Trincamento por fadiga (bottom-up cracking)

A fadiga do revestimento asfáltico consiste num processo de deterioração estrutural de um material que está submetido a um estado de tensões e de deformações repetidas, ocasionando o aparecimento de fissuras na parte tracionada do material asfáltico cuja progressão resulta na ruptura do material após um determinado número de repetições deste carregamento (Pinto e Preussler, 2002). A repetição de carregamentos dado pelas rodas dos veículos solicita à flexão o revestimento asfáltico, portanto, conforme vai sendo solicitado o pavimento, geralmente, começam a surgir fissuras na fibra inferior que se propagam de baixo para cima (bottom-up

cracking) até atingirem a superfície do pavimento.

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Alguns estudos em misturas asfálticas baseiam-se na mecânica da fratura para modelagem da previsão de vida de fadiga. Segundo Pinto (1991), foi constatado por Porter (1942), Nijboer (1953), Van der Poel (1953) e Hveem (1955) que os trincamentos ocorridos nos revestimentos asfálticos eram decorrentes da fadiga do material provocada pelo número de repetições de cargas e das deformações elásticas. Também foi comprovada nos estudos rodoviários da

AASHO Road Test, que demonstraram a ocorrência do trincamento por fadiga em pavimentos

com elevadas deflexões elásticas.

Na Figura 20, apresenta-se a distribuição de tensões atuantes em um pavimento devido a um carregamento de uma roda. Conforme se pode observar, surgem tensões de tração na fibra inferior do revestimento e a partir da consideração do estado de tensões cíclicos é possível entender melhor o fenômeno do trincamento por fadiga.

Figura 20: Tensões atuantes no interior de um pavimento (Medina e Motta, 2005)

A resistência à tração (RT) do material asfáltico é um dos principais parâmetros para caracterizar a fadiga das misturas asfálticas. No entanto, verificou-se em laboratório que para melhorar a fadiga pode ser acrescentado maiores teores de CAP, porém, o aumento do CAP gera maiores problemas de deformação permanente (Medina e Motta, 2005). O efeito da fadiga também é agravado pelo comportamento resiliente dos materiais empregados no pavimento, uma vez que as tensões de tração serão tão maiores quanto for maior a razão entre o comportamento resiliente da mistura asfáltica e do material da base. Além disso, Tonial (2001) chama a atenção para o efeito da temperatura na vida de fadiga, bem como pelo

envelhecimento do ligante asfáltico, que podem resultar em aumento do módulo de resiliência (MR) da mistura asfáltica.

As tensões de tração que surgem na fibra inferior do revestimento, dependendo das suas magnitudes, podem dar origem a fissuras localizadas (microfissuras) que contribuem para a perda de resistência do material asfáltico resultando na progressão da trinca até atingir a ruptura do material. Embora surjam várias microfissuras, quando elas crescem as mesmas se unem formando apenas uma trinca que se propaga numa direção perpendicular às tensões de tração até atingir a superfície do pavimento.

O processo de trincamento por fadiga pode ser dividido em três fases distintas: formação das microfissuras, propagação da trinca e ruptura. Vale salientar que as microfissuras sempre vão ocorrer devido aos carregamentos cíclicos que solicitam o pavimento, então, o que se deve buscar no revestimento asfáltico é que os materiais escolhidos propiciem o maior tempo possível na fase da propagação da trinca, garantindo, assim, maior vida útil do pavimento em termos de fadiga.

É de conhecimento geral que a vida de fadiga de uma mistura asfáltica depende de diversas variáveis, tais como:

• Carregamento: histórico, tipo, forma e magnitude do carregamento;

• Características da mistura: volume de vazios, rigidez, teor de ligante, tipo e granulometria dos agregados;

• Condições ambientais: temperatura e umidade.

Devido à variedade de equipamentos de ensaios utilizados e dos materiais ensaiados, muitos modelos de fadiga são encontrados na literatura. Na Figura 21 apresentam-se alguns modelos de fadiga para demonstrar essa variabilidade nos resultados obtidos em laboratório. Geralmente, admite-se que o número de ciclos de carregamentos que causa o trincamento por fadiga no revestimento asfáltico submetido ao tráfego real é maior que o número de ciclos obtidos para a fadiga em laboratório. Portanto, para uma satisfatória aplicação dos resultados de laboratório é necessária a determinação de fatores laboratório-campo.

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Figura 21: Curvas típicas de fadiga (adaptado de Matthews et al., 1993)

Além da diversidade dos métodos de ensaios e de materiais, que, por consequência, resultam em curvas de fadiga diferentes, conforme apresentado na Figura 21, outro elemento muito importante na vida de fadiga da mistura é a temperatura. Na Figura 22 apresenta-se como exemplo um resultado de Romanoschi et al. (2006).

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Figura 22: Efeito da variação de temperatura na vida de fadiga (adaptado de Romanoschi et al., 2006)

Como a mistura asfáltica é um material visco-elástico, então a sua rigidez é influenciada pela temperatura e magnitude do carregamento, logo, o nível de deformação dependerá da temperatura. Analisando a Figura 22, nota-se que ao aumentar a temperatura de ensaio, o nível de deformações aumenta, logo, a tensão de tração atuante também aumentará.

Conforme já informado, a vida de fadiga é influenciada por diversos fatores, nesse sentido alguns aspectos relacionados ao fator laboratório-campo (ou funções de transferência) vem sendo incorporados nos modelos de previsão da vida de fadiga, tais como os intervalos de tempo em que não passam veículos sobre o pavimento e as fissuras do revestimento asfáltico se fecham naturalmente (healing). Existem outros fatores que merecem estudos mais aprofundados, pois não vem sendo incorporados com a devida atenção nos modelos, como, por exemplo, o espectro de veículos e cargas (normalmente o tráfego e cargas são convertidos para o número N), envelhecimento do ligante asfáltico e a diferença de comportamento entre misturas fechadas e abertas (Baburamani, 1999).