Mesmo nos países em desenvolvimento, a maioria dos pavimentos rodoviários, sobretudo em áreas urbanas, têm camadas superiores betuminosas (Branco, Pereira, & Santos, 2011), constituídas por misturas que integram, aproximadamente, 95 % de agregados e 5% de ligante betuminoso e ar, variando naturalmente as suas propriedades com as respetivas proporções.
Consoante a granulometria e a percentagem ligante presente na mistura betuminosa, esta pode ser classificada em função da sua porosidade (Vv) em misturas “abertas”, “semi-densas”
e “densas” (Batista, 2004).
Por norma as misturas betuminosas a quente são utilizadas na execução de pavimentos flexíveis, sendo a sua utilização mais comum a construção de estradas. O processo de aplicação requer o aquecimento do ligante e dos agregados a uma temperatura significativamente superior à temperatura ambiente, tanto para a mistura dos materiais, como para a execução em obra.
Existem, contudo, misturas betuminosas a frio, pouco utilizadas em Portugal, que não requerem exposições dos materiais a elevadas temperaturas podendo ser aplicados à temperatura ambiente (Neves, n.d.), mas que não abordaremos nesta dissertação.
Em Portugal, a expressão mistura betuminosa a quente emprega-se maioritariamente a quase todo o tipo de misturas betuminosas produzidas para obras de pavimentação, desde as argamassas betuminosas, fabricadas apenas com materiais granulares finos, filer e betume, até aos macadames betuminosos, nos quais os agregados grossos assumem o papel mais predominante no comportamento da mistura (Cepsa, 2006).
Esta dissertação, tal como passou a ser recorrente nas obras públicas rodoviárias portuguesas, por defeito, observa os métodos de ensaio preconizados no Caderno de Encargos Tipo da Estradas de Portugal (CEEP, 2014), observando-se, também, as normas portuguesas e especificações do Laboratório Nacional de Engenharia Civil.
Garantidas as características físicas exigíveis aos agregados e antes de qualquer estudo de composição da mistura betuminosa, é necessário obter um material granular cuja curva granulométrica esteja dentro do fuso especificado pelos cadernos de encargos e apresente uma forma que acompanhe o andamento geral deste (Picado Santos, 2001).
Com a curva granulométrica dos agregados estabelecida pode iniciar-se o ensaio de Marshall. Este ensaio consiste numa avaliação laboratorial que fornece indicações sobre a quantidade ótima de betume a ser utilizada em misturas betuminosas a quente. Permite, também, determinar a estabilidade e a fluência de misturas betuminosas (Neves, n.d.), sendo que a estabilidade de Marshall consiste na resistência máxima à compressão radial, apresentada pelo provete de ensaio quando moldado e ensaiado conforme o processo estabelecido, expressa em kN. Já a fluência de Marshall resume-se à deformação total apresentada pelo provete, desde a aplicação da carga inicial nula até à aplicação da carga máxima, expressa em mm (EN 12697-34, 2004).
A percentagem “ótima” de betume será obtida através da média dos valores das percentagens de betume que conduz ao valor máximo da baridade da mistura betuminosa, ao valor médio dos limites da porosidade, ao valor máximo associado à estabilidade de Marshall e ao valor médio dos limites da deformação de Marshall (Branco, Pereira, & Santos, 2011).
Dado o método de Marshall apresentar alguns inconvenientes, para as obras com suficiente relevância, a EP preconiza um estudo complementar de caracterização mecânica, onde sejam realizados ensaios de pista (Wheel Tracking – NLT 173/84), de resistência à fadiga (ensaios
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de flexão em 4 pontos – EN 12697-24) e de sensibilidade à água (EN 12697-30) (Picado Santos L. , 2013).
3.1.1. Avaliação das deformações permanentes
Em Portugal, a avaliação laboratorial mais comum para a avaliação da resistência à deformação permanente em pavimentos betuminosos é o ensaio de pista ou Wheel Tracking para verificar os efeitos de repetidas cargas rolantes sobre lajes das misturas betuminosas sob análise (Consulpav L. , 2009).
O ensaio de pista (Wheel Tracking) segue a norma espanhola NLT 173/84 – Resistencia a la
deformación plástica de las mezclas bituminosas mediante la pista de ensayo de laboratorio.
Este ensaio baseia-se no deslocamento contínuo, de uma roda de borracha com características iguais às exigidas pela norma, ao longo de uma linha para trás e para a frente sobre as lajes de misturas betuminosas (Gardete, Picado-Santos, Pais, & Luzia, 2008) (Sousa, Fonseca, Freire, & Pais, 1999).
3.1.2. Resistência à fadiga
O fendilhamento é uma das principais degradações de um pavimento rodoviário flexível e caracteriza-se pela abertura de pequenas e/ou grandes fendas à superfície. Por norma, estas fendas originam-se na parte inferior das camadas betuminosas e prolongam-se até à superfície do pavimento.
A caracterização de misturas betuminosas quanto à sua resistência à fadiga é, geralmente, efetuada com base no mesmo tipo de ensaios laboratoriais (Batista, 2004). Por norma é utilizado o ensaio de flexão em quatro pontos, simulando o aparecimento de fendas por fadiga devido à deformação de tração que se desenvolve na face inferior das camadas betuminosas.
Figura 10 – Exemplo do esquema de ensaio à flexão em 4 pontos (Sousa, Fonseca, Freire, & Pais, 1999) Este tipo de ensaio segue os requisitos exigidos pela norma europeia EN 12697-24, que descreve os procedimentos necessários para a avaliação da resistência à fadiga.
Tabela 10 – Exigências para a avaliação da resistência à fadiga de uma mistura betuminosa (EN 12697-24) Norma Europeia 12697-24
Provetes Prismáticos Dimensões (mm)
Função da dimensão máxima do agregado utilizado na mistura betuminosa
Nº de Provetes 18 (mínimo)
Condições de Ensaio
Ciclos de carga inicial 100
Frequência (Hz) 0 - 60
Temperatura de ensaio (ºC) 0 - 20
40
3.1.3. Sensibilidade à ação da água
A resistência das misturas betuminosas à ação da água é uma característica importante no desempenho e durabilidade das misturas betuminosas, em especial, das aplicadas na camada de desgaste. A sensibilidade à água é uma propriedade das misturas betuminosas para a qual estão habitualmente estabelecidos valores mínimos a cumprir nos Cadernos de Encargos de acordo com o método de ensaio utilizado para a sua avaliação.
A água pode, grosso modo, dar origem a dois tipos de degradações: numa primeira instância, contribui para a perda de adesividade entre o betume e os agregados, numa segunda fase, origina uma perda de coesão com perda de resistência do próprio betume.
Em Portugal, a avaliação desta propriedade observa a Norma EN 12697-12 preconizando o cálculo do Índice de Resistência Conservada (ITSR) correspondente ao quociente entre as resistências à tração indireta média dos provetes condicionados (ITSw) e sem
condicionamento (ITSd).
A diferença entre os dois grupos de provetes consiste no ambiente a que estão sujeitos. O primeiro é designado por grupo seco (ITSd), acondicionado ao ar em ambiente a 20ºC, e o
segundo por grupo imerso (ITSw), com os provetes imersos em água nas condições
especificadas na norma.
Os dois grupos são sujeitos ao ensaio de determinação da resistência à tração indireta a uma temperatura de 15ºC, calculando-se a resistência à tração indireta pela seguinte relação:
ITSR=ITSwITSdx100 (%) (44)
Por regra é pretendido um ITSR mínimo de 80 % (CEEP, 2014).