Lista de símbolos e siglas Símbolos
1.3 Organização do trabalho
Este trabalho é constituído por cinco capítulos. No presente capítulo, expõem-se algumas considerações gerais sobre pavimentos rodoviários, misturas betuminosas, em particular a sua composição, características e o processo de fabrico e compactação. Escreve-se ainda sobre os betumes modificados, nomeadamente as suas mais-valias relativamente aos betumes puros e a sua utilização na concepção dos pavimentos rodoviários.
No capítulo dois, apresentam-se todos os elementos necessários para descrever o comportamento reológico dos betumes às temperaturas de serviço e construção.
No capítulo três, fazem-se algumas considerações sobre as misturas betuminosas e a importância do processo de fabrico e compactação na sua concepção. Apresentam-se as diversas metodologias utilizadas na determinação das temperaturas de fabrico e compactação de misturas betuminosas com betumes puros e modificados.
O quarto capítulo aborda a metodologia experimental utilizada. Neste apresentam-se os betumes puros (ou base), os agentes modificador e estabilizador e o processo de modificação utilizado.
No quinto capítulo mostram-se os resultados da caracterização dos betumes puros e modificados, bem como as temperaturas de fabrico e compactação obtidas pela aplicação dos diversos métodos.
No sexto capítulo, sintetizam-se as conclusões finais deste trabalho, as quais originaram propostas e sugestões para desenvolvimentos futuros.
O Anexo A mostra, por meio de gráficos, os resultados da medição da viscosidade dinâmica aos betumes puros, a diferentes taxas de corte.
No Anexo B apresenta-se, por meio de gráficos, os resultados da medição da viscosidade dinâmica aos betumes modificados, a diferentes taxas de corte.
No Anexo C encontram-se representadas as relações entre as constantes k e n do modelo da Lei de Potência e a percentagem de polímero.
O Anexo D mostra os gráficos que tiveram na base do cálculo das temperaturas de fabrico e compactação dos betumes puros.
No Anexo E apresentam-se os gráficos que tiveram na base do cálculo das temperaturas de fabrico e compactação dos betumes modificados.
No Anexo F expõem-se os catálogos com as temperaturas de fabrico e compactação aconselhadas pelos produtores Cepsa e Galp, para os betumes modificados.
Equation Chapter (Next) Section 1
Capítulo 2
2
Reologia
2.1 Introdução
O termo “Reologia” foi introduzido no meio científico pelo Professor Eugene Cook Bingham, para definir o estudo da “deformação e escoamento da matéria”. Esta definição foi aceite aquando da fundação da American Society of Rheology, em 1929 [7]. De forma mais clara, a reologia é a ciência que estuda o comportamento mecânico dos materiais, entre os extremos clássicos de Hooke (teoria da elasticidade) e de Newton (teoria dos fluidos Newtonianos). Apesar de na mecânica clássica, o estudo destes comportamentos serem abordados em ramos distintos, Figura 2.1. O estudo do comportamento de Hooke pertence à mecânica dos sólidos e o estudo do comportamento dos fluidos de Newton está afecto à mecânica dos fluidos.
Neste capítulo, aborda-se uma temática importante no estudo dos betumes, a reologia. Aqui descrevem-se, de um modo geral, os comportamentos reológicos e em particular aqueles que caracterizam os betumes.
Em primeiro lugar, no subcapítulo 2.2 introduz-se o conceito de viscosidade, enunciam-se os parâmetros necessários para a poder quantificar, bem como, a sua dependência em relação à taxa de corte, temperatura, pressão e tempo de carregamento.
No subcapítulo 2.3, apresentam-se, de um modo geral, os vários comportamentos reológicos, e referem-se as dependências de cada um, em relação à taxa de corte, temperatura, pressão e tempo de carregamento.
No subcapítulo 2.4, descreve-se o comportamento reológico dos betumes puros e modificados, às temperaturas de serviço e construção.
No subcapítulo 2.5, definem-se os modelos reológicos inerentes aos comportamentos Newtoniano, não-Newtoniano independente do tempo e viscoelástico linear.
Por último, no subcapítulo 2.6, referem-se os equipamentos de medição das propriedades reológicas do betume utilizados às diferentes temperaturas de serviço e de construção.
2.2 Viscosidade
A viscosidade de corte, ou simplesmente viscosidade, é tradicionalmente considerada como a propriedade mais importante do betume, permitindo conhecer o seu comportamento em diferentes tipos de condições (temperatura, pressão, taxa de corte e tempo de carregamento), dando assim, informações sobre o seu comportamento reológico. O conceito de viscosidade representa a medida do atrito interno de um material e é uma medida da resistência ao escoamento [7].
Na Figura 2.2 é representado o escoamento de corte plano, entre dois planos paralelos com uma área, A, cada. O fluido está confinado aos dois planos paralelos, um dos quais está fixo e o outro desloca-se na horizontal com uma velocidade constante, U, devido à aplicação de uma força tangencial, F, sobre o plano móvel e d é a distância entre os dois planos paralelos. A lei da viscosidade de Newton diz que, a força por unidade de área aplicada é proporcional à taxa de corte [7]. Sendo, o factor de proporcionalidade entre estes, designado por viscosidade, Equação (2.1), na qual
τ
=F A
,Figura 2.1 – Hierarquia da Mecânica Clássica.
Reologia
Mecânica Teórica Mecânica dos
Meios Contínuos Mecânica dos Sólidos Mecânica dos Fluidos Mecânica Clássica
τ
representa a tensão de corte em Pa, F a força aplicada em N e A a área em m2; η representa a viscosidade dinâmica em Pa·s; eγ=U d
, onde γ representa a taxa de corte (ou gradiente de velocidade) em s-1, U a velocidade relativa em m/s e d a distância entre os dois planos paralelos em m.τ ηγ= (2.1)
A unidade da viscosidade dinâmica no Sistema Internacional é o Pascal Segundo (Pa·s), contudo esta também pode ser expressa, no sistema cgs (centímetro-grama-segundo), por Poise (P)
(
1Pa s⋅ =10 P)
[7]. Não obstante, a viscosidade também pode ser medida em mm/s2 (1 mm/s2 = 1 cSt (centistoke)), unidades da viscosidade cinemática. Esta relaciona-se com a viscosidade dinâmica através da Equação (2.2), onde υ representa a viscosidade cinemática, η a viscosidade dinâmica e ρ a massa volúmica do material [3].η υ
ρ
= (2.2)
A viscosidade de um material é usualmente função de quatro variáveis distintas: a taxa de corte, a temperatura, a pressão, e o tempo de carregamento, ou seja,