Degradação térmica

A durabilidade de um geossintético se caracteriza pela capacidade que o material tem em manter determinadas propriedades ao longo da vida útil da obra. Os geossintéticos empregados no tratamento do fenômeno de reflexão de trincas estão submetidos a efeitos que podem comprometer o desempenho do reforço e, ao mesmo tempo, do composto (mistura asfáltica reforçada) durante o processo construtivo do recapeamento. O primeiro fator de degradação mecânica é o processo de instalação, espalhamento e compactação da mistura asfáltica pelas pavimentadoras e compactadores. O segundo fator de degradação é a temperatura da mistura asfáltica, que no caso de misturas usinadas à quente devem manter uma determinada

18 temperatura para garantir uma viscosidade do cimento asfáltico, que permita efetuar o processo de compactação. Essa temperatura geralmente está compreendida entre 100°C e 165°C. Conforme Shukla (2002) os geossintéticos empregados em aplicações rodoviárias, especificamente geotêxteis impregnados com asfalto, submetidos a temperaturas muito elevadas, podem sofrer alterações significativas que podem comprometer seus desempenhos como reforço. Tem-se assim que altas temperaturas durante o processo construtivo podem comprometer o comportamento mecânico devido a alterações na estrutura molecular do geossintético. Essas alterações, sejam significativas ou não, irão depender da natureza dos polímeros e dos aditivos incorporados, dentre outros fatores.

O aumento da temperatura acelera as reações químicas e a degradação de um polímero. Como normalmente o oxigênio está presente, em geral, ocorre a ação conjugada da temperatura e do oxigênio, desenvolvendo uma degradação termo-oxidativa.

Norambuena-Contreras et al. (2009) simularam em laboratório o efeito térmico do processo de instalação de misturas asfálticas em geossintéticos impregados em recapeamentos asfálticos. O procedimento consistiu em inserir cinco tipos de geossintéticos, de dois tipos de polímeros diferentes (poliéster e polipropileno), em um recipiente metálico com materiais granulares (sem cimento asfáltico), sob temperaturas similares às equivalentes em campo (Figura 2.4).

Figura 2.4 Simulação em laboratório processo de instalação mistura asfáltica (modificado de Norambuena-Contreras et al., 2009)

Os materiais granulares foram previamente aquecidos por 24 horas em duas condições diferentes de temperatura: 135°C e 165°C. As temperaturas tentaram representar condições de instalação de misturas asfálticas convencionais com asfaltos modificados. No total, foram ensaiadas 240 amostras, inseridas no material granular aquecido, com um recobrimento de papel alumínio, para preservar melhor os corpos de prova. O tempo total que foram submetidos os corpos de prova ao tratamento térmico foi de 1 hora. Para efeitos de determinação das mudanças geradas pelo processo de aquecimento, foram determinadas as dimensões iniciais

19 dos corpos de prova e comparadas com ao finalizar o ensaio. Dos resultados obtidos foi possível concluir que as amostras fabricadas com polipropileno apresentaram uma mudança do 86 % na sua geometria inicial (Figura 2.5 a), e para o caso das amostras fabricadas em poliéster (Figura 2.5 b) apresentaram uma redução de 22%. Isso pode ser explicado, devido ao efeito térmico gerado sobre as cadeias moleculares dos polímeros ao se superar a temperatura de transição vítrea de cada material.

(a) (b)

Figura 2.5 Amostras de geossintéticos após tratamento térmico: (a) Geotêxtil de polipropileno; (b) Geocomposto de poliéster (Norambuena-Contreras et al., 2009). Gonzalez-Torre et al. (2014) quantificaram o dano que sofrem os geossintéticos empregados no tratamento de reflexão de trincas devido ao efeito conjunto de dano mecânico e temperatura da mistura. Foram ensaiados cinco tipos de geossintéticos diferentes, sob as seguintes condições de ensaio: (i) dano mecânico induzido em laboratório considerando a ação dos agregados e (ii) degradação mecânica e térmica devido a instalação sob condições reais. A nova metodologia proposta pelos autores consistiu na compactação de uma placa inferior de mistura asfáltica de 40 mm de espessura, a uma temperatura de 160°C até se atingir um grau de compactação do 98% com relação à densidade da dosagem Marshall. Uma vez que atingida a temperatura apropriada, foi disposta uma camada de emulsão asfáltica no teor recomendado pelo fabricante, e quando aconteceu a ruptura da emulsão, foi disposto o geossintético (Figura 2.6 a), para posteriormente compactar a camada superior, da mesma forma que foi executada a camada inferior.

