60 / 70 AMP Tipo

60 / 60 AMP PG 76 -22 ABNT ASTM Penetração (100 g, 5s, 25ºC) 0,1mm 60 49 56 NBR 6576 D 5 Ponto de amolecimento ºC 51 66 68 NBR 6560 D 36 Viscosidade Brookfield a 135ºC, spindle 21, 20rpm, mín cP 455 1383 1089 NBR 15184 D 4402 a 155ºC, spindle 21, 20rpm, mín cP 178 485 581 NBR 15184 D 4402 a 175ºC, spindle 21, 20rpm, mín cP 81 222 278 NBR 15184 D 4402 Índice de susceptibilidade térmica -0,5 2,1 2,8

Ponto de fulgor ºC 235 > 240 > 240 NBR 11341 D 92 Retorno Elástico % -.- 86 93 NBR-15086 D 6084 Estabilidade a Estocagem ºC -.- 0 0 NBR 15166

Efeito do calor e do ar (RTFOT) a 163 ºC, 85 min Variação em massa % massa -0,518 -0,312 -0,304 NBR-15235 D 2872 Viscosidade Brookfield a 135ºC, SP 21, 20rpm, mín cP 949 2535 1943 NBR 15184 D 4402 a 155ºC, SP 21, 20rpm, mín cP 319 774 898 NBR 15184 D 4402 a 175ºC, SP 21, 20rpm, mín cP 134 312 342 NBR 15184 D 4402 Relação de viscosidade, max % 2,0 1,7 1,6

Ponto de amolecimento ºC 61 72 73 NBR 6560 D 36 Aumento/Diminuição do P. A. ºC +10 +6 +5

Penetração 0,1mm 28 34 36 NBR 6576 D 5 Índice de susceptibilidade térmica -0,1 2,2 2,5

Penetração retida % 47 69 64

Retorno Elástico % -.- 82 89 NBR-15086 D 6084 Retorno Elástico retido % -.- 95 96

Caracterização do ligante asfáltico pelo método Superpave

Os ensaios adicionais realizados para caracterizar os ligantes asfálticos pela especificação Superpave foram:

• cisalhamento dinâmico - G*/sen ≥ 1 KPa, (°C) – DSR, (AASHTO T 315-02 ).

Após envelhecimento no RTFOT

• perda em massa % - RTFOT (ASTM D 2872);

• cisalhamento dinâmico - G*/sen ≥ 2,2 KPa, (°C) - DSR (AASHTO T 315-02).

Após envelhecimento no RTFOT/PAV (ASTM D 454, ABNT NBR 15235)

• cisalhamento dinâmico - G* sen ≤ 5000 KPa, (°C) - DSR (AASHTO T 315-02);

• rigidez a fluência BBR - S ≤ 300 MPa e m ≥0,3, (°C) - BBR (ASTM D 6648-01).

As propriedades físicas dos asfáltos são medidas, utilizando quatro aparelhos de ensaios:

• viscosímetro rotacional (Rotational Viscometer - RV);

• reômetro de cisalhamento dinâmico (Dynamic Shear Rheometer - DSR);

• reômetro de fluência em viga (Bending Beam Rheometer - BBR);

• prensa de tração direta (Direct tensión tester - DTT).

Viscosímetro Rotacional Brookfield (Rotational Viscometer - RV)

O Viscosímetro Rotacional (ASTM D 4402) é utilizado para caracterizar a rigidez do asfalto acima de 100°C (135, 155 e 175°C), na qual age quase que inteiramente como um fluido viscoso. É um viscosímetro rotacional de cilindros coaxiais, que mede a viscosidade através do torque necessário para rodar um spindle (ponta de prova) imerso na amostra de asfalto quente, à velocidade constante de 20 rpm. A especificação de ligante requer que este tenha

uma viscosidade inferior a 3 Pa.s (3000 cP) a 135°C, para assegurar que o ligante pode ser bombeado e facilmente usinado (MOTTA et al., 1996).

O Viscosímetro Rotacional (RV) é recomendado para ensaiar ligantes asfálticos modificados (ligantes com polímeros ou borracha), pois os viscosímetros capilares podem apresentar ineficiência nos ensaios desses ligantes, devido ao fato de que pode ocorrer o entupimento do aparelho utilizado e inibição do fluxo do ligante. Na Figura 4.15 é apresentado o viscosímetro rotacional RV II na qual foram feitos os ensaios de viscosidade Brookfield.

Figura 4.15 - Viscosimetro Brookfield.

