Propriedades de Deformabilidade

Demonstrados os procedimentos de execução dos ensaios de Módulo de Resiliência (MR) e de Módulo Complexo (E*), realizados para mensurar as propriedades de deformabilidade das misturas asfálticas pesquisadas.

3.4.2.1. Módulo de Resiliência

O ensaio de Módulo de Resiliência (MR) é determinado através das prescrições da norma DNIT - ME 135/2010 - Pavimentação asfáltica - Misturas Asfálticas - Determinação do Módulo de Resiliência e da norma ASTM (American Society for

Testing and Materials) D 4123:1982 - Standard Test Method for Indirect Tension Test for Resilient Modulus of Bituminous Mixtures. O intuito do ensaio é determinar a

capacidade que um corpo elástico tem de armazenar energia, quando solicitado a um carregamento e, após, retornar ao seu estado inicial.

O equipamento utilizado, mostrado na Figura 29, é a Universal Testing Machine UTM - 25, a qual utiliza a norma ASTM D 4123:1982 como base para realizar o ensaio de módulo de resiliência. A UTM - 25 é composta por um pistão que proporciona um carregamento repetido pulsante, com auxílio de um dispositivo pneumático, acoplado a um regulador de tempo e frequência de 1Hz (BOEIRA, 2014). Devido ao equipamento funcionar dentro de uma câmara com temperatura controlada, permite que sejam realizados ensaios em diversas temperaturas, sendo nessa pesquisa, ensaiadas as amostras a 10º, 25º e 35ºC.

Após condicionados a temperatura do ensaio, por no mínimo 12 horas, o corpo- de-prova é colocado no suporte e posiciona-se os LVDTs, na face do mesmo, alinhando-o na vertical, horizontal e centralizado no cilindro de aplicação da carga. O módulo de resiliência é medido a partir da aplicação do carregamento dinâmico com tempo de 0,1 s de duração e 0,9 s de repouso. Dessa forma, a amostra sofre deformações horizontais, que são medidas através de um LVDT, ligado a um microcomputador, que coleta e arquiva todas as informações. Os coeficientes de Poisson, para execução do ensaio, foram de 0,15, 0,30 e 0,35 para as temperaturas de 10, 25 e 35°C, respectivamente. A carga de ensaio adotada foi aquela de menor magnitude que mobilizasse a deformação, de modo a não causar dano na amostra.

As dimensões dos corpos-de-prova foram de, aproximadamente, 6,3 cm de altura e 10cm de diâmetro, e deveriam atender primeiramente, a um volume de vazios de 4±1%. As mesmas amostras utilizadas para esse ensaio, foram rompidas, posteriormente, à RT.

A Equação 3 foi utilizada para o cálculo do módulo de resiliência.

𝑀_𝑅 = 𝑃

∆ℎ(0,9976𝜇 + 0,2692) (3)

Onde:

𝑀_𝑅 = módulo de resiliência (MPa);

𝑃 = carga vertical repetida aplicada diretamente no corpo-de-prova (N);

∆ = deformação elástica ou resiliente medida nos ciclos particulares de repetição de carga (𝑃) (mm);

ℎ = altura do corpo-de-prova (mm); 𝜇 = o coeficiente de Poisson.

Figura 29 - Ensaio de MR realizado no equipamento UTM-25

3.4.2.2. Módulo Complexo

O ensaio consiste na aplicação de uma carga uniaxial compressiva senoidal em corpo de prova cilíndrico, confinado ou não. De acordo com Nascimento (2008), a relação tensão-deformação durante o carregamento senoidal contínuo é definida por um número complexo chamado de Módulo Complexo (E*), e o valor absoluto |E*| é definido como Módulo Dinâmico. Ou seja, |E*| é a relação entre a tensão dinâmica máxima e a deformação axial recuperável máxima, sendo a defasagem entre a aplicação de carga e a resposta da amostra definida como ângulo de fase da mistura asfáltica (φ). O ângulo de fase indica uma das propriedades viscosas do material, sendo 0° para material elástico e 90° para material viscoso (CAVALCANTI, 2010).

O valor do E* varia muito em função dos parâmetros de ensaio (temperatura e velocidade de carregamento), e também dos parâmetros da mistura asfáltica (formulação do material betuminoso, natureza e teor do ligante, porcentual granular e de finos), e, a forma de compactação.

