Materiais de Pavimentação: especificações por desempenho

Leni Leite Petrobras/CENPES

CAUSAS

Problemas na pavimentação

Materiais e projetos inadequados;Falta de fiscalização e de treinamento; Falta de investimento no setor rodoviário;Ausência de especificações de produtos ligados ao desempenho

Ligantes, agregados e misturas betuminosas

• Necessidade de atualizar especificações, tornando-as ligadas ao desempenho

+ =

Importância da PavimentaçãoImportância da Pavimentação

1,97

1,551,78

1,61 1,69

1,16

1,41 1,44

1,851,7

2,17 2,21

2,54

0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010

Vendas de asfalto no Brasil Fonte e Projeções (2009-2010): Petrobras. Em milhões de ton.

Importância da PavimentaçãoRodovias federais/estaduaisRodovias federais/estaduais

ConcessõesConcessõesConcessões

A Pesquisa Rodoviária CNT avaliou 100% da

malha rodoviária federal pavimentada e também os principais

trechos sob gestão estadual e sob

concessão.

A Pesquisa Rodoviária CNT avaliou 100% da

malha rodoviária federal pavimentada e também os principais

trechos sob gestão estadual e sob

concessão.

Cargas

• Pneu single• Controle de carga - balança e tolerancias• Tráfego

Diretrizes para seleção de ligantes

Tráfego (N) Velocidade Normal(V>70km/h)

Velocidade Lenta(20km/h<V<70km/h)

Médio a Pesado(1,0 a 3,0 x 107)

PGmin 64 + Tfadiga < 28°C PGmin 70 + Tfadiga < 28°CPouco modificado - CAP duro

Muito Pesado(>108)

PGmin 70 + Tfadiga < 25°CPouco modificado

PGmin 76 + Tfadiga < 25°Cmuito modificado

Critério simplificado para a seleção de asfaltos por desempenho no Brasil :

Clima fornece a temperatura máxima de pavimento PGTrafego e carregamento

Mercado mundial de asfalto modificado% modificação Europa, Japão e Australia

0

10

20

30

40

50

60

70

1998 2000 2002 2004 2006 2008

anos

% m

odifi

caçã

o

austriabelgicatchecolosvaquiaalemanhaespanhahungriairlandaitaliaholandaluxembugopoloniaportugaleslovaquiaesloveniasuiçaUKaustraliajapão

% modificação mercado americano

0

1

2

3

4

5

6

7

8

2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008

anos

% c

onsu

mo

de a

sfal

to m

odifi

cado

Brasil < 5%

Fonte: Asphalt Institute

Fonte: EAPA

Fonte:AI

Especificação PG

PG XX - YY

“Perfomance grade ”Grau de Desempenho

Para temperatura alta.Média de 7 dias de temperatura

máxima do pavimento (oC)

Para temperatura baixa.Temperatura de superficie

mínima (oC)

Equipamentos no Brasil

Além do CENPES:Conjunto completo de equipamentos SUPERPAVE• UFC e USP São CarlosDSR existentes atualmente• UFRGS, UFSCar, UFS, UFRJ, UFPAA serem comprados com recurso da rede temática • UFMG, UnB, UFAM, UFCG,

Porque modificar especificação americana

Reômetro de Cisalhamento Dinâmico(DSR)

• Beneficios: Bem estabelecido, repetitivo, relativamente fácil de usar. Trabalha bem em ligantes asfálticos vírgens.

…O trabalho não está completo:

• Não se leva em conta muitos aspectos de asfaltos modificados.

• O parâmetro de fadiga necessita melhoria.

Asfaltos com mesmos agregados –

G*/sind não diferencia adequadamente os materiais

0

0.02

0.04

0.06

0.08

0 5,000 10,000 15,000 20,000 25,000

Número de ciclos

A mesma misturaDiferentes asfaltos

G*/sinδ = 13.2 Kpa

G*/sinδ = 15.8 Kpa

ProfundidadeTrilha de rodamm/mm

2a Geração SUPERPAVE “PG plus”

