Controlo da compactação

O controlo da compactação pode ser definido como a medição das variáveis relacionadas com a compactação, de acordo com o definido em 2.3. A variável que permite a definição do estado de compactação de um provete, laboratorial ou extraído em obra, é a baridade. Posteriormente pode ser utilizada para o cálculo do grau de compactação ou da porosidade do provete, normalmente as variáveis de controlo, e

restantes propriedades volumétricas. É fundamental que os métodos utilizados meçam adequadamente esta propriedade. Existem métodos de medição em laboratório e em in-situ.

Os métodos de controlo de compactação são apresentados neste trabalho antes da descrição dos meios em compactação porque existem cilindros inovadores, ditos “inteligentes”, que permitem também o controlo da compactação.

2.7.1 Métodos laboratoriais

Os métodos laboratoriais de medição da baridade de provetes de mistura betuminosa, moldados em laboratório ou extraídos do pavimento, podem ser divididos em 2 grupos: tradicionais e inovadores. Os tradicionais calculam a baridade como o rácio da massa pelo volume do provete enquanto os inovadores utilizam equipamentos especiais como por exemplo através de raios Gama.

Os métodos tradicionais são: a) Baridade a seco;

b) Baridade com provetes saturados com superfície seca; c) Baridade com provetes selados;

d) Baridade geométrica.

Estes diferem no procedimento de cálculo do volume do provete. Os três primeiros baseiam-se no Princípio de Arquimedes para o cálculo do volume, isto é, na massa de água deslocada quando imersos. O quarto calcula com base na medição das dimensões do provete. Na Figura 2.51 são representados os volumes considerados no cálculo da baridade com cada um dos métodos. No método geométrico é considerado que os vazios na superfície pertencem ao volume do provete, razão pela qual se obtém um volume elevado (menor baridade). Este método é adequado em misturas com poros de grandes dimensões e ligados, como por exemplo os betões drenantes.

CAPÍTULO 2 – COMPACTAÇÃO DE MISTURAS BETUMINOSAS: ESTADO DA ARTE

Nos restantes métodos o volume calculado exclui as irregularidades ou vazios superficiais. No caso do provete seco apenas é considerado o volume sólido tal como é ilustrado na figura, obtendo-se o menor volume (maior baridade). Em certas misturas, do tipo semi-fechadas, como a água consegue penetrar no interior do provete pelo método anterior a baridade calculada é mais elevada que a real pois exclui alguns vazios interiores, dependendo da interconectividade dos vazios. Nestes casos são utilizadas as metodologias b) e c) de forma a se obter o volume ilustrado na figura, mais próximo do real.

No método da baridade com o provete saturado com superfície seca, corrige-se o volume através da medição do volume de água que se encontra dentro do provete após emersão. No entanto, se a interconectividade dos vazios for elevada a água do provete é expulsa imediatamente após a emersão, não se conseguindo corrigir o volume. Desta forma são utilizados provetes selados, com parafina, látex, etc. de modo a impedir a entrada da água.

Na figura é também comparada a medição de provetes de mistura betuminosa com granulometria contínua e descontínua. Os provetes de mistura de granulometria descontínua apresentam maior irregularidade superficial, devido à maior quantidade da fracção grossa, e por isso os métodos b) e c) são mais apropriados. Segundo Cooley et al. (2002), Brown et al. (2004) os dois métodos determinam baridades iguais para porosidades inferiores a 5% e absorções de água até 1%, em misturas contínuas, ou até 0,4% em misturas descontínuas.

Até ao momento, em Portugal, tem sido utilizada a especificação LNEC E 267 e as normas americanas ASTM D 1188 e ASTM D 2726, que regulamentam o cálculo segundo os três primeiros métodos. A baridade geométrica é utilizada sem regulamento normativo. A recente norma europeia EN 12697-6 considera os quatro métodos para o cálculo da baridade de provetes compactados de mistura betuminosa, definindo o âmbito de aplicação primordial de cada: o método a) para misturas não absorventes como o Hot Rolled Asphalt ou o Mastique Betuminoso; o método b) para misturas densas com porosidade até 5%; o método c) para misturas com porosidade até 15%; o método d) para misturas com porosidade maior que 15% e forma geométrica regular.

