UNIVERSIDADE FEDERAL DO AMAZONAS FACULDADE DE TECNOLOGIA PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA CIVIL

Texto

(1)UNIVERSIDADE FEDERAL DO AMAZONAS FACULDADE DE TECNOLOGIA PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA CIVIL. MÓDULO DINÂMICO DE MISTURAS ASFÁLTICAS CONFECCIONADAS COM AGREGADOS SINTERIZADOS DE ARGILA CALCINADA. CLEUDINEI LOPES DA SILVA. Manaus, AM Janeiro de 2011.

(2) DO MÓDULO DINÂMICO DE MISTURAS ASFÁLTICAS CONFECCIONADAS COM AGREGADOS SINTERIZADOS DE ARGILA CALCINADA.

(3) UNIVERSIDADE FEDERAL DO AMAZONAS FACULDADE DE TECNOLOGIA PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA CIVIL. CLEUDINEI LOPES DA SILVA. MÓDULO DINÂMICO DE MISTURAS ASFÁLTICAS CONFECCIONADAS COM AGREGADOS SINTERIZADOS DE ARGILA CALCINADA. Dissertação apresentada ao Programa de PósGraduação em Engenharia Civil da Universidade Federal do Amazonas, como requisito parcial para obtenção do título de Mestre em Engenharia Civil, área de concentração de Materiais e Componentes de Construção, na linha de pesquisa Materiais Regionais e Não Convencionais Aplicados a Estruturas e Pavimentos.. Orientadora: Prof a Dra Consuelo Alves da Frota. Manaus, AM Janeiro de 2011.

(4) CLEUDINEI LOPES DA SILVA. MÓDULO DINÂMICO DE MISTURAS ASFÁLTICAS CONFECCIONADAS COM AGREGADOS SINTERIZADOS DE ARGILA CALCINADA. Dissertação apresentada ao Programa de PósGraduação em Engenharia Civil da Universidade Federal do Amazonas, como requisito parcial para obtenção do título de Mestre em Engenharia Civil, área de concentração de Materiais e Componentes de Construção, na linha de pesquisa Materiais Regionais e Não Convencionais Aplicados a Estruturas e Pavimentos.. Aprovada em 07 de janeiro de 2011 BANCA EXAMINADORA. ________________________________________________ Profa. Dra. Consuelo Alves da Frota, Presidente Universidade Federal do Amazonas. ________________________________________________ Profa. Dra. Sandra Oda, Examinadora Externa Universidade Federal do Rio de Janeiro. ________________________________________________ Prof. Dr. Francisco dos Santos Rocha, Examinador Interno Universidade Federal do Amazonas.

(5) v. Ao meu querido sobrinho, Mateus Asafe, nascido em 07 de dezembro de 2010, com suspeita de ser portador da Síndrome de Down, dedico..

(6) vi. AGRADECIMENTOS Por certo momento, achei que está difícil caminhada, para mim não chegaria ao fim. Certamente, sem a somatória de todo o carinho, apoio, incentivo, companhia, orientações, ensinamentos e ajudas física e financeira, que recebi de todos aqueles aos quais agora tenho a oportunidade de deixar meus agradecimentos eternamente registrados, dificilmente teria conseguido. Primeiramente, agradeço ao nosso Deus Pai todo poderoso, pela força espiritual que vêm me proporcionando ao longo de toda minha vida e de sobremaneira durante esta jornada, e por sempre mostrar-me o caminho correto a seguir nos momentos de incerteza. Aos meus pais, José Ribamar e Maria de Fátima, que não só neste momento, mas sim, ao longo de toda minha trajetória, sempre me incentivaram e sempre me proporcionaram condições de buscar cada vez mais me aperfeiçoar profissionalmente, levo os meus profundos agradecimentos. À minha namorada, esposa e amiga, Maria Aparecida, que ao longo de onze anos, além de sempre me incentivar em meus estudos, me concebeu seu amor, carinho e uma filha maravilhosa, Julie Rafaela, minha mais nova fonte de inspiração em tudo que faço, hoje, prestes a completar um aninho de vida, eu agradeço do fundo do meu coração. Aos meus irmãos, Cleiton, Léia, Van, Vânia e Meire, e aos demais familiares, pelo apoio que sempre recebi de todos, nas minhas ações de pesquisa, eu agradeço. À professora Dra. Consuelo Alves da Frota, não só por ter sido minha orientadora nesta pesquisa, mas também pelos ensinamentos, conselhos, confiança e inúmeros incentivos que tem me oferecido e, principalmente, pela oportunidade que me proporcionou de integrar o.

