Misturas asfálticas resistentes a deformação permanente

40ª RAPv – Reunião Anual de Pavimentação 26 a 28 de outubro de 2010 Centro de Convenções Sul América - RJ

Leni F. M. Leite Petrobras/ CENPES

Misturas asfálticas resistentes

a deformação permanente

Causas dos insucessos no Brasil

•Materiais e projetos inadequados; •Falta de fiscalização e de treinamento; •Falta de investimento no setor rodoviário; •Ausência de especificações ligadas ao desempenho

Deformações permanentes, exsudação

e trilhas de roda

Fatores determinantes:

• no revestimento : 80% responsabilidade do esqueleto pétreo e 20% do ligante. • agregados

• ligante

• traço da mistura • mistura betuminosa

• distribuição inadequada das cargas • má compactação das bases

• espessuras não compatíveis c/ capacidade de carga do subleito • má drenagem

• projeto de dimensionamento – CBR

Estrutura do pavimento

•

Ausência de pesagem falta de controle

• Tolerância de peso elevada no Brasil (5%)

CONTRAN

Excesso de cargas

Frota de veículos

• Circulam hoje no Brasil cerca de 1,4 milhão de caminhões, sendo 270 mil com mais de 30 anos; • No Brasil, a idade média dos caminhões é de 19

anos, quando o ideal é de seis anos no máximo. • A frota nacional passou de 29,5milhões de veículos

em 2002 para 59,4 milhões em 2009;

• O país atingiu 59 milhões de veículos, dos quais, segundo o Denatran , 34,5 milhões são carros; • A frota nacional de veículos cresceu 52,2% entre

os anos de 2005 e 2010.

2002 2009 68 mil 123 mil 22 mil 34 mil 1,5 milhões 2,5 milhões

Produção anual brasileira

Pagot DNIT agosto/2010

Estimativa da temperatura máxima do pavimento – Mohseni 2004

Tmáx = 32,7 + [0,837 Tar] - [0,0029Lat2] + z×[σar2+ δ2modelo]0,5

onde:

Tmáx= temperatura máxima do pavimento a 20mm de profundidade, em oC;

Tar = máxima média das temperaturas máximas de 7 dias consecutivos, em oC;

Lat = latitude da região de projeto, em graus;

z = da tabela de distribuição normal, z = 2,055 para 98% de confiabilidade; δmodelo: = erro padrão do modelo = 2,1ºC;

σar= desvio padrão da temperatura média mínima do ar em um ano típico, em oC.

Influencia a seleção do ligante, Fornece a temperatura máxima do PG

Menor tendência a formação de trilhas de roda :

•agregados graúdos cúbicos ou não lamelares • agregados finos mais angulosos

• menos areia natural

Esqueleto pétreo ~80%

Método de Bailey

→

Ferramenta para análise de curvas granulométricas

Método de Bailey para seleção de granulometria de agregados, baseado no empacotamento dependente de forma, textura, resistência, esforço de compactação, granulometria

-Agregado graúdo x agregado miúdo:

PCS = TMN x 0,22 (análise de empacotamento 2D e 3D)

-Considera o intertravamento dos agregados através do volume das frações;

Método de Bailey

Comportamento da mistura: controlado pelos agregados

graúdos ou pelos miúdos?

Ag. graúdos soltos Ag. graúdos compactados

Ag. miúdos compactados

•

cálculo volumétrico – método de Rice ou Gmm

-densidade máxima medida teor de vazios

• teor de filer – filer pode funcionar como lubrificante

• dust 0,6 a 1,2 -1,6 F/Lig

• teor de ligante

• tipo de compactação

Traço da mistura

Dosagem Superpave – Parâmetro CDI

%Gmm x N 75.0 80.0 85.0 90.0 95.0 100.0 0 20 40 60 80 100 N % G m m

Construction densification index – CDI

CDI e TDI

TDI - Traffic density index CDI - Compaction density index Bahia & Nascimento

CDI x Deformação Permamente

0.00 5.00 10.00 15.00 20.00 25.00 30.00 0 20 40 60 80 100 CDI D P , %

CDI

Variação do índice com o teor de

ligante e a granulometria:

MCDC

Metodo Combinado de Diseño e Comportamiento BITUMIX PROBISA

Innova Chile CORFO

Bailey x CDI

Mistura com comportamento miúdo, a qual não atendeu

os parâmetros de Bailey + Areia de rio =

Afundamentos excessivos.