A norma EN 12697-8 regulamenta a aplicação de raios Gama na medição da baridade, com especial capacidade na avaliação da variabilidade da baridade ao longo do provete. Não são conhecidos estudos comparativos relativamente aos métodos tradicionais. Pelo custo envolvido não é um equipamento de utilização corrente.

A norma EN 12697-10, relativa ao cálculo da compactabilidade, permite o cálculo da baridade pelo método geométrico quando utilizado o compactador giratório. A baridade deve ser corrigida à posteriori, com medição da baridade final por um dos outros métodos, pois segundo Voskuilen & van de Ven (2004), Muraya (2007) a baridade dos provetes à temperatura ambiente é superior devido à contracção com o

arrefecimento.

2.7.2 Métodos in-situ

Os métodos in-situ podem ser separados em métodos destrutivos e não destrutivos. Nos métodos destrutivos são extraídos provetes do pavimento para posterior medição da baridade em laboratório, por um dos métodos atrás descritos. Nos métodos não destrutivos são utilizados equipamentos de medição da baridade, sem danificação da camada de pavimento, através da correlação com as propriedades eléctricas, físicas, etc. da mistura betuminosa.

A medição da baridade de provetes extraídos do pavimento é considerado o método mais preciso, no entanto apresenta várias limitações importantes:

ƒ A extracção dos provetes apenas pode ser executada após o arrefecimento da camada;

ƒ A extracção é demorada, apresenta problemas de segurança em vias com tráfego, e introduz um ponto fraco no pavimento, apesar dos procedimentos de pavimentação manual do orifício;

ƒ Os resultados apenas estão normalmente disponíveis 2 dias depois da pavimentação, considerando a extracção e as medições em laboratório;

ƒ Não é possível corrigir durante a pavimentação qualquer procedimento de execução; ƒ O número de pontos do pavimento analisado é normalmente baixo.

Em Portugal, o caderno de encargos da ex-JAE define o controlo da compactação por medição da baridade de carotes extraídos do pavimento, a cada 200 m lineares de pavimentação, que resulta num valor muito baixo de pontos de medição. Noutros países este método é complementado com os métodos não destrutivos.

O equipamento não destrutivo mais utilizado é o densímetro nuclear, também designado de gamadensímetro, desenvolvido nos anos 60. A designação deriva da utilização dos raios gama. O equipamento emite e analisa os raios gama reflectidos a diferentes profundidades, de modo a determinar a baridade e o teor de humidade. A radiação do isótopo radioactivo é atenuada através de um sólido na proporção da sua densidade. A baridade é calculada com base no rácio de energia recebida no ponto em análise e no material padrão (bloco de calibração). Em materiais granulares é utilizado o modo de “transmissão directa”, no qual a fonte emissora é colocada a uma determinada profundidade e o receptor se encontra à superfície. Para misturas betuminosas é utilizado o modo de retro-reflexão, backscatter na terminologia anglo-saxónica, no qual a fonte e o receptor se encontram ambos à superfície, Figura 2.52.

CAPÍTULO 2 – COMPACTAÇÃO DE MISTURAS BETUMINOSAS: ESTADO DA ARTE

Figura 2.52 – Ilustração do gamadensímetro em funcionamento no modo retro-reflexão – TROXLER (2006)

Permite uma medição fácil e rápida (1 minuto para maior precisão) mas a sua utilização em misturas betuminosas está dependente da calibração (com extracção de provetes) para cada projecto. Estudos comparativos entre o método tradicional e o gamadensímetro mostraram que normalmente a baridade medida é mais baixa com o gamadensímetro, o erro aumenta com diminuição da espessura da camada, necessita de operadores treinados, e uma calibração sempre que as características do pavimento se alteram, Sanders et al. (1994), Minchin (1999).

