Elasticidade dos ligantes asfálticos envelhecidos a curto prazo e na temperatura do PG

4.8. Classificação dos ligantes asfálticos no critério de tráfego do FHWA _ 245 4.9. Análises simultâneas dos resultados dos ligantes asfálticos ________ 246 5. CONCLUSÕES E SUGESTÕES DE PESQUISAS _______________________ 283 5.1. Conclusões principais ________________________________________ 283 5.2. Considerações finais __________________________________________ 292 5.3. Sugestões para pesquisas futuras ______________________________ 293 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS _______________________________________ 295

1. INTRODUÇÃO

A modificação dos ligantes asfálticos é adotada como uma maneira de melhorar o desempenho destes materiais em campo, uma vez que o número de veículos nas rodovias, as cargas por eixo dos veículos comerciais e as pressões dos pneus vêm aumentando nos últimos anos (AIREY, 2002). Uma revisão bibliográfica realizada por Bahia et al. (2001) mostra que os modificadores do ligante asfáltico podem ser classificados com base em diversos critérios, tais como o tipo de mecanismo por meio do qual eles alteram as propriedades do ligante asfáltico, a composição química e a natureza física do modificador ou a propriedade-alvo do ligante asfáltico que necessita de melhorias. Dentre os modificadores existentes, Bahia et al. (2001) citam o copolímero de estireno-butadieno-estireno, o copolímero de etileno acetato de vinila, o polietileno e a borracha de estireno-butadieno, além de outros como a borracha moída de pneus, as fibras e os hidrocarbonetos.

Como uma alternativa à modificação dos ligantes asfálticos, algumas melhorias nas propriedades destes materiais são alcançadas através da seleção de um petróleo adequado de origem ou do ajuste do processo de refinamento utilizado para produzi-los. Entretanto, estas opções são limitadas pelos poucos tipos de petróleo capazes de produzir bons ligantes asfálticos e pelo baixo número de ações que podem ser tomadas para controlar os processos de refinamento do petróleo bruto (BECKER et al., 2001). Em outras palavras, esta alternativa não se configurou como a melhor solução para a obtenção de melhores propriedades dos ligantes asfálticos, devido às suas limitações técnicas e de disponibilidade de petróleo bruto para a produção dos ligantes asfálticos desejados. Desta maneira, os processos de modificação vêm se consolidando como a solução mais adequada para atender às necessidades constantes de aumento de desempenho dos ligantes asfálticos.

Com o propósito de caracterizar a resistência dos ligantes asfálticos à deformação permanente, a especificação Superpave adotou um parâmetro que combina o módulo complexo de cisalhamento (G*), representativo da resistência total do ligante asfáltico à deformação sob o carregamento do tráfego, e o ângulo de fase ( ), representativo da distribuição relativa da resposta total do ligante asfáltico entre um componente em fase e outro defasado, de acordo com a equação G*/sen (BAHIA e ANDERSON, 1995). Este parâmetro, entretanto, vem recebendo diversas críticas por parte dos pesquisadores, os quais relatam sua incapacidade em caracterizar a resistência dos ligantes asfálticos modificados à deformação permanente de maneira adequada. Dentre as deficiências

relatadas na literatura, podem-se citar a determinação do valor de G*/sen na faixa de viscoelasticidade linear dos ligantes asfálticos (DELGADILLO et al., 2006) e a não consideração de toda a contribuição elástica oriunda da adição de modificadores ao ligante asfáltico (ANDERSON et al., 2010).

Tendo conhecimento das deficiências do parâmetro G*/sen , muitas alternativas foram propostas pelos pesquisadores a fim de obter uma melhor caracterização da resistência dos ligantes asfálticos modificados à deformação permanente. Estas alternativas contemplam especificações suplementares e ensaios adicionais à especificação Superpave (D’ANGELO et al., 2007), refinamentos do parâmetro G*/sen (BOULDIN et al., 2001; SHENOY, 2001; SHENOY, 2004) e o desenvolvimento de novos ensaios em substituição ao ensaio de regime oscilatório em temperaturas altas (BAHIA et al., 2001; D’ANGELO et al., 2007). Neste aspecto, o ensaio de fluência e recuperação sob tensão múltipla (MSCR) tem mostrado bons resultados quanto à distinção entre as propriedades dos vários tipos de ligantes asfálticos modificados, sendo capaz de distinguir os benefícios proporcionados pela adição de cada tipo de modificador. As vantagens deste ensaio em relação ao ensaio de regime oscilatório da especificação Superpave em temperaturas altas – e, por consequência, ao parâmetro G*/sen – são mencionadas em diversos estudos (D’ANGELO et al., 2007; ANDERSON et al., 2010; ASPHALT INSTITUTE, 2010a) e, dentre estas vantagens, podem ser destacadas as seguintes:

a) Os resultados do MSCR podem ser utilizados tanto para os ligantes asfálticos

puros quanto para os modificados, o que elimina a necessidade de realização de ensaios adicionais para a caracterização adequada do desempenho de ligantes asfálticos modificados em temperaturas altas;

b) O ensaio MSCR possibilita a avaliação da dependência dos ligantes asfálticos

modificados com polímeros quanto à tensão, o que não é possível de ser feito em outros ensaios porque estes são executados na faixa de comportamento viscoelástico linear dos ligantes asfálticos;

c) O aumento do grau de desempenho (PG) para os ligantes asfálticos submetidos a

volumes elevados de tráfego e carregamentos de baixa velocidade, procedimento conhecido na especificação Superpave como “grade-bumping”, não é necessária no MSCR porque as temperaturas deste ensaio levam em consideração os valores reais de temperaturas altas do pavimento;

d) O valor da compliância não-recuperável do ligante asfáltico possibilita a verificação

do tipo de tráfego adequado ao material, sendo eles o padrão (S), o pesado (H), o muito pesado (V) e o extremamente pesado (E).