Reômetro de Cisalhamento Dinâmico (Dynamic Shear Rheometer - DSR)

O DSR (AASHTO T 315-02), que é usado para caracterizar as propriedades viscoelásticas do ligante, mede o módulo viscoelástico do asfalto em um modo de carga senosoidal (oscilatório). As medidas podem ser obtidas a diferentes temperaturas, para diferentes valores de tensão-deformação e variadas freqüências.

O DSR é usado nas especificações Superpave para medir o módulo complexo de cisalhamento (G*) e o ângulo de fase ( ) dos ligantes asfálticos em altas e médias temperaturas de serviço, a

uma freqüência de 10 rad/s, onde o módulo complexo é de aproximadamente 10 MPa ou mais (intervalo típico de medição varia entre 1 Pa e 100 MPa).

As Figuras 4.16 e 4.17 mostram um esquema de reômetro que consta das especificações do SHRP. Apresentam, de forma esquemática, os valores de G* e medidos pelo DSR, como resposta a uma deformação cisalhante em torque constante de uma amostra. Na ilustração, a resposta à deformação cisalhante de uma amostra de ligante está “defasada” em relação à tensão aplicada por certo intervalo de tempo ∆t.

Figura 4.16 - Reômetro de Cisalhamento Dinâmico. Fonte: Motta et al. (1996)

Figura 4.17 - Cálculo do módulo complexo G* e do ângulo de fase medidos no DSR. Fonte: Motta et al. (1996)

Esse intervalo de tempo representa o atraso na deformação obtida. A fase em atraso é expressa em medida angular como o tempo de atraso (∆t) multiplicado pela freqüência angular (ω) para atingir o ângulo de fase ( ). Para materiais completamente elásticos, não existe atraso entre a tensão cisalhante aplicada e a deformação cisalhante obtida, sendo igual a 0°. Para materiais totalmente viscosos, a deformação obtida está completamente defasada e vale 90°. Materiais viscoelásticos, tais como ligantes asfálticos, possuem ângulo de fase variando entre 0° e 90°, dependendo da temperatura.

Em altas temperaturas, tende a 90° e a baixas temperaturas tende a 0°. A especificação de ligante usa o parâmetro G*/sen (= 1/J’’) para temperaturas altas (> 46°C) e G* sen (= G") para temperaturas intermediárias (entre 7°C e 34°C), como forma de controlar a rigidez do asfalto. A Figura 4.18 apresenta o procedimento do ensaio de cisalhamento dinâmico no DSR.

Figura 4.18 - Ensaio de módulo complexo de cisalhamento – DSR.

Estufa de Filme Fino Rotativo (Rolling Thin Film Oven Test - RTFOT)

O RTFOT (ASTM D 2872) é utilizado para simular o envelhecimento por oxidação e evaporação durante a produção e execução da mistura asfáltica. O ensaio é feito colocando-se

uma quantidade especificada de cimento asfáltico (35g) numa jarra, que gira dentro de uma estufa a 163ºC. Por intermédio de um orifício aberto na jarra, uma corrente de ar atinge a mistura a cada rotação da placa rotativa com as jarras. O ensaio dura aproximadamente 85 minutos. A Figura 4.19 apresenta o RTFOT em que foram feitos os ensaios de envelhecimento em curto prazo.

Figura 4.19 - Estufa de Filme Fino Rotativo – RTFOT.

Vaso de Envelhecimento Sob Pressão (Pressure Aging Vessel - PAV)

O PAV (ASTM D 454) é utilizado para simular as modificações nas propriedades físicas e químicas dos ligantes asfálticos que ocorrem por oxidação em longo prazo, durante a vida em serviço. O ensaio consiste em colocar uma amostra de ligante dentro de um recipiente a uma elevada temperatura, pressurizado a 2,10 + 0,10 MPa. durante 20 h. A temperatura de ensaio é variável, dependendo da temperatura do local onde vai ser utilizado o asfalto, e varia desde 90ºC para climas frios até 110ºC para climas quentes.

Os equipamentos utilizados (Figura 4.20) são: uma estufa, que mantém a temperatura constante durante o ensaio; um sistema controlador da temperatura; um recipiente para

pressurização; uma fonte de ar limpa e seca sob pressão; um jogo de bandejas normalizadas, cada uma com capacidade para 50 g de ligante, que controla a espessura das amostras (3,18 mm).

Figura 4.20 - Vaso de Envelhecimento Sob Pressão – PAV.

