Ensaio de Módulo Complexo (AFNOR NF P 98-260-2)

O ensaio de módulo complexo em misturas asfálticas determina a rigidez da mistura sob condicionamentos de freqüências e temperaturas. Este ensaio é feito aplicando uma flexão alternada contínua (Figura 2.13). O deslocamento imposto para a realização do ensaio deve ser muito pequeno para impedir que os corpos de prova analisados entrem no fenômeno da fadiga do material.

No ensaio de Módulo, é feita a medição de dois parâmetros importantes, isto é; a força resultante de um deslocamento aplicado e o ângulo de defasagem entre a força e o deslocamento. A mistura asfáltica é um material visco-elástico. O deslocamento é retardado em relação à força; este retardo é definido como uma defasagem entre os sinais de

força e de deslocamento, é o chamando ângulo de fase. Este valor expressa a componente viscosa da rigidez da mistura asfáltica.

Com os valores da amplitude da força e do deslocamento e o àngulo de fase, calculam-se os valores do módulo viscoso (E2) e do módulo elástico (E1) da mistura asfáltica, nas diversas temperaturas e freqüência de solicitação.

Figura 2.13 - Gráficos de força e deslocamento em corpos de prova viscoelasticos

Os ensaios de módulo complexo e de fadiga são realizados por solicitação de sinal senoidal contínuo, em corpos de prova trapezoidais, com engastamento na base maior, com solicitação na base inferior. Os corpos de prova solicitados provêm do corte de placas, que podem ser feitas no laboratório na máquina de compactação ou de campo. Os corpos de prova são cortados por serragem em ambiente molhado nas de 250mm de altura, 25mm de espessura, 70mm ou 56mm de base maior e de 25mm de base menor, todas as dimensões possuem uma precisão de ±1mm, ver Figura 2.14.

Os corpos de prova são retirados respeitando a direção de compactação e a direção de solicitação.

Após do corte, os corpos de prova são deixados em um período de repouso de 15 dias a 3 meses a uma temperatura inferior a 30°C (18°C preferivelmente) para evitar deformações posteriores ocasionadas pelas altas temperaturas. Este período de repouso procura eliminar os efeitos higroscópicos ocasionados pelo processo de corte das placas. Processo que utiliza água em abundancia para evitar o superaquecimento do ligante asfáltico e permitir a menor modificação possível nos corpos de prova finais quando comparados com seu estado dentro da placa original.

O seguinte processo é o de triagem para a seleção dos corpos de prova, o qual leva em consideração três critérios; um tendo em conta a geometria dos corpos de prova (dimensões), outro a percentagem de vazios dos mesmos e por último tendo em conta a Massa Volumétrica Aparente (MVA) da mistura.

As dimensões devem cumprir os parâmetros estabelecidos por norma para manter a homogeneidade nos corpos de prova que estão sendo testados. Com este intuito, a norma calcula os coeficientes de forma Kσ, Kε(Equações 2.23 e 2.24). �� �_{�����������}��� (2.23) �� � ����� � ������_��������������� ���� ��� � �� (2.24) Onde:

Kσ e K� Coeficientes relacionados às dimensões do corpo de prova (mm-1)

h Altura do corpo de prova (mm) B Base maior do corpo de prova (mm) b Base menor do corpo de prova (mm) e Espessura do corpo de prova (mm)

A triagem dos corpos de prova inicia com a seleção dos corpos que possuam as dimensões dentro dos padrões normatizados, quer dizer, cada uma das dimensões características dos corpos de prova prismáticos devem ter uma precisão de ±1mm. O desvio padrão do volume de vazios deve ser ≤0,5%, e a massa específica volumétrica em cada corpo de

prova não pode exceder 1% do valor da média do lote formado pelo menos de quatro corpos de prova.

Os corpos de prova trapezoidais utilizados para o ensaio do módulo complexo, respondem aos mesmos critérios de seleção dos ensaios de fadiga, onde são testados 2 grupos de 4 ou como mínimo 3 corpos para cada nível de deformação. No total são 3 níveis de deformação para o ensaio de fadiga, o que quer dizer que são utilizados 24 ou como mínimo 18 corpos de prova para o ensaio de fadiga e 4 para o ensaio do módulo. Os corpos de prova submetidos ao ensaio do módulo podem ser testados posteriormente no ensaio de fadiga, todo isto depende dos critérios de seleção e da disponibilidade dos mesmos.

