Medidas isoladas

Medidas isoladas são aquelas obtidas em condições experimentais pontuais e não em um amplo espectro de condições, por exemplo, de temperatura, de tempo de carregamento, de níveis de tensão ou de deformação, etc. Uma ou mais medidas isoladas de consistência são empregadas para avaliar as características físicas dos ligantes asfálticos. Medidas de penetração, ductilidade, ponto de amolecimento e vários tipos de viscosidade estão entre as mais comumente usadas. As três primeiras são empíricas por natureza, ao passo que a quarta é uma propriedade fundamental.

Medidas de viscosidade. Ensaios de fluência (ANDERSON et al., 1991) foram conduzidos por um gran-

de número de pesquisadores, a fim de tentar calcular o coeficiente de viscosidade de ligantes asfálticos em temperatura ambiente e abaixo dela. Para isso, é necessário aplicar uma tensão de cisalhamento ao material, até que a taxa de cisalhamento fique constante, como indicado na Figura 2.19. Para temperatu- ras inferiores a 25°C, tempos de carregamento relativamente longos são necessários para que isso ocor- ra, conforme indicado na Tabela 2.1.

Tabela 2.1. Tempo para estabilização da taxa de cisalhamento do ligante asfáltico AAB-1 do SHRP. [Fonte: Anderson et al. (1991)]

temperatura (°C) tempo para estabilizar a taxa de cisalhamento

5 três dias 15 uma hora e meia

25 5 minutos 35 60 segundos

Para tempos de carregamento inferiores aos indicados, o ligante asfáltico, mesmo quando solicitado na faixa de viscoelasticidade linear, exibe significativa elasticidade retardada, atrasando a esta- bilização da taxa de cisalhamento. Por outro lado, se é dado tempo suficiente para a elasticidade retarda- da ser consumida, deformações muito grandes provavelmente ocorrerão, proporcionando a ocorrência de não-linearidade geométrica. Não-linearidade geométrica ocorre quando as deformações são suficiente- mente grandes a ponto de violar a suposição de pequenas deformações, empregada na análise viscoe- lástico-linear (ANDERSON et al., 1991).

Figura 2.19. Variações da taxa de cisalhamento e cálculo da viscosidade no ensaio de fluência. [Fon- te: Anderson et al. (1991)]

Muitos pesquisadores confundiram os efeitos de elasticidade retardada e de não- linearidade geométrica ou simplesmente o ignoraram. A não consideração desses fenômenos fez com que representações não-lineares impróprias do comportamento tensão-deformação dos ligantes asfálticos fossem empregadas. A não-linearidade aparente do ligante asfáltico foi considerada ao usar uma repre- sentação não-linear do comportamento à fluência, como o modelo da lei das potências, ou ao especificar um coeficiente de viscosidade aparente. Outros mediram a taxa de cisalhamento, assumida constante, para uma série de níveis de tensão de cisalhamento, e extrapolaram o coeficiente de viscosidade apa- rente calculado para uma taxa de cisalhamento tendendo a zero. Nesses procedimentos, os ensaios normalmente são conduzidos na região de viscoelasticidade não-linear e a resposta elástica retardada do ligante asfáltico não é considerada ou é admitida como um efeito não-linear (ANDERSON et al., 1991).

Conceitualmente, o coeficiente de viscosidade representa uma medida absoluta apenas pa- ra fluidos newtonianos, cujas propriedades são independentes das taxas de cisalhamento ou dos níveis de tensão. No entanto, a maioria dos ligantes asfálticos não-modificados exibe comportamento newtonia- no apenas sob temperaturas altas, normalmente acima do ponto de amolecimento, ou para taxas de cisalhamento muito baixas (ANDERSON et al., 1994, KATRI et al., 2001). A maioria dos ligantes asfálti- cos modificados e alguns ligantes asfálticos de alto PG apresentam comportamento pseudoplástico mes- mo a temperaturas altas ou taxas de cisalhamento baixas (KATRI et al., 2001).