“Graúda” “Miúda” sem

areia

Tráfego (N) Velocidade Normal

(V>70km/h)

Velocidade Lenta (20km/h<V<70km/h)

Médio a Pesado CDI > 60 TDI > 300

CDI > 60 TDI > 500

Muito Pesado CDI > 60 TDI > 500

CDI > 60 TDI > 750

Critérios propostos para seleção esqueleto pétreo em função do CDI

30.000 CICLOS 0% 5% 10% 15% 20% 25% 30% 35% 40% 45% 5,00% 5,20% 5,40% 5,60% 5,80% 6,00% 6,20% 6,40% % T EOR DE LIGANT E % P R O F U N D ID A D E D E T R IL H A 50/70 30/45 EVA ASFALTO B ORRACHA

Teor de ligante

Parâmetros importantes:

• retorno elástico*

• compliância não recuperável – Jnr (modificado)

• G* sen

δδδδ

(convencional)

• ângulo de fase

• viscosidade zero shear (europeu)

• ponto de amolecimento*

Ligante modificado

30/45 > 50/70

AMP 3 > AMP 2 > AMP 1

Tráfego (N) Ou veículos comerciais /dia Velocidade Normal (V>70km/h) Velocidade Lenta (20km/h<V<70km /h) Leve a médio < 1x107 _ou <207 VP/dia CAP - 50/60 CAP - 50/70 CAP – 30/45 CAP - 50/60 CAP - 50/70 CAP – 30/45 Médio a Pesado 1x107_{≤N < 1x10}8 ou < 609 VP/dia CAP - 50/60 CAP - 50/70 CAP – 30/45 CAP- 30/45 AMP 1 (55/75) Muito Pesado ≥1 x 108 _ou > 609 VP/dia AMP 2 (60/85) AMP 3 (65/90) AMP 3 (65/90) AMP 3 (65/90)

Em função da temperatura do pavimento • Em azul ligantes com PG 64

* Em vermelho ligantes com PG 70

Seleção do ligante pela

temperatura, tráfego e velocidade

Eurobitume 2009

LIMITE Tipo MÉTODO CARACTERÍSTICA UNIDADE 55/75 60/85 65/90 ABNT _NBR ASTM Penetração (100 g, 5s, 25ºC) 0,1mm 45 – 70 40 – 70 6576 D5 Ponto de amolecimento, mín ºC 55 60 65 6560 D36 Viscosidade Brookfield a 135ºC, spindle 21, 20 rpm, máx. 3000 a 150ºC, spindle 21, 50 rpm, máx. 2000 a 177°C, spindle 21, 100 rpm, máx. cP 1000 15184 D4402 Ponto de fulgor, mín ºC 235 11341 D92 Ensaio de separação de fase, máx. ºC 5 15166 D7173 Recuperação elástica a 25º C, 20 cm,

mín. % 75 85 90 15086 D6084

Efeito do calor e do ar (RTFOT) a 163ºC, 85 minutos

Variação em massa, máx (1) % massa 1,0 15235 D2872 Variação do ponto de amolecimento,

máx ºC -5 a +7 6560 D36 Percentagem de penetração original, mín % 60 6576 D5 Percentagem de recuperação elástica

original a 25ºC, mín. % 80 15086 D6084

Uso de asfaltos modificados

Asfalto modificado por elastômeros ANP

• Aumento da dureza dos betumes

1970

80/100

1976 Verão muito quente

1978

60/70 ou 35/50

1990

35/50

20/30

2000

35/50 ou 20/30

10/20

Fonte LCPC

Endurecimento dos betumes franceses

Histórico

0 20 40 60 80 100 120 1970 1980 1990 2000 % betume penetração Modulo Fonte - LCPC