O ensaio é baseado na norma AASHTO T 342-11 - Standard Method of Test

for Determining Dynamic Modulus of Hot-Mix Asphalt Concrete Mixtures, que

prescreve o seguinte:

 frequências de carregamento (para cada temperatura): 0,1, 0,5, 1, 5, 10 e 25Hz;  tamanho do corpo-de-prova: variação do diâmetro entre 100 e 104 mm, altura

de 147,5 e 152,5 mm e tamanho máximo nominal de 37,5 mm.

Porém, devido ao software UTS006 – SPT Dynamic Modulus Test disponibilizar mais frequências, o ensaio foi realizado a 25, 20, 10, 5, 2, 1, 0,5, 0,2, 0,1 e 0,01 Hz. O condicionamento das amostras era de pelo menos uma noite na câmara da prensa para todas as temperaturas ensaiadas, seguindo os tempos mínimos estipulados pela norma AASHTO T 342-11. A Figura 30 ilustra o processo de execução do ensaio de E*.

Figura 30 - Condicionamento das amostras, fixação dos pinos, montagem do ensaio e tela do software utilizado para o ensaio de E*

Após a execução do ensaio, os resultados foram analisados de acordo com o protocolo de Di Benedetto & Corté (2005), pelo modelo 2S2P1D, apresentando as isotermas, isócronas, espaços Cole Cole, Diagramas de Black e curvas mestras de |E*| e φ, de todas as misturas asfálticas em estudo. O ensaio uniaxial de Módulo Complexo é, de acordo com Di Benedetto & Corté (2005), um ensaio homogêneo, que não requer nenhuma solução estrutural, não demandando assim nenhuma hipótese complementar, de modo que apresenta resultados mais similares a real propriedade dos materiais testados. Foram desenvolvidos modelos para capturar os efeitos de

carregamento, envelhecimento, umidade, temperatura, estado de tensão, entre outros fatores, sobre o desempenho do concreto asfáltico, segundo Kim (2009).

De acordo com Pagliosa (2004), modelos reológicos para o comportamento viscoelástico linear tradicionalmente são deriváveis de arranjos de molas (elásticos) e amortecedores (viscosos), o que resultam em relações constitutivas tensão- deformação em forma de operadores diferenciais. Estes elementos, molas e amortecedores, quando combinados podem formar um modelo de material com propriedades viscoelásticas. Existem diversos modelos analíticos, entre eles podemos citar os dois mais simples encontrados na literatura: o Modelo de Maxwell e o Modelo de Kelvin-Voigt. Também existe o de Huet-Sayegh e o 2S2P1D, utilizado nesse trabalho.

Di Benedetto et al. (2004), desenvolveram um estudo de modelagem resultando no modelo 2S2P1D (2 Springs, 2 Parabolic, 1 Dashpot). É um modelo reológico único, baseado em uma simples combinação de elementos físicos: 2 molas, 2 elementos parabólicos e 1 amortecedor, o qual tem um espectro contínuo, ou seja, pode ser representado por uma infinidade de elementos em série ou em paralelo. O modelo 2S2P1D tem 7 constantes e seu módulo complexo é dado pela Equação 4:

𝐸∗(𝑖𝜔𝜏) = 𝐸0 +

𝐸∞− 𝐸0

1 + 𝛿(𝑖𝜔𝜏)−𝑘_{+ (𝑖𝜔𝛽𝜏)}−1 (4)

Onde:

𝑖 = número complexo definido por 𝑖₂ = −1; 𝜔 = pulsação = 2𝜋 × 𝑓𝑟 (onde 𝑓𝑟 é a frequência);

𝑘, ℎ = expoentes tais como 0 < 𝑘 < ℎ < 1; 𝛿 = constante;

𝐸₀ = módulo de elasticidade estático, quando 𝜔 → 0; 𝐸∞ = módulo vítreo, quando 𝜔 → ∞;

𝜏 = tempo característico, cujo valor varia apenas com a temperatura.

Mangiafico (2014) relata que através dessa adaptação o modelo pode ajustar- se muito bem ao comportamento mecânico da maioria das misturas betuminosas, passando a representar bem os intervalos de altas temperaturas e baixas frequências.