Admitindo tal panorama, o objetivo principal desta pesquisa é avaliar o efeito do tipo de modificador no comportamento fluência-recuperação de ligantes asfálticos modificados em temperaturas altas, considerando os procedimentos de ensaio prescritos na norma ASTM D7405 (1 s de carregamento e 9 s de recuperação) e utilizando materiais em suas condições virgem e envelhecida a curto prazo na estufa de filme fino rotativo. Além do MSCR, a caracterização dos ligantes asfálticos também contempla os resultados de penetração, ponto de amolecimento e viscosidade rotacional ou Brookfield, considerando materiais nas duas condições de envelhecimento. A fim de proporcionar análises mais detalhadas dos comportamentos dos ligantes asfálticos, foram delineados os seguintes objetivos secundários:

a) Verificar a sensibilidade dos ligantes asfálticos ao envelhecimento a curto prazo e ao

nível de tensão, considerando os tempos de carregamento e de repouso de 1 e 9 s prescritos na norma ASTM D7405;

b) Caracterizar o comportamento fluência-recuperação dos ligantes asfálticos

envelhecidos a curto prazo para os tempos de 2 s de carregamento e 18 s de

recuperação, tomando como base as sugestões de Dongré (comunicação pessoal)1

para tempos maiores de fluência e recuperação;

c) Comparar os resultados obtidos no MSCR para os tempos de carregamento e de

repouso de 1 e 9 s, prescritos na norma ASTM D7405, e os de 2 e 18 s.

Estrutura do texto da dissertação. O Capítulo 1 mostra uma introdução sobre os

ligantes asfálticos modificados, as deficiências do parâmetro G*/sen na caracterização da resistência dos ligantes asfálticos modificados à deformação permanente e as vantagens do MSCR sobre o ensaio da especificação Superpave em regime oscilatório, bem como os objetivos da pesquisa. O capítulo termina com a descrição e a organização de cada um dos seis capítulos deste estudo.

O Capítulo 2 apresenta uma revisão bibliográfica sobre a caracterização da resistência dos ligantes asfálticos à deformação permanente, abrangendo tópicos como as críticas dos pesquisadores ao parâmetro G*/sen e algumas soluções apresentadas em estudos, uma descrição sobre o MSCR e as principais vantagens em relação ao ensaio da especificação Superpave em regime oscilatório. Esta revisão aborda, na sequência, alguns métodos e especificações para cálculo das temperaturas de usinagem e de compactação dos ligantes asfálticos, dentre os quais estão os métodos tradicional e

1 _{Informação fornecida por Raj Dongré a Adalberto Leandro Faxina em 2010 e recebida no dia 24 de janeiro de 2011}

Casola e as Especificações de Serviço 112/2009 e 385/1999 do Departamento Nacional de Infraestrutura de Transportes (DNIT). O capítulo termina com as descrições de alguns tipos de modificadores do ligante asfáltico – copolímero de estireno-butadieno-estireno, borracha de estireno-butadieno, borracha moída de pneus, polietileno, copolímero de etileno acetato de vinila, Elvaloy e ácido polisfosfórico – e dos efeitos destes materiais em propriedades específicas dos CAPs, tendo como base os resultados e as análises de estudos laboratoriais.

O Capítulo 3 destaca os materiais e métodos utilizados na pesquisa, apresentando as formulações e variáveis de processamento dos ligantes asfálticos modificados e os ensaios, critérios e parâmetros para avaliação da sensibilidade destes materiais ao envelhecimento a curto prazo, ao aumento do nível de tensão de 100 para 3.200 Pa e ao aumento dos tempos de fluência e recuperação de 1 e 9 s para 2 e 18 s. O capítulo apresenta também os resultados de perda de massa dos ligantes asfálticos, destacando os materiais com maiores e menores valores e algumas considerações sobre os fenômenos de oxidação e de evaporação nos resultados deste parâmetro.

O Capítulo 4 apresenta os resultados e as respectivas discussões dos ensaios de caracterização dos ligantes asfálticos (penetração, ponto de amolecimento, viscosidade rotacional ou Brookfield e MSCR), bem como as análises de sensibilidade destes materiais ao envelhecimento a curto prazo, ao aumento do nível de tensão de 100 para 3.200 Pa e ao aumento dos tempos de fluência e recuperação de 1 e 9 s para 2 e 18 s. O capítulo apresenta, na sequência, as tabelas normalizadas do percentual de recuperação e da compliância não-recuperável dos ligantes asfálticos em relação aos resultados do CAP 50/70 e do CAP+PPA, seguido pela verificação do nível de elasticidade e depois pela classificação dos materiais no critério de tráfego proposto pelo FHWA. O capítulo termina com uma análise simultânea dos resultados dos ligantes asfálticos em todas as propriedades e parâmetros analisados, tendo como base a ordenação destes materiais em uma escala numérica de 1 (melhor resultado) a 13 (pior resultado) e algumas considerações a respeito dos pesos de cada propriedade e parâmetro no valor da média global.

O Capítulo 5 apresenta as conclusões principais do estudo em termos de propriedades e parâmetros de interesse, as considerações finais e algumas sugestões de futuras pesquisas. Ao final, são apresentadas as referências bibliográficas utilizadas nesta dissertação.