O comportamento pseudoplástico dos ligantes asfálticos modificados

A compactação de misturas asfálticas é um processo de densificação progressiva em que o ligante asfáltico é submetido a uma faixa de taxas de cisalhamento relativamente ampla. Os ligantes asfálticos não-modificados não são suscetíveis às taxas de deformação aplicadas durante o processo, o que significa que a viscosidade pode ser medida a qualquer taxa de cisalhamento. No entanto, os modifi- cadores têm a capacidade de afetar as características da viscosidade dos ligantes asfálticos a temperaturas elevadas. A principal conseqüência da incorporação de polímeros é tornar a viscosidade suscetível à taxa de cisalhamento. Para ligantes asfálticos de comportamento pseudoplástico, a taxa de cisalhamento precisa ser controlada, caso se queira obter uma caracterização precisa do seu comportamento reológico. No caso dos ligantes asfálticos puros, a viscosidade é afetada apenas pela temperatura, já no caso dos ligantes asfálticos modificados, a temperatura e a taxa de cisalhamento afetam o valor da viscosidade.

A pseudoplasticidade é uma característica fundamental da viscosidade dos ligantes asfálti- cos modificados e tem sido abordada pelos pesquisadores como um ponto-chave no entendimento do

comportamento reológico dos ligantes asfálticos modificados sobre as temperaturas de usinagem e de compactação das misturas asfálticas. O método proposto por Katri et al. (2001) e Bahia et al. (2001a), para a determinação das temperaturas de usinagem e de compactação, leva em conta o caráter pseudo- plástico dos ligantes asfálticos modificados e, como principal vantagem, fornece temperaturas mais bai- xas que as determinadas quando se considera os ligantes asfálticos modificados materiais newtonianos.

Um grupo de pesquisadores (YILDIRIM et al., 2000) considerou o efeito da pseudoplastici- dade dos ligantes asfálticos modificados sobre as temperaturas de usinagem e de compactação de mistu- ras e verificaram que, ao se levar em conta a taxa de cisalhamento sofrida pelo material durante o pro- cesso de compactação, as temperaturas de processamento podem ser reduzidas de 10 a 40°C. Os auto- res partiram do pressuposto de que a viscosidade durante a compactação deveria ser a mesma para dois ligantes asfálticos diferentes se eles apresentassem a mesma densidade aparente (Gmb), considerando

que todos os outros fatores que afetam a Gmb, como a distribuição granulométrica, o tipo de compactação,

o tipo de agregado, etc. foram mantidos fixos. Valores de viscosidade foram obtidos em diversas taxas de cisalhamento no viscosímetro Brookfield e o valor da taxa de cisalhamento associada à viscosidade co- mum a ambos os materiais foi estimada, por extrapolação, no ponto em que as curvas de viscosidade de dois materiais se cruzam.

Yildirim et al. (2000) assumiram que o valor estimado de taxa de cisalhamento obtido no Brookfield corresponde à taxa sofrida pelo ligante asfáltico no compactador giratório. Os autores admitem que a taxa de cisalhamento empregada na obtenção da viscosidade no viscosímetro Brookfield (6,8 s-1_{) é}

muito inferior à estimada pelo método proposto por eles no compactador giratório (entre 399 e 638 s-1_).

Quando a viscosidade é medida a taxas mais altas, as temperaturas de processamento são mais baixas. Na experiência dos autores, as temperaturas de processamento foram estimadas para taxa de 490 s-1 _e

comparadas com as estimadas para a taxa de 6,8 s-1_.

