Temperaturas de usinagem e de compactação para ligantes asfálticos modificados

A maioria dos ligantes asfálticos modificados (BAHIA et al., 1998b) e dos ligantes asfálticos com PG alto (KATRI et al., 2001) é dependente da taxa de cisalhamento e, ao serem tratados como flui-

dos newtonianos, podem ser comprometidos pelas altas temperaturas praticadas. Em 2001, um método para determinação das temperaturas de usinagem e de compactação, que considera a pseudoplasticida- de dos ligantes asfálticos modificados, foi proposto por Katri et al. (2001) e Bahia et al. (2001a). Estes autores declaram que, ao levar em conta a natureza pseudoplástica dos ligantes asfálticos modificados, é possível trabalhar com viscosidades mais altas que as fornecidas pelos métodos tradicionais. Em conse- qüência, as temperaturas obtidas pelo novo método, nas quais o critério de viscosidade proposto é aten- dido, são, em média, 40°C mais baixas que as temperaturas obtidas pelas especificações correntes.

São três as alternativas que poderiam ser empregadas para alcançar o nível de compacta- ção adequado de uma mistura asfáltica (KATRI et al., 2001): (a) aumentar as temperaturas de processa- mento, (b) aumentar o esforço de compactação e (c) aumentar o teor de ligante asfáltico. Com o aumento do uso de ligantes asfálticos modificados e com o uso crescente de novas composições granulométricas, passou a ser fundamental entender como a viscosidade pode afetar o grau de compactação da mistura asfáltica e quais níveis de compactação são de fato necessários para evitar a compactação extra ou a adição de teores mais altos de ligante asfáltico.

Misturas compostas com ligantes asfálticos modificados mostraram volume de vazios maio- res que as compostas com ligantes asfálticos convencionais, para a viscosidade medida a 6,8 s-1 _{(20 rpm}

com “spindle” 27) (KATRI et al., 2001). Isto se deu provavelmente porque a viscosidade do ligante asfálti- co está sendo subestimada pela medida a 20 rpm com “spindle” 27. Volumes de vazios maiores ocorre- ram porque a viscosidade característica do processo de compactação resultou maior que a prevista, o que indica que as taxas de cisalhamento alcançadas durante a densificação foram menores que 6,8 s-1_.

Sendo o ligante asfáltico pseudoplástico, a taxas de cisalhamento baixas, a viscosidade é maior que a taxas mais altas. Por isso, os autores concluem que a compactação é mais afetada pela viscosidade a baixas taxas que pela viscosidade a altas taxas, o que de certa forma se contrapõe à hipótese consensu- almente aceita, e também indicada por Yildirim et al. (2000), de que as taxas de cisalhamento na compac- tação são muito maiores que 6,8 s-1_.

Correlações entre a viscosidade medida no viscosímetro Brookfield a 6,8 s-1 _{e o volume de}

vazios obtido de misturas compactadas com o mesmo número de giros no compactador giratório foram feitas (KATRI et al., 2001). Estes autores verificaram que, para um mesmo valor de viscosidade, volumes de vazios diferentes são obtidos, dependendo do tipo de ligante asfáltico. Embora as misturas tenham sido compactadas em temperaturas de equiviscosidade, a densidade obtida é dependente do tipo de ligante asfáltico. A viscosidade do material por si só parece não ser o único fator interveniente sobre a densificação das misturas. Um outro parâmetro que pudesse levar em conta o efeito do tipo de ligante asfáltico parece ser necessário. Os autores verificaram por meio de análise de variância que o parâmetro “c” da lei das potências é uma variável explicativa estatisticamente significativa da variabilidade do volume de vazios dos ligantes asfálticos modificados. Os autores passam então a considerar o efeito da pseudo- plasticidade do ligante asfáltico sobre a densidade das misturas.

Correlações entre valores de viscosidade medidos a diversas taxas de cisalhamento e o vo- lume de vazios das misturas asfálticas foram feitas (KATRI et al., 2001), com base nas quais estes auto- res concluíram que a variabilidade do volume de vazios é mais bem explicada pela viscosidade medida a baixas taxas. Por isso, concluem que a viscosidade a taxas baixas é um parâmetro que pode combinar os efeitos da taxa de cisalhamento e da viscosidade sobre a compactação em um único indicador. Ao se empregar a viscosidade a baixas taxas, é possível tornar a determinação das temperaturas de processa- mento de misturas asfálticas independente do tipo de ligante asfáltico. Com o uso da viscosidade a bai- xas taxas, o efeito do tipo de ligante asfáltico pode ser normalizado de forma que para a mesma VBT, o mesmo volume de vazios seja esperado independentemente do ligante asfáltico.