Evolução da tecnologia francesa

Módulos mais altos Penetrações mais baixas Maiores teores de ligante

P O O H P O O O H O H P O O O H O H n=0 to 4

Modificadores usuais no Brasil

Gilsonita

Test Test Result Method

Color in Mass ---- Black Color in streak or

Powder ---- Brown Specific Gravity at

25/25 C ASTM-D3289 0.8 ASH content, wt% ASTM-D3147 7.60 Moisture content wt% ASTM-D3173 0.5 Volatile matter at 900C ASTM-D3175 62.3 Solubility in cs 2 wt% ASTM-D4 74.9 Softening point C ASTM-D-36 160 Penetration ---- 3 Flash point ---- 380-400 F Fixed carbon ASTM-D3172 27.5

Determinação de Jnr 0 5 10 15 20 25 30 0 20 40 60 80 100 Time s N o rm a li z e d St ra in % γu = deformação média não recuperável

J

= γ

/ τ

τ= tensão aplicada durante fluência, kPa

Jnr= compliância não recuperável

Tempo, s T e n s ã o n o rm a liz a d a

Relação entre Jnr e ALF profundidade de trilhas de roda

y = 4.7357x - 1.1666 R2 = 0.8167 0 0.5 1 1.5 2 2.5 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 ALF Rutting in J n r

MSCR tem excelente correlação com desempenho

Profundidade de trilhas de roda, in Fonte: D’Angelo

AASHTO M320 – tabela 3

Compliância não recuperável 50/70 30/45 PPA SBS RET

MSCR a 64C Jnr 3200< 4 tráfego normal–S 3,8 Jnr 3200< 2 pesado–H 1,8 1,189 Jnr 3200< 1 muito pesado–V 0,52 Jnr 3200< 0,5 Extra pesado- E 0,365 (Jnr3200–Jnr100)/ Jnr100 < 0,75 0,29 0,26 0,1 MSCR a 70C Jnr 3200< 4 tráfego normal–S > 4 3,6 2,7 Jnr 3200< 2 pesado–H Jnr 3200< 1 muito pesado–V 0,9 0,862 Jnr 3200< 0,5 Extra pesado- E (Jnr3200–Jnr100)/ Jnr100 < 0,75 0,34 0,39 0

Relação entre Jnr e % recuperado no teste MSCR medido a diferentes temperaturas. 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 Jnr % r e c o v e ry 3 .2 k P a SBS Elva 70-28 Elvaloy 70-28 SBS 70-28 SBR 70-22 Ergon 76-22 Elvaloy 76-28 64V,70S 64V, 70H, 76S 64V, 70S 58V, 64H, 70S 70V, 76H, 82S 70V, 76H, 82S 1.0 2.0 3.0 4.0 5.0 6.0 7.0 8.0 % re c u p e ra d o a 3 ,2 K P a Fonte: D’Angelo y = 0,1075e0,0642x R2 _{= 0,7766} 0 10 20 30 40 50 60 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 re torno e lá stico a 25ºC, % D e fo rm a ç ã o r e c u p e rá v e l a 3 2 0 0 P a n a T e m p e ra tu ra ( P G ), %

Espaço Black 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

1,00E+00 1,00E+01 1,00E+02 1,00E+03 1,00E+04 1,00E+05 1,00E+06 1,00E+07 1,00E+08

Módulo Complexo, Pa  n g u lo d e f a s e ,º

asfalto modificado por SBS asfalto borracha CAP 30/45 50/70

Espaço Black 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

1,0E+00 1,0E+01 1,0E+02 1,0E+03 1,0E+04 1,0E+05 1,0E+06 1,0E+07 1,0E+08 Módulo complexo, Pa  n g u lo d e f a s e , º PPA VG CAP 50/70 VG

Ensaio mecânico

Simulador de tráfego

MISTURA BETUMINOSA

especificação européia …..

Mistura betuminosa

Ensaio Flow Number

Witczak

Flow number

Tráfego (N) Velocidade Normal

(V>70km/h)

Velocidade Lenta (20km/h<V<70km/h) Médio a Pesado FN @ 60°C 204kPa > 400 FN @ 60°C 204kPa > 750

Muito Pesado FN @ 60°C 204kPa > 750 FN @ 60°C 204kPa > 1000

Ensaio mecânico de Número de Fluência (Flow Number)

Valores propostos (Nascimento)