Para cada lote de corpos de prova submetidos ao mesmo nível de deformação o valor do coeficiente Kε obtido a partir da Equação 2.24,

deve ser ≤1%.

Após o processo de seleção dos corpos de prova (dos quais 4 são testados para módulo complexo) é feita uma aferição do deslocamento fornecido com o uso de corpos de prova de material elástico, os quais possuem uma impedância de 350±50N/mm (duralumínio geralmente). O deslocamento imposto no corpo de prova deve produzir uma deformação na ordem das microdeformações para não sair do domínio lineal da mistura asfáltica. As flechas de deslocamento e as amplitudes das deformações devem ser inferiores a 65µm e a 50µdef, respectivamente. As tensões são calculadas com o uso da Equação 2.25.

σmáx.=Kσ.F (2.25)

Onde:

σmáx Tensão máxima no Corpo de Prova

Kσ Coeficiente relacionado às dimensões do CP (mm-1) F Força aplicada na base menor do Corpo de Prova (N)

As deformações são calculadas com o uso da Equação 2.26.

� máx.= K�.f(h) (2.26)

Onde:

� máx Deformação máxima no corpo de prova (10-6)

f(h) Flecha de deslocamento aplicada na base menor do CP (µm) Os corpos de prova selecionados após a triagem são colados nos suportes, superior e inferior (Figura 2.15), e permanecem em repouso por um período não inferior a 24 horas.

Figura 2.15 - Colagem dos corpos de prova nos suportes metálicos Após o processo de colagem, cada um dos corpos de prova (com os seus respectivos suportes) são localizados e fixados na máquina de fadiga, e mantidos em condicionamento térmico (geralmente realizados, mas não limitados a -10°C, 0°C, 10°C, 15°C, 20°C, 30°C e 40°C) por no mínimo 6 horas na temperatura inicial da sequencia escolhida, sempre iniciando pela menor. Sequencialmente, para as próximas temperaturas, o período de condicionamento térmico é de 4 horas.

No ensaio de módulo complexo, os corpos de prova também são submetidos a varias frequências de solicitação, para o caso, geralmente são testadas a 1, 3, 10, e 30Hz, mas podem ser inclusas outras frequências para serem analisadas, dependendo do critério do projetista.

No processo do ensaio, são obtidos os dados de força e deslocamento no topo do corpo de prova durante um período de 30 segundos consecutivos de solicitação, este procedimento é realizado para cada temperatura e frequência de condicionamento. Para os

cálculos são utilizados unicamente os últimos 10 segundos de solicitação.

Neste momento, a Universidade Federal de Santa Catarina se encontra no processo de desenvolvimento do único modelo brasileiro para os ensaios de fadiga e de módulo complexo, baseado nos princípios conceptivos franceses. Neste modelo, as forças são obtidas com células de carga e os deslocamentos com sensores de efeito hall. Para efeitos de condicionamento, a máquina conta com duas câmeras, uma cumpre a função de condicionamento dos corpos de prova na temperatura do ensaio e a outra faz um pré-condicionamento do ar que vai servir de suprimento para a câmera de condicionamento principal. A solicitação é fornecida por um motor de indução de eixo duplo comandado por um frequencímetro pré-programado. A rotação do motor é traduzida em deslocamento horizontal por um excêntrico, e este deslocamento é transmitido a um oscilador encarregado de reduzir significativamente este mesmo. (ver Figura 2.16).

Figura 2.16 - (a) Localização do CP na máquina. (b) Vista do motor, excêntrico, oscilador e hastes de transmissão. (c) Célula de carga e

sensor de efeito Hall.

Após a obtenção dos dados, é possível calcular a defasagem (ângulo de fase) entre a tensão aplicada e a deformação resultante, e a partir destes dados, a obtenção do módulo complexo das misturas (HUET, 1963).

Uma maneira mais simples de definir o módulo complexo é apresentado na Equação 2.27 (DE LA ROCHE, 1996).

E*=E1+iE2 (2.27)

Onde:

E1 Parte real que representa a energia armazenada no material e

que pode ser recuperada

E2 Parte imaginaria que representa a energia perdida por atrito

interno do material, correspondente ao comportamento viscoso irreversível.

No final do ensaio do módulo complexo, resultam uma planilha com os valores de temperatura e frequência de condicionamento, módulo elástico (E1), módulo viscoso (E2), defasagem (�),o modulo

complexo (E*).