O processo de compactação da mistura asfáltica é cíclico (KATRI et al., 2001) e, por isso, as taxas de cisalhamento no ligante asfáltico variam significativamente de muito baixas até muito altas em qualquer estágio da compactação. Estes autores partem do pressuposto de que a etapa mais crítica do processo de densificação é aquela em que a resistência à compactação é alta. Neste instante, as defor- mações sofridas pela mistura são baixas, por conta do aumento da resistência à compactação. Com o aumento da resistência à compactação, as tensões de cisalhamento no ligante asfáltico são baixas e, consequentemente, as taxas de cisalhamento são menores. Estes autores estimaram a taxa de cisalha- mento com o número de giros no compactador giratório Superpave e verificaram que durante 54% do período de compactação a taxa de deformação é inferior a 0,01 s-1_{. A análise da progressão da densifica-}

ção no compactador giratório dá suporte à hipótese do uso da viscosidade a baixas taxas para se deter- minar a temperatura de compactação de misturas.

Um estudo das propriedades volumétricas das misturas para diferentes valores de viscosi- dade a baixas taxas foi realizado (KATRI et al., 2001), a fim de verificar a sensibilidade do volume de vazios. Os autores testaram alguns ligantes asfálticos e concluíram que os valores de 3 Pa.s para mistura e 6 Pa.s para compactação seriam razoáveis, tendo em vista que a temperatura de compactação não excedesse 150°C e uma margem de 10°C para a temperatura de mistura para não ocorrer aquecimento excessivo do ligante asfáltico. Neste método, a viscosidade é medida sob diversas taxas de cisalhamen- to, no viscosímetro Brookfield, e a viscosidade a taxa zero ou a baixas taxas é então estimada por meio do modelo de Cross-Williamson.

Um método simplificado para determinar as temperaturas de processamento da mistura empregando o procedimento tradicional de obtenção da viscosidade a 20 rpm usando “spindle” 27 tam- bém foi proposto Katri et al (2001). Os autores verificaram que as viscosidades de 1,4 ± 0,1 Pa.s para compactação e de 0,75 ± 0,1 Pa.s para mistura poderiam servir como uma boa aproximação e uma sim- plificação promissora quando não se tem disponíveis medidas de viscosidade a várias taxas de cisalha- mento.

INTERAÇÕES

ASFALTO-BORRACHA

Este capítulo tem por objetivo a apresentação da teoria atualmente vigente acerca da inte- ração entre ligante asfáltico e borracha moída. A teoria de interação asfalto-borracha fundamenta teori- camente a hipótese objeto de estudo desta tese e baliza o delineamento do experimento. Inicialmente são discutidos os mecanismos pelos quais se processam as interações entre o ligante asfáltico e a borracha moída e em seguida são relatados estudos relativos à influência de variáveis de materiais e de variáveis de processamento que influenciam as interações asfalto-borracha.

3.1. Introdução

Existe uma teoria razoavelmente bem-definida, dispersa na literatura, e aceita pelo meio técnico, acerca dos mecanismos pelos quais se processam as interações entre ligante asfáltico e borra- cha moída, durante o processamento do asfalto-borracha. Mesmo assim, pairam muitas dúvidas acerca do efeito de características do ligante asfáltico e da borracha e das condições empregadas no processa- mento, uma vez que a literatura disponível é conflitante quanto ao efeito dessas variáveis. A teoria corren- te sobre os mecanismos de interação asfalto-borracha é apresentada, com vistas a compreender o papel dos óleos extensores na composição do asfalto-borracha e dar o embasamento teórico para avaliar se o resíduo de óleo de xisto pode ser considerado um óleo extensor em ligantes asfalto-borracha. Uma tenta- tiva também é feita de apontar os aspectos do fenômeno que já estão claros e os que ainda não são perfeitamente compreendidos. Aparentemente, o estudo mais amplo sobre a interação asfalto-borracha, e também a maior contribuição ao entendimento do efeito de alguns fatores sobre esse fenômeno, foi apre- sentado por Abdelrahman (1996), na sua tese de doutorado. A esse serão somados alguns outros estu- dos encontrados na literatura.

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