Para as altas temperaturas de serviço do pavimento e nas temperaturas de processamento e de compactação das misturas asfálticas, ligantes asfálticos não-modificados e que não sofreram enve- lhecimento significativo se comportam como fluidos newtonianos. Garantidas essas condições, os ligantes asfálticos podem ser adequadamente caracterizados por meio da medida de viscosidade capilar e assim eram caracterizados, nos Estados Unidos, antes da implantação da especificação Superpave. A ocorrên- cia de envelhecimento e a adição de modificadores introduzem uma parcela suficiente de resposta elásti- ca e de suscetibilidade à taxa de cisalhamento que invalida o uso da viscosidade capilar para caracteriza- ção de ligantes asfálticos sob temperaturas altas. Para temperaturas baixas ou tempos de carregamento curtos, os ligantes asfálticos são não-newtonianos e não podem ser descritos por um valor absoluto de coeficiente de viscosidade. Para solucionar esse problema e preservar a viscosidade como propriedade de controle, as medidas ficaram restritas a temperaturas acima de 60°C, nas quais o comportamento dos ligantes asfálticos não-modificados pode ser considerado newtoniano (ANDERSON e KENNEDY, 1993)

Uma outra abordagem para a medida da viscosidade envolvia a consideração da taxa de cisalhamento e/ou o nível de tensão para atribuir um significado mais consistente a essa propriedade. A viscosidade, neste caso denominada viscosidade aparente, é dependente da taxa de cisalhamento, do nível de tensão e da temperatura. Porém, havia incertezas relativas às faixas de valores de taxa de cisa- lhamento, de tensão e de temperatura nas quais a medida deveria ser realizada. Em virtude da ausência

de qualquer razão válida para selecionar um conjunto específico de condições de ensaio, essa seleção variou entre pesquisadores e se reduziu a uma questão de conveniência experimental (ANDERSON et al., 1994).

Uma nova abordagem surgiu com a introdução do viscosímetro de placas deslizantes da Shell (GRIFFIN et al., 1955)21_{. Esses autores sugeriram a medida da viscosidade aparente a 25°C com}

uma taxa de cisalhamento constante de 0,05 s-1_{, também por causa de conveniências experimentais e}

adequação do equipamento na época disponível para essa medida. A partir de então, esse procedimento se tornou o mais comum para medida da viscosidade. No entanto, apesar da grande aceitação dessa abordagem, outros pesquisadores a criticaram e escolheram outra. Chipperfield e Welch (1967)22 _{e Mack}

(1965)23 _{indicaram que a abordagem considerando uma taxa de cisalhamento constante seria completa-}

mente enganosa e que o nível de tensão seria tão importante quanto a taxa de cisalhamento. Chipperfield e Welch (1967)22 _{constataram que a viscosidade aparente medida a tensão constante, embora não repre-}

sentasse um método absolutamente satisfatório, seria um indicador mais apropriado do envelhecimento de ligantes asfálticos (ANDERSON et al., 1994).

A revisão dos estudos que empregaram medidas de viscosidade indica que a viscosidade newtoniana e a viscosidade aparente foram amplamente empregadas nas medidas das propriedades de ligantes asfálticos virgens e na avaliação de suas alterações com o envelhecimento. Embora, em certa extensão, tais medidas possam ser consideradas propriedades fundamentais, elas, por si só, não solu- cionam por inteiro a questão da caracterização viscoelástica ao longo das faixas extensas de temperatu- ras, de níveis de tensão e de taxas de cisalhamento às quais os ligantes asfálticos estão submetidos. A viscosidade newtoniana, sob temperaturas elevadas, não pode ser extrapolada para temperaturas mais baixas e a viscosidade aparente é uma função da taxa de cisalhamento e do nível de tensão (ANDERSON et al., 1994).

Penetração e ductilidade. Os ensaios de penetração e de ductilidade foram considerados inadequados, pelo SHRP, como propriedades fundamentais para a caracterização do comportamento reológico de ligantes asfálticos, sob temperaturas intermediárias. Tais inadequações se devem, em parte, à impossibi- lidade de se definir os domínios de tensões e deformações sofridos pela amostra. Além disso, as defor- mações sofridas pelas amostras durante os ensaios são muito grandes, são variáveis ao longo do corpo- de-prova e não podem ser facilmente modeladas ou calculadas (ANDERSON e KENNEDY, 1993).

21 _{GRIFFIN, R.L. et al. (1955). Microfilm durability test for asphalt. Association of Asphalt Paving Technologists, v.}

24, p.31-62.

22 _{CHIPPERFIELD, E.H.; WELCH, T.R. (1967). Studies on the relationships between the properties of roadbitumens}

and their service performance. Association of Asphalt Paving Technologists, v.36, p.421-488.

23 _{MACK, C. (1965). An appraisal of failure in bituminous pavement. Association of Asphalt Paving Technologists,}