Fluência e Relaxamento (Creep-Recovery)

O ensaio de fluência (deformação de um material sob tensão constante) e relaxamento (recuperação do material após aplicação de carga) para múltiplas tensões (MSCR) foi desenvolvido com o objetivo de melhorar a caracterização dos betumes modificados (Bernier

et al., 2012, Shirodkar et al., 2012). Os dois parâmetros obtidos através deste ensaio são o

indicador da deformação não recuperada (Jnr) e a percentagem recuperada (R). O indicador da

resistência do betume à deformação permanente sob cargas repetidas, segundo a norma AASHTO TP 70-11, indica a deformação não recuperada que o betume sofre por cada kPa de tensão aplicada. De acordo com a norma, este ensaio deve realizar-se para a temperatura máxima do grau de comportamento (PG) de forma a garantir que o ligante é avaliado para a temperatura de serviço máxima. Segundo Silva (2002), Portugal apresenta como PG máximo a temperatura de 64 °C em praticamente todo o território, sendo portanto a temperatura adotada para a realização do ensaio neste trabalho.

O ensaio consiste em aplicar uma tensão constante, durante 1 s, que provoca uma dada extensão (fluência), que depois é retirada seguindo-se um período de 9 s de relaxamento. Deste modo, parte da extensão provocada pela tensão é recuperada (extensão recuperável) e parte da extensão é permanente (extensão não recuperável). De acordo com a Figura 4.22 e Figura 4.23 é possível verificar que com o aumento do nível de tensão há um aumento da extensão não recuperável, isto é, para a mesma duração de aplicação de carga e temperatura,

quanto maior a intensidade da carga, maior a extensão não recuperável (maior será o indicador da deformação permanente). Para além disso, verifica-se que para a tensão mais baixa (Figura 4.22a e Figura 4.23a) a extensão recuperável é bastante superior no betume com elastómero (BO10E5) do que no betume modificado apenas com óleo. A introdução de elastómero aumenta a capacidade de recuperação do betume após aplicação de carga. Contudo, para tensões superiores (Figura 4.23b) a extensão não recuperável aumenta, tornando-se superior à recuperada, ou seja, o betume para este nível de tensão tem um comportamento mais viscoso do que elástico. No caso do betume com óleo a extensão recuperável é praticamente nula (Figura 4.22b), ou por outras palavras, toda a extensão provocada pela tensão torna-se permanente.

Figura 4.22 – Representação de um ciclo de Fluência e Relaxamento do betume BO10: a) tensão de 25 Pa; b) tensão de 3200 Pa

Figura 4.23 – Representação de um ciclo de Fluência e Relaxamento do betume BO10E5: a) tensão de 25 Pa; b) tensão de 3200 Pa

a)

a) b)

O mesmo tipo de análise foi realizado para todos os betumes em estudo, de forma a determinar o indicador da deformação não recuperada ou permanente por cada kPa de tensão aplicada (Jnr), considerado na norma o principal valor a retirar deste ensaio. Esse valor deve

ser reduzido, pois significa que o betume consegue recuperar elasticamente grande parte da deformação sofrida em cada ciclo de carga.

De acordo com a Figura 4.24, o betume convencional, o Styrelf, o betume com óleo e o betume com 2,5 % de polímero apresentam o indicador da deformação permanente constante em todas as tensões aplicadas, com exceção da mais elevada. O facto de o indicador permanecer constante implica que a deformação não recuperada resultante de cada unidade de tensão aplicada se mantem igual com o aumento da tensão. Contudo, para a tensão mais elevada há um ligeiro aumento do indicador e consequentemente um aumento da deformação não recuperável, o que poderá provocar um aumento da deformação permanente. Por sua vez, os betumes BO10P5 e BO10E5 apresentam valores do Jnr crescentes com o aumento da

tensão, o que indica que a deformação não recuperável aumenta à medida que aumenta a tensão instalada (algo a confirmar para períodos de repouso superiores aos 9 s indicados na norma). Quando comparados com o betume convencional, apenas o betumes Styrelf, BO10P5 e BO10E5 possuem valores do indicador de resistência à deformação permanente inferiores. Como tal, estes betumes apresentam reduzida deformação não recuperável, sendo que o betume BO10E5 é o que possui menor deformação não recuperável, seguindo-se do Styrelf.

Figura 4.24 – Valores do indicador da resistência à deformação permanente a várias tensões para os betumes convencional, comercial e modificados com 10 % de óleo e polímeros

No que diz respeito aos betumes modificados com 20 % de óleo (Figura 4.25) apenas o betume convencional, o Styrelf e o BO20 exibem os valores do indicador de resistência à deformação permanente constantes com o aumento da tensão, não incluindo a tensão mais elevada. De facto, os restantes betumes apresentam aumento desse indicador com o aumento da tensão, indicando um aumento da deformação não recuperável com o aumento da tensão. Comparativamente ao Styrelf e ao betume convencional, os betumes BO20P10 e BO20E10 apresentam valores do indicador de resistência à deformação permanente inferiores na totalidade das tensões. Este comportamento permite concluir que estes dois betumes apresentarão baixa deformação permanente devido ao reduzido valor de deformação não recuperável que apresentam para cada nível de tensão instalada. Por sua vez, betume BO20E5 exibe até à tensão de 0,4 kPa valores de indicador de deformação permanente inferiores ao betume convencional e ao Styrelf, apresentando para as restantes tensões valores superiores aos do Styrelf. O betume BO20P5 apresenta valores de deformação não recuperável compreendidas entre o Styrelf e o betume convencional, sendo que para a menor tensão é inferior ao Styrelf e para as duas últimas tensões é superior ao betume convencional. Por último, o betume apenas com óleo apresenta o maior valor de deformação não recuperável e consequentemente apresenta a menor resistência à deformação permanente de todos os materiais em estudo.

Figura 4.25 – Valores do indicador da resistência à deformação permanente a várias tensões para os betumes convencional, comercial e modificados com 20 % de óleo e polímeros

Após esta análise é possível estimar que os betumes BO10P5 e BO10E5 irão apresentar uma reduzida deformação permanente quando comparados com o betume convencional, pois apresentam valores inferiores de deformação não recuperada. Aliado a isto, espera-se que o betume BO10E5 apresente o melhor desempenho à deformação permanente em comparação os restantes betumes mencionados. Deste modo, a seleção destes ligantes para posterior análise do seu comportamento nas misturas betuminosas é mais uma vez justificada.