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São ensaios normalmente realizados em provetes cilíndricos em que a carga, de compressão é aplicada na direcção do eixo do provete. A carga aplicada pode ser estática ou cíclica.

O ensaio de compressão uniaxial estático consiste em submeter provetes cilíndricos de mistura betuminosa a uma carga axial de compressão durante um determinado intervalo de tempo. A carga é mantida constante durante a sua aplicação. Durante o ensaio é medida a deformação axial do provete, podendo também ser medida a deformação radial.

Estes incluem uma fase de descarga após a fase de aplicação de carga, em que se retira a carga, recuperando o provete alguma da deformação sofrida, deformação reversível. Este ensaio tem sido utilizado para determinar os parâmetros dos modelos físicos utilizados na modelação de misturas betuminosas, como por exemplo o modelo de Burgers.

O resultado é uma curva que representa a deformação axial sofrida pelo provete em função do tempo. Uma das propriedades da mistura determinada com este tipo de ensaios é o “módulo de rigidez da mistura”, que é o quociente entre a tensão aplicada ao provete e a deformação sofrida por este após um determinado tempo de ensaio.

Para a avaliação da resistência à deformação permanente da mistura betuminosa, a deformação utilizada para o cálculo do módulo de rigidez da mistura deveria corresponder à deformação irreversível. No entanto, apesar das elevadas temperaturas de realização do ensaio, a parcela da deformação viscosa (irreversível) é muito inferior à parcela da deformação elástica (reversível). Assim, para avaliar o comportamento à deformação permanente de misturas betuminosas pode considerar-se adequado o módulo de rigidez calculado com a deformação total do provete.

Refira-se que quando se utiliza o módulo de rigidez da mistura obtido neste tipo de ensaios para efectuar previsões da deformação permanente, os valores obtidos são inferiores aos que se obtêm em pistas de ensaio ou em pavimentos em serviço. Este facto deve-se ao efeito

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dinâmico das cargas aplicadas, quer em pistas de ensaio quer da passagem de veículos em pavimentos em serviço, que o ensaio de compressão uniaxial estático não simula.

Existe ainda a utilização deste ensaio repetindo o carregamento, normalmente realiza-se um número reduzido de carregamentos. Para a realização do ensaio devem ser definidas igualmente as condições de carregamento como sejam a tensão aplicada, duração do tempo de carregamento e de repouso, a forma do carregamento e o número de carregamentos. O tempo de carregamento nestes ensaios varia, sendo usualmente na ordem dos 10 segundos, após o qual se segue um tempo de repouso com uma duração superior, de forma que o provete recupere toda a extensão reversível.

O ensaio de compressão uniaxial estático apesar de útil, não simula a passagem do tráfego que é uma acção fundamentalmente dinâmica. Os progressos tecnológicos permitiram desenvolver, para melhor simular esse efeito dinâmico, ensaios de compressão uniaxial mas nos quais o provete é submetido a carregamentos repetidos com uma frequência elevada. Estes ensaios têm uma configuração igual aos anteriores mas a aplicação de carga é cíclica. Os ciclos de carregamento são mais rápidos com frequências de 0,5 Hz a 2 Hz. Assim, os tempos de carga duram normalmente de 0,1 a 1 segundos, com tempos de repouso de 0,5 a 1 segundos. Durante um ensaio são assim aplicados milhares de carregamentos.

O carregamento pode ter uma forma rectangular ou sinusoidal. Este tipo de ensaio permite simular de forma mais eficiente as acções a que uma mistura betuminosa está sujeita num pavimento rodoviário devido ao tráfego. Apresenta-se na Figura 3.2 um equipamento para a realização de ensaios de compressão uniaxial cíclicos.

Figura 3.2 - Ensaio de compressão uniaxial cíclico realizado no Laboratório de Pavimentos do DEC-FCTUC.

Por cada carregamento existe uma parcela de deformação não recuperável do provete. Assim, o resultado deste ensaio é uma curva da evolução da deformação axial permanente acumulada com o número de carregamentos (ver Figura 3.3).

Figura 3.3 - Curva típica de deformação obtida em ensaios de compressão uniaxial cíclicos (CEN, 2001)

São visíveis na curva as três fases características:

ƒ Fase 1: em que a inclinação da curva decresce rapidamente com a aplicação das cargas. Entre os factores que explicam esta fase da curva estão, uma densificação da mistura com alteração da microestrutura e reorientação das partículas do agregado, o que conduz a uma mistura mais resistente. Outro factor que pode influenciar esta primeira fase da curva de fluência é a irregularidade da superfície do provete que leva a que a força seja aplicada nos pontos elevados gerando concentrações de tensões nesses locais.

ƒ Fase 2: em que a inclinação da curva é quase constante com as repetições de carga. A deformação permanente nesta fase é principalmente devida a deformações por corte. A inclinação da curva de fluência nesta fase pode ser utilizada para avaliar a susceptibilidade à deformação permanente das misturas betuminosas, conseguindo-se ordená-las por ordem preferencial.

ƒ Fase 3: em que a inclinação da curva cresce rapidamente com a aplicação das cargas, esta fase corresponde à rotura do provete. A rotura pode dever-se a diferentes factores como sejam, a fadiga, não homogeneidade da mistura, etc. Nesta fase observam-se as grandes deformações no provete, assim como o seu fendilhamento.

Dependendo das condições de ensaio e da mistura pode não se verificar uma ao mais fases da curva de fluência.

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Existem no entanto alguns autores (SHRP, 1994) que referem que a fase 3 da curva de deformação não simula o que sucede no pavimento. Apesar de nos pavimentos se verificar um andamento da deformação nas camadas betuminosas similar, no ensaio de compressão uniaxial cíclico o provete aumenta de volume durante o ensaio e a rotura do provete na fase final (fase 3) ocorre com fendilhamento no provete, o que pode dever-se a tensões de tracção. No pavimento a deformação ocorre essencialmente a volume constante (mesmo a diletância da mistura é obviada pela existência de material circundante), pelo que os fenómenos que regem a rotura do material no ensaio e no pavimento podem ser de diferente natureza.

Este ensaio está incluído nas recentes normas europeias sobre misturas betuminosas do CEN, através da prEN 12697-25 (CEN, 2001), que especifica as condições gerais do ensaio. Estes ensaios são realizados sem aplicar nenhum tipo de tensão de confinamento, apenas se submete o provete a tensões axiais, no entanto, na situação de serviço esse confinamento existe. Assim, a pré-norma prEN 12697-25 prevê que o provete tenha uma largura superior à da aplicação da carga, conseguindo-se desta forma um determinado grau de confinamento. Os resultados deste ensaio permitem caracterizar as misturas betuminosas quanto à sua sensibilidade à deformação permanente, podendo com base nestes determinar-se alguns parâmetros para modelos matemáticos que permitam realizar modelações numéricas.