Exemplo:Especificação de Louisiana DOT

Terceira Geracão

Medida da resistência aos danos

RupturaTérmica

Ruptura de Fadiga

DeformaçãoPermanente

(mistura & compactação

Temperatura do Pavimento, C- 20 20 60 135

RTFOPAV

2. FadigaVarredura de tempo

1.Resistência à deformaçãopermanente usandocreep repetido

Recuperação de fluência por tensão múltipla- ensaioMSCR

• Utiliza o reômetro de cisalhamento dinâmico (DSR)• Ensaio em material envelhecido na estufa (RTFO)• 10 ciclos por nivel de tensão

– 1-segundo tensão de cisalhamento:– 9-segundos de repouso– 100 Pa– 3200 Pa

• Calcula recuperação por cada ciclo de tensão– Diferença entre deformação no fim do período de recuperação e

deformação máxima após tensão de cisalhamento

Cisalhamento repetido

0

2

4

6

8

10

12

14

0 2 4 6 8 10

Tempo, segundos

Def

. cis

alh.

per

man

ente

, %

Deformaçãode

cisalhamentoinstantanea

Deformaçãopermanente

Deformação de cisalhamentorecuperável

Recuperação da DeformaçãoAsfalto Modificado con Polímero Elástico

100 Pa Tensão de cisalhamento

0

10

20

30

40

50

60

70

80

0 5 10 15 20 25 30 35 40Tempo, segundos

Def

orm

ação

, %

Recuperação indica uncomponente elástico

0

5

10

15

20

25

30

0 20 40 60 80 100

Time s

Nor

mal

ized

Stra

in %

Jnr = γu / τ

τ = tensão aplicada

Definicão de Jnr- “Creep Compliance” na Recuperação

γu = Média da deformaçãorecuperada

7 asfaltos modificados

AZCRM----70-22

1

PG70-22Control

2

AirBlown

3

SBS

4

TXTBCR

5

TP

6

PG70-22

+Fibers

7

PG70-22

8

SBS64-40

9

AirBlown

10

SBS

11

TP

12

Estudo FHWA – John D’Angelo, Raj Dongré, HussainBahia

Resultados de MSCR

MSCR a temperatura de PG

-505

10152025303540455055

60 65 70 75 80 85 90

Ângulo de fase, graus

Rec

uper

ação

, %

100 Pa3200 Pa

PG 64

AR-8000

PG 70

PG 76

Critérios Propostos para Temperatura Alta

Antes : Temperatura selecionada era a temperatura máxima do pavimento levando em conta tráfego e velocidade

– Aumento da temperatura dependente do tráfego e velocidade

Futuro : Critérios variam con nivel de tráfego mas mantemtemperatura do pavimento relativa apenas ao clima(regular, pesado, muito pesado)

– PG 64S-XX Jnr ≤ 4– PG 64H-XX Jnr ≤ 2– PG 64V-XX Jnr ≤ 1

Jnr = γu / τ

0.0E+00

2.0E+06

4.0E+06

6.0E+06

8.0E+06

1.0E+07

1.2E+07

1.4E+07

1.6E+07

100 1000 10000 100000 1000000

Cycles

G* (

Pa)

Asfaltos variam seu comportamento diferentemente em relação a fadiga

G*, Pa

Número de ciclos en DSR

20000

400000Dano por fadiga se produzquando o módulo alcança50% do valor

Queda inicial no módulo

Com a diminuição no módulo, a amostra é cada vez mais dentro das placas

Correlação entre a vida de fadiga das misturas e dos asfaltos

Mistura = 0.198 asfalto +C

R2 = 0.8412

-50000

0

50000

100000

150000

200000

250000

300000

350000

0 10000 20000 30000 40000 50000 60000 70000 80000 90000

No. of Ciclos a 50% G* (Mistura) Média

Seleção de agregados

Além dos ensaios convencionais:Abrasão Los Angeles;Sanidade;Equivalente de areia;Índices físicos;

ConsiderarAngularidade;Lameralidade;Critério de Bailey;Densidade efetiva de agregados miudos e graudosr;Densidade Rice ou GmmLimite mínimo de CDI

(tese Luis Nascimento – COPPE/UFRJ)

DENSIDADE efetiva dos agregados graudos e miudos

DENSIDADE MÁXIMA TEÓRICA Gmm

EM MISTURAS NÃO COMPACTADAS• Definido como a razão entre o peso de agregados e peso de ligante

pelo volume de agregados, volume dos poros impermeáveis, volume dos poros permeáveis não recheados de ligante e volume de ligante

• Essencial para cálculo de ligante absorvido e do teor de vazios em misturas compactadas.