Ao longo dos anos, vários equipamentos foram empregados na medida da viscosidade pa- ra uso na pavimentação, especialmente o viscosímetro capilar e o viscosímetro Saybolt-Furol, embora neste último a medida obtida não possa ser considerada a rigor uma propriedade fundamental do material. Em ambos os casos, as taxas de cisalhamento aplicadas variam de forma complexa, dificultando sua determinação e consequentemente seu controle. O Superpave recomendou o uso do viscosímetro Brook- field para medida da viscosidade, em função de suas vantagens como instrumento de medida, em espe- cial sua capacidade de controlar a taxa de cisalhamento. Outra alternativa para a medida da viscosidade é o reômetro de cisalhamento dinâmico, em que é obtida a viscosidade em regime oscilatório de cisalha- mento, denominada viscosidade complexa, quando medida sob tensão controlada, ou a viscosidade em regime permanente de cisalhamento, denominada viscosidade rotacional, quando medida sob deforma- ção controlada. Esta última seria a mesma obtida no viscosímetro Brookfield, não fosse a diferença no formato da amostra. A diferença entre ambas é que a complexa é medida a uma certa freqüência e a rotacional é medida sob uma dada taxa de cisalhamento.

Pelo princípio de Cox-Merz, a viscosidade complexa de materiais homogêneos pode ser considerada equivalente à medida em regime permanente, para freqüência igual à taxa de cisalhamento, para freqüências altas. Para taxas de cisalhamento baixas ou tendendo a zero, a viscosidade medida em regime permanente é equivalente à parcela dissipativa da viscosidade complexa. Materiais heterogêneos, como é o caso dos ligantes asfálticos modificados, podem se distanciar ligeiramente deste princípio. Um grupo de pesquisadores (BOULDIN et al., 1991) verificou que esta relação é válida tanto para ligantes asfálticos modificados quanto não-modificados, no entanto outros autores (STROUP-GARDINER e NEWCOMB, 1995) verificaram que este princípio se aplica muito bem a ligantes asfálticos com compor- tamento newtoniano e que, no caso de ligantes asfálticos de comportamento pseudoplástico, a viscosida- de complexa é superestimada.

Apesar de permitir o controle da taxa de cisalhamento e ser o equipamento mais emprega- do atualmente, o viscosímetro Brookfield apresenta limitações práticas. Estudos preliminares (YILDIRIM et al., 2000) indicam que as taxas de cisalhamento aplicadas pelo compactador giratório Superpave são muito altas (entre 399 e 638 s-1_{, segundo estimativas destes autores) e alguns modelos de viscosímetro}

rotacional, como o Brookfield DVII não podem ser operados nestes níveis. Para este modelo, a taxa de cisalhamento máxima obtida com “spindle” 27 é 93 s-1 _{e a medida de viscosidade tradicionalmente é rea-}

lizada à taxa de 6,8 s-1 _{com este “spindle”, que corresponde à rotação de 20 rpm.}

Como indicado por Yildirim et al. (2000) e também apontado por Faxina et al. (2004) ao es- tudarem ligantes asfalto-borracha, o viscosímetro Brookfield pode medir a viscosidade apenas em interva- los pequenos de taxas de cisalhamento sob dada temperatura. Se se quiser estender este intervalo, é necessário realizar varreduras de taxa de cisalhamento com vários “spindles”. Mesmo assim, a cobertura obtida não é suficiente para compor uma curva completa de viscosidade versus taxa de cisalhamento. Na prática (FAXINA et al., 2004), costuma-se realizar extrapolações, a fim de comparar os valores de visco- sidade de ligantes asfálticos diferentes à mesma taxa, mas este procedimento nem sempre é indicado.

A incorporação de teores altos de borracha de pneu proporciona alto nível de modificação ao ligante asfáltico, elevando sua viscosidade e tornando-o um fluido pseudoplástico. Para recompor a constituição química do ligante asfáltico, afetada pelo consumo de óleos aromáticos durante a incorpora- ção da borracha, óleos extensores são empregados, especialmente, a fim de manter a viscosidade do produto final em níveis próprios para o uso. A adição de óleos extensores também pode afetar o compor- tamento pseudoplástico do ligante asfalto-borracha (FAXINA et al., 2004).