Reômetro de Viga em Flexão (Bending Beam Rheometer - BBR)

O BBR (ASTM D 6648) é utilizado para medir o comportamento à flexão, sob baixas temperaturas, dos ligantes asfálticos. Mede o módulo de rigidez estática (S) e o logaritmo do módulo de relaxação (m) Essas propriedades são determinadas a partir da resposta ao carregamento estático (“creep”) sobre uma vigota de ligante asfáltico a baixas temperaturas.

O BBR trabalha aplicando uma carga constante no centro de uma viga prismática bi-apoiada. É especialmente útil para medir módulos entre 30 MPa e 3 GPa, os quais são típicos em ligantes asfálticos a temperaturas que vão de –40 até 25ºC, respectivamente. Conhecendo-se a carga aplicada sobre a vigota e medindo-se a deflexão ao longo do teste, a rigidez estática pode ser determinada, usando-se os fundamentos da mecânica. A especificação de ligante estabelece limites para “S” e “m” em função do clima onde o ligante será usado. Ligantes que possuam baixa rigidez estática não trincarão em clima frio. Da mesma forma, ligantes que

possuam altos valores de “m” são mais eficientes na dissipação das tensões formadas durante a contração do ligante, quando a temperatura do pavimento cai abruptamente, minimizando a formação de trincas e fissuras térmicas.

Alguns ligantes, particularmente alguns modificados com polímero, podem exibir uma rigidez estática a baixa temperatura maior do que o desejado. Entretanto, esses podem não trincar devido à capacidade de deformar sem romper a baixa temperatura. Dessa forma, a especificação permite que o ligante possua uma rigidez maior, desde que se comprove, através do ensaio de tração direta (direct tension test - DTT), que o material possui ductilidade suficiente a baixas temperaturas.

Figura 4.21 - Reômetro de Viga em Flexão – BBR.

Ensaio de Tração Direta (Direct Tension Test - DTT)

No DTT (ASTM P 252) uma amostra de ligante é submetida à tração até a ruptura. É realizado com o objetivo de analisar o tipo de falha (frágil-dúctil) a baixas temperaturas de serviço assim, se o asfalto apresenta uma deformação unitária menor que 1% no momento da ruptura, diz-se que a ruptura é frágil. O aparelho consiste simplesmente em dois puxadores, os quais são encarregados de aplicar a tração.

O puxador inferior permanece fixo enquanto o superior se afasta a uma velocidade constante de 1,00 mm/min. Nas especificações se limita a deformação unitária mínima a 1%, assegurando um comportamento mais ou menos dúctil a baixas temperaturas de serviço.

4.2.2.2 Correlações com as propriedades mecânicas

Os ensaios que formam parte das especificações Superpave de ligantes asfálticos foram selecionados por vários pesquisadores durante os anos de pesquisa do SHRP, porque apresentaram correlação com ensaios de desempenho em misturas asfálticas. Alguns exemplos dessas correlações, segundo Hicks et al, (1993) são:

• Afundamento de trilhas de roda- Foi verificada relação entre o módulo G*/sen de vários ligantes com a profundidade de trilha de roda obtida com misturas betuminosas preparadas com os mesmos ligantes;

• Envelhecimento- as curvas "mestre" de um ligante envelhecido no vaso de envelhecimento sob pressão (PAV) e a obtida com mesmo ligante extraído/recuperado de pavimento são similares, revelando que o teste PAV simula bem o envelhecimento durante a vida em serviço;

• Fadiga- a avaliação de fadiga em trechos experimentais apresentou correlação com o módulo (G*.sen ) dos mesmos ligantes utilizados nos trechos experimentais;

• Trincas a baixa temperatura- a temperatura de fratura é definida como aquela em que a tensão térmica induzida é máxima, obtida em ensaios com mistura asfáltica denominado teste de tensão térmica em corpo de prova confinado (TSRST). Existe correlação entre a temperatura de fratura de várias misturas betuminosas e a temperatura em que ocorre a rigidez de fluência máxima (300 MPa) dos mesmos ligantes empregados nas misturas.

Os ensaios de caracterização dos ligantes asfálticos estudados neste trabalho pelo método Superpave foram realizados no Laboratório de Desenvolvimento Tecnológico da Betunelkoch Asfaltos em Ribeirão Preto – SP, exceto os ensaios de DSR e BBR após envelhecimento no RTFOT/PAV que foram feitos no Centro de Pesquisas e Desenvolvimento Leopoldo A. Miguez de Mello, da Petrobras – CENPES. Os resultados apresentam-se na Tabela 4.4.

Tabela 4.4 - Resultados de caracterização pelo método Superpave dos asfaltos PEN 60/70, AMP SBS Tipo I 60/60 e AMP SBS PG 76 -22.

LIGANTE ASFÁLTICO MÉTODOS