência a deformação essa característica é de suma importância para aengenharia.

Evolução das especificações dos ligantes asfálticos da penetração à reologia – Reologia dos Materiais

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Para a “medição” é usado um reômetro de cisalhamento dinâmico (DSR) que mede o móduloe o ângulo de fase de ligantes de asfálticos a temperaturas que variam de cerca de 5 ° C a 70 °C e superiores.

O DSR determina o módulo cisalhando uma amostra de asfalto entre duas placas circulares emede o torque e a deflexão, que são usados para calcular a tensão e a tensão decisalhamento.

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Evolução das especificações dos ligantes asfálticos da penetração à reologia – Reologia dos Materiais

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tmax =2T/pr3gmax =qr/honde:

tmax= Tensão máxima aplicadagmax= deformação máxima resultanteT = torque máximo aplicado

r = raio do espécime (ou 4 ou 12.5 mm)

θ= ângulo de deflexão (em radianos)

h = altura do espécime (1 ou 2 mm)δ= diferença de tempo entre a ocorrência de tmax e

gmax dividida pelo período da onda

Então, o módulo complexo (G*) e o ângulo de fase (d) são

determinados por:

G* =tmax/gmax

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De onde veio essa teorização do comportamento dos ligantes asfálticos e onde ela vem sendo aplicada?

Vem dos EUA e pertence ao programa SUPERPAVE.

Lógica do uso do DSRG*e δ – usados para prever deformação permanente

Prevenção de Deformação PermanenteLigante, no início da sua vida útil deve ser “duro”(não deve deformar facilmente) e também elástico (deve ser capaz de retornar à sua forma original após a deformação sofrida sob ação da carga) . A porção elástica do Módulo Complexo, G*/senδ, deve ser a maior possível.

Evolução das especificações dos ligantes asfálticos da penetração à reologia – Ensaios e parâmetros reológicos de desempenho em ligantes asfálticos

Como as cargas no pavimento são cíclicas, a cada ciclo o pavimento se deforma. Parte dessa deformação é recuperada, e parte é dissipada. O trabalho dissipado é dado pela equação:

Para minimizar o trabalho dissipado, o valor de G*/senδ deve ser o maior possível. Valores mínimos de

G*/senδ obtidos no DSR são especificados para o asfalto virgem e envelhecido no forno RTFOT.Onde:Wc = Trabalho dissipado por ciclo de carga σ0 = Tensão aplicada durante o ciclo de carga G* = Módulo Complexo δ = Ângulo de fase

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MULTIPLE STRESS CREEP AND RECOVERY-MSCR

Usa o DSR ensaiando amostra envelhecida no forno RTFOT

Ciclo de cisalhamento de 1 segundo, seguido por relaxamento de 9 segundos.

Aplica- se 10 ciclos com tensão de 0,1 kPa e 10 ciclos com tensão de 3,2kPa.

Mede-se a deformação não recuperada para cada tensão aplicada.

Permite mensurar o melhor desempenho de ligantes modificados.

Evolução das especificações dos ligantes asfálticos da penetração à reologia – Ensaios e parâmetros reológicos de desempenho em ligantes asfálticos - Últimos avanços – MSCR

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LINEAR AMPLITUDE SWEEP - LAS

Amostra envelhecida no RTFO ou PAV

Ensaio rápido permite classificar ligantes quanto à fadiga através do dano (3100 ciclos–10Hz–310segundos);

Reômetro mede tensão, deformação, torque, G*, d, e se calcula a evolução do dano pela área não trincada;

Determina o comprimento da trinca na falha;

Determina os parâmetros da equação de fadiga.

Ensaios e parâmetros reológicos de desempenho em ligantes asfálticos - Últimos avanços – LAS

Ensaios e parâmetros reológicos de desempenho em ligantes asfálticos - Últimos avanços – LAS

Evolução das especificações dos ligantes asfálticos da penetração à reologia – Especificações Brasileiras Atuais

Evolução das especificações dos ligantes asfálticos da penetração à reologia – Especificações Brasileiras Atuais

Especificações Brasileiras Atuais

Uma especificação baseada em parâmetros empíricos apresenta pouca ou nenhuma relação com desempenho do produto que ela define.

Serve apenas para especificar o material.

A escolha do melhor material deve ser realizada através avaliações semi-empíricas.

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Evolução das especificações dos ligantes asfálticos da penetração à reologia – Considerações

As condições do ensaio de penetração, ponto de amolecimento e recuperação elástica são abordagem simplistas não se relacionam com as

tensões reais ou tensões encontradas em serviço, nem capturam quaisquer propriedades fundamentais da engenharia de materiais.

Esta abordagem simplista funcionou muito bem para o ligante asfáltico convencional; no entanto, o crescimento no uso de ligantes modificados

com polímero, borracha associada a alterações dos tipos de carregamentos impostos aos pavimentos exigiu e exige uma evolução e revisão como se

comportam os ligantes asfálticos.

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É importante entender a reologia dos ligantes asfálticos por quatro razões:

1. Permite diferenciar ligantes asfálticos obtidos de diferentes petróleos e por diferentes

processos de refino;

2. Orienta a seleção das temperaturas para as operações de usinagem e construção das

camadas asfálticas; e

3. Permite determinar como as propriedades reológicas se relacionam com os defeitos do

pavimento (MACIEL, 2010);

4. Escolha do melhor ligante ante ao tipo de solicitação a que o pavimento estará sujeito.

Evolução das especificações dos ligantes asfálticos da penetração à reologia – Considerações

A maior temperatura de ensaio onde se obtém valores de G*/sen(δ) maiores

que os valores estipulados é o valor da temperatura máxima adotado para

classificação do grau de desempenho (performance grade – PG), ou seja, é o

valor de temperatura máxima onde não há comprometimento do ligante

quanto à deformação permanente (CAVALCANTI, 2010).

Evolução das especificações dos ligantes asfálticos da penetração à reologia – Considerações

Leite e Tonial (1994) Cunha, Zegarra e Leomar (2007)

Evolução das especificações dos ligantes asfálticos da penetração à reologia – Considerações

As propriedades procuradas para um ligante asfáltico dependem da camada na qual ele seráinserido, sempre lembrando que as características viscoelásticas do ligante são transferidasem parte para a mistura asfáltica.

Assim, para as camadas de base, cujo papel é distribuir as cargas na camada de suporte semdeformação excessiva, a mistura deve ser bastante rígida, resistente à fadiga, resistente àdeformação permanente e relativamente compacta. Para uma camada de desgaste,diretamente em contato com o tráfego e as agressões climáticas, busca-se a durabilidade

com uma boa resistência à ação da água, resistência às deformações permanentes.

Evolução das especificações dos ligantes asfálticos da penetração à reologia – Considerações

Ressalta-se que a escolha do melhor ligante ante ao tipo carregamento, temperatura e camada onde se pretende aplicar a mistura asfáltica é apenas uma das etapas de um projeto para se obter um pavimento de excelência.

Tão importante quanto o ligante, os materiais pétreos que serão empregados também tem seu papel no desempenho da mistura asfáltica; cabendo a eles o papel crucial nesse desempenho e não apenas um papel de coadjuvante.

Os materiais pétreos também são os responsáveis pelas características da superfície como: rugosidade, ruído emitido durante o tráfego dentre outras características.

Evolução das especificações dos ligantes asfálticos da penetração à reologia – Considerações

OBRIGADO !www.abeda.org.br