Outros requisitos nos agregados

Além da Europa e EUA, Argentina e Chile jáestão utilizando

grau de polimento da superficie dos agregados -PSI

Método de Bailey

Comportamento da mistura: controlado pelos agregadosgraúdos ou pelos miúdos?

Ag. graúdos soltos Ag. graúdos compactados

Ag. miúdos compactados

Método de Bailey

→ Ferramenta para análise de curvas granulométricas.

- Agregado graúdo x agregado miúdo:

- Considera o intertravamento dos agregados através do volume das frações;

Parâmetros da metodologia Bailey

Granulometrias

- Faixas classificadas por TMN;- Limites determinados pelos pontos de controle e zona restrita;- Linha de densidade máxima – potência 0,45.

Curva Granulométrica

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0.00 1.00 2.00 3.00 4.00 5.00

Abertura das peneiras na potência 0,45, mm

% P

assa

nte

Faixa C DNIT

Superpave12,5mm

Dosagem e compactação relacionadas ao tráfego e cargasatuais

Anos 40 Anos 40

Análise da estrutura interna de misturas asfálticas;

•Analisar a situação mais próxima da pista.

Medida de ângulos entre agregados por imagem e Tomografia computadorizada

Dosagem Superpave – Parâmetro CDI

Vazios x Teor de Ligante

0.01.02.03.04.05.06.07.08.09.0

4.3 4.4 4.5 4.6 4.7 4.8 4.9 5.0 5.1 5.2 5.3 5.4 5.5 5.6 5.7

Teor de ligante, %

Vazi

os ,

%

%Gmm x N

75.0

80.0

85.0

90.0

95.0

100.0

0 20 40 60 80 100N

%G

mm

CDIN=8

92% Gmm

Compactação: CPs de 150mm de diâmetro; Parâmetros de compactação;Relação com trabalhabilidade e com desempenho a deformação permanente: seleção racional dos agregados.

Construction densification index - CDI

CDI e o desempenho

Comparação do CDI com resultados de ensaios de deformação permanente no simulador francês a 60°C:

CDI x Deformação Permamente

0.00

5.00

10.00

15.00

20.00

25.00

30.00

0 20 40 60 80 100

CDI

DP,

%

CDI

Variação do índice com o teor de ligante e a granulometria:

% de Ligante x CDI

0

100

200

300

400

500

600

4 4.5 5 5.5 6% de Ligante

CD

I

Bailey x CDICDI x % ligante

0

40

80

120

160

200

4.0 4.2 4.4 4.6 4.8 5.0 5.2 5.4% ligante

CD

I

Mistura com comportamento miúdo, a qual não atendeuos parâmetros de Bailey + Areia de rio = Afundamentosexcessivos.

“Graúda”“Miúda” semareia

Sensibilidade a umidade induzida

descolamento

Compactadores giratórios no Brasil

• CENPES _ 2• UFRJ• UFC• USP• USP – SC

• Futuro próximoUFAM, UFS, UFSC, UFRGS, UFJF

SPT – NCHRP Mn Road, Westrack, FHWA ALF

Testes de desempenho simples:

• Lottman• IDT creep – em andamento• Flow number – def. Perm.• Módulo dinâmico *• Fadiga - em andamento

* entrada de dados para MEPDGMétodo mecanistico empírico de dimensionamento de

pavimentos

Europa – Especificações de Misturas EN 13108

Especificação EN 13108 Ensaios EN 12697

MCDC

Metodo combinado de diseno e comportamiento

BITUMIX PROBISAInnova Chile CORFOVialidad & Instituto Chileno de asfalto

Ensaios de desempenho em Misturas

• Limites para Flow number – deformação permanente• Limites para módulo dinâmico a 25C– curva mestra

(tese Luis Nascimento – COPPE/UFRJ)

Ensaios Mecânicos de desepenho

Ensaios mecânicos na MTS:

• Módulo dinâmico: em váriasfrequências e temperaturas de –20 a +40 °C: curvas mestre;

• Creep uniaxial;

(tese L. Nascimento)

Muito ObrigadaMuito Obrigada