Para determinar a degradação mecânica e térmica produzida pela elaboração dos corpos de prova, as placas reforçadas foram aquecidas a uma temperatura de 100°C para se separar as camadas e se conseguir extrair o reforço sem gerar nenhum dano aparente (Figura 2.6b). A degradação foi avaliada por meio da realização de ensaios de resistência à tração em estado original e depois de elaboradas as placas de mistura asfáltica reforçada, nas condições citadas anteriormente. Os principais resultados da pesquisa indicam que acontece uma redução na rigidez dos geossintéticos ensaiados, depois de se aplicar as condições de dano. A perda das

20 propriedades mecânicas depende do tipo de polímero constituinte do geossintético e do tipo de dano gerado.

(a) (b)

Figura 2.6 Avaliação de degradação térmica: (a) instalação do geossintético; (b) geossintético após efeitos da degradação, Gonzalez-Torre et al. (2014).

Norambuena-Contreras & Gonzalez-Torre (2015) avaliaram o efeito da degradação de oito tipos de geossintéticos, constituídos de diversos tipos de polímeros e formatos diferentes. Os materiais sintéticos são empregados comercialmente como reforço de misturas asfálticas. O estudo visou avaliar os efeitos térmicos, danos durante o processo de instalação e devidos ao carregamento dinâmico aplicado em corpos de prova prismáticos elaborados em laboratório. Para quantificar a degradação acontecida no reforço, os geossintéticos foram retirados dos corpos de prova, avaliando as alterações na resistência à tração e estruturação das fibras, efetuando a comparação com os corpos de prova em estado original (Figura 2.7 a). Dos resultados obtidos na avaliação da resistência à tração, é possível identificar que existe uma importante perda das propriedades mecânicas devido aos efeitos térmicos, decorrente da elaboração dos corpos de prova e posterior aplicação de carregamento dinâmico. Em alguns dos materiais a degradação é superior em relação a outros tipos de polímeros (Figura 2.7b).

(a) (b)

Figura 2.7 Resultados ensaios resistência à tração em geossintéticos: (a) Estado original; (b) após finalização dos ensaios. ( modificado de Norambuena-Contreras & Gonzalez-Torre,

21 Norambuena-Contreras et al. (2016) desenvolveram uma nova metodologia de laboratório com a finalidade de avaliar o dano mecânico e térmico que sofrem os geossintéticos empregados em recapeamento asfálticos. Na pesquisa foram avaliados três tipos diferentes de geossintéticos, fabricados com poliéster, polyvinyl-alcohol e fibra de vidro, comumente usados no tratamento de reflexão fissuras em pavimentos asfálticos. A nova metodologia propõe a utilização de agregados de escória de aço que possuem propriedades térmicas similares às de uma mistura asfáltica. Os sistemas de compactação escolhidos para representar o dano mecânico foram o Proctor e Marshall (Figura 2.8). A simulação dos efeitos térmicos incluíra diferentes condições de contato entre os materiais aquecidos e o reforço (tentando simular tempo de contato entre a mistura e o reforço, antes da compactação) e diferentes condições de energias de compactação foram simuladas, alterando-se o número de golpes necessários para compactar o material previamente aquecido.

Dos resultados obtidos na pesquisa, é possível concluir que a compactação Proctor, não gerou mudanças significativas nas propriedades mecânicas do reforço, já a compactação através da metodologia Marshall, gerou mudanças significativas nas fibras com o tratamento térmico em comparação aos materiais em estado original. Os autores sugerem como alternativas para diminuir a degradação mecânica e térmica em condições de laboratório e de campo, o uso de misturas asfálticas auto-adensáveis que permitam diminuir os esforços de compactação, e recobrimentos químicos especiais nos materiais de reforço, para proteger as fibras do efeito das altas temperaturas.

(a) (b)

Figura 2.8 Configuração do procedimento de dano usando a compactação Proctor: (a) Aquecimento de materiais; (b) Compactação de materiais. (modificado de Norambuena-

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