A utilização deste equipamento apresenta adicionalmente as seguintes condicionantes:

ƒ Devido à emissão de isótopos radioactivos necessita de licença de utilização em cada país e está sujeito a limitações de transporte;

ƒ O operador tem de usar um dispositivo de monitorização da radiação nuclear a que está sujeito; demasiada utilização ou utilização inadequada pode ser nocivo à saúde do operador;

ƒ A caixa de transporte é pouco prática (volumosa e pesada);

ƒ O próprio equipamento é pesado, usualmente 13,5 kg, que dificulta a utilização durante um grande período de tempo.

Na década de 90 foram lançados no mercado dois equipamentos baseados no princípio teórico de que “as propriedades dieléctricas de um material variam proporcionalmente à variação da baridade”. Os equipamentos são o PQI (Pavement Quality Indicator), produzido pela empresa Transteck, Inc. e o PaveTracker, produzido pela empresa Troxler Laboratories, Inc.

As misturas betuminosas são constituídas por agregado, betume, ar e possivelmente água, os quais possuem valores da permitividade dieléctrica muito diferentes: ar (1); agregado e betume (5-8); água (80). À medida que diminui a porosidade da mistura aumenta a constante dieléctrica. Apesar do mesmo princípio teórico, segundo os fabricantes o funcionamento dos dois equipamentos é distinto. O PQI, TransTech (2000), “utiliza ondas eléctricas para medir a constante dieléctrica com base no campo de detecção eléctrico toroidal, estabelecido por uma placa de detecção” enquanto o PaveTracker, TROXLER (2007), “relaciona as mudanças na baridade com as mudanças na composição química por unidade de volume através das propriedades dieléctricas”. As dificuldades da aplicação do princípio teórico estão relacionadas com a

dependência da medição da humidade (constante dieléctrica muito elevada) e da temperatura. Enquanto o fabricante do PaveTracker indica que o equipamento é insensível a estas variáveis, o do PQI assinala que este faz a correcção automática. Outros autores, citados em Schmitt et al. (2006), indicam também ter verificado dependência da natureza dos agregados da mistura e da superfície da camada (maior ou menor textura).

Os equipamentos além de não apresentarem quaisquer restrições devido ao modo de funcionamento, ao contrário do gamadensímetro, são mais leves e pequenos e efectuam leituras quase instantâneas. Segundo Karlsson (2002) a repetitibilidade é menor no gamadensímetro porque ao contrário dos outros equipamentos a radiação gama emitida pelo isótopo não é constante, necessitando de 4 minutos de medição para baixar bastante a dispersão de resultados no mesmo ponto.

Estudos comparativos dos três equipamentos, gamadensímetro, PQI e PaveTracker têm chegado maioritariamente às mesmas conclusões (Sargand et al. (2005), Schmitt et al. (2006), entre outros). Nenhum dos equipamentos é capaz de servir de critério de aceitação, rejeição ou cálculo de factores de pagamento relativamente às camadas compactadas, havendo no entanto alguns estudos que indicam ser possível utilizar o gamadensímetro e autoridades rodoviárias que o implementaram. Todos podem ser no entanto úteis na avaliação do crescimento da compactação e como primeira avaliação (qualitativa). Por ordem decrescente de aproximação das medições dos equipamentos aos provetes extraídos estão normalmente o gamadensímetro, o PaveTracker e o PQI, com valores quase sempre inferiores. As diferenças de medições entre os diferentes equipamentos são dependentes da obra em análise, tendo sido identificados como relevantes os parâmetros: humidade superficial e interna; granulometria (contínua ou descontínua); espessura; temperatura; baridade. Uma calibração entre os diversos equipamentos e/ou carotes deve ser individual a cada projecto e do tipo função linear (não apenas pela adição ou subtracção de um valor constante).