(7) vii. GEOTEC (Grupo de Geotecnia), desde 2003, ao qual devo boa parte dos conhecimentos que adquiri ao longo de toda minha formação como Engenheiro Civil, o mínimo que posso fazer é agradecer. Ao Professor Dr. Hidembergue Ordozgoith da Frota, por ter tirado o último calço que estava freando o andamento dos meus trabalhos, me oferecendo e transmitindo as instruções iniciais para manuseio do software Origin, que foi de suma importância para o tratamento dos meus dados experimentais, eu agradeço. À Professora Dra. Laura Maria Goretti da Motta, que abdicou suas atividades na COPPE/UFRJ durante uma semana, para vir à FT/UFAM ministrar um excelente curso de Mecânica dos Pavimentos, eu agradeço. Aos membros e ex-membros do GEOTEC, Engenheiros Diego, Fábio, Reginaldo, Carmem, Graça e Daniela, e futuros Engenheiros Marcos, Rayglon, Pedro, Daiana, Bárbara e Lourdes, pelos apoios, incentivos e trocas de conhecimentos proporcionados ao passar dos anos, eu agradeço. Ao Francivaldo, o nosso Chico, pelo apoio físico braçal que foi extremamente importante ao longo do desenvolvimento de toda a pesquisa e pela companhia durante os viradões no laboratório, necessários à realização dos ensaios, eu também agradeço. Aos colegas de trabalho do Departamento de Engenharia do Tribunal de Contas do Estado do Amazonas (TCE-AM), em especial o Engenheiro Rogério Perdiz, pelos constantes incentivos de apoio a favor da conclusão da pesquisa, eu levo os meus agradecimentos. Aos Professores Dra. Sandra Oda e Dr. Francisco dos Santos Rocha, pelo aceite da árdua missão de ter que em poucas horas, em meio a todos os seus afazeres, avaliar um trabalho de anos de estudo e dedicação, eu agradeço..

(8) viii. À Petrobras, pelo fornecimento e transporte da argila da Região de Urucu-AM ao município do Iranduba-AM, à Cerâmica Montemar, por parar sua linha de produção rotineira e utilizar o material selecionado em Urucu produzindo e calcinando os tijolos e ao Britador de Manaus, por nos disponibilizar suas instalações, britando os tijolos produzidos, tranformandoos em ASACs, é necessário agradecer. Ao TCE-AM, pelas dispensas que me foram concedidas sempre que necessitei, tanto para desenvolvimento de atividades relacionadas a esta pesquisa, quanto para participação em congressos e reuniões científicas, que contribuíram para a ampliação de meus conhecimentos, eu agradeço. Ao Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq), pela concessão da bolsa DTI-2 no início da pesquisa e pelo auxílio financeiro concedido ao GEOTEC, juntamente com outras instituições como Fundação de Ampara à Pesquisa do Estado do Amazonas (FAPEAM), Ministério dos Transportes (MT), Petrobras (CENPES e UN-AM) e Financiadora de Estudos e Projetos (FINEP), possibilitando a constituição da infra-estrutura física e aquisição dos equipamentos que hoje o grupo dispõe sem os quais a pesquisa seria inviabilizada, eu agradeço. Ao nosso “Maior Patrimônio”, a Universidade Federal do Amazonas (UFAM), que leva o seu nome a frente de todas as ações aqui desenvolvidas e que não só durante o mestrado, mas desde o início de minha graduação no ano 2000, passou a ser minha casa, meu terreiro e meu quintal, e a todos que de forma direta ou indiretamente colaboraram com o desenvolvimento desta pesquisa e momentaneamente possam não ter sido lembrados, estendo meus agradecimentos..

(9) ix. “Guardo no meu coração as tuas palavras, para não pecar contra ti” Salmos 119:11.

(10) x. RESUMO O presente estudo tem como principal objetivo a determinação do módulo dinâmico uniaxial, propiciando a obtenção de uma propriedade viscoelástica capaz de simular uma condição mais realística que ocorrem nos pavimentos por solicitações do tráfego, e inédita com a participação do agregado sinterizado de argila calcinada (ASAC) em misturas asfálticas, visando uma opção à pavimentação de vias urbanas do município de Manaus. Foram utilizados também os seguintes materiais: o seixo rolado, substituto regional à carência de material pétreo, como referência, duas areias naturais, uma areia artificial proveniente da britagem de argila calcinada, e o cimento asfáltico de petróleo 50/70 comercializado na região. Na composição mineral das misturas utilizou-se o Método Bailey, que enfatiza o intertravamento de seu esqueleto pétreo, assegurando maior resistência à deformação permanente, principal patologia apresentada pelos pavimentos locais. Os resultados mostraram: em altas temperaturas e baixas freqüências, as misturas com ASAC apresentaramse mais rígidas que as misturas com seixo, indicando menos susceptibilidade às deformações permanentes, enquanto em baixas temperaturas e altas freqüências, o processo se inverteu, as misturas com o agregado aluvionar passaram a apresentar valores de módulo dinâmico superiores às misturas com material alternativo. A avaliação mecânica por meio do ensaio de Lottman mostrou que ambos os compósitos (com seixo e ASAC), apesar de apresentarem discretas perdas de resistência, preservaram suas estruturas pelo efeito da umidade induzida. A inserção de areia artificial nas misturas asfálticas, além de mostrar-se satisfatória quanto ao desempenho mecânico, minimiza a extração do recurso natural.. Palavras-chave: módulo dinâmico, viscoelasticidade, Lottman, agregado sinterizado de argila calcinada, Manaus..

(11) xi. ABSTRACT This study has as it's principle objective the determination of a uniaxial dynamic module, that provides adequate viscoelastic properties through the innovative use of a synthesized calcified clay aggregate in asphalt mixtures suitable for pavements subjected to the traffic and climatic conditions that prevail in the urban area of Manaus. They were also used the following materials: river bed pebbles, the regional substitute for other stone material, two naturally occurring sands, an artificial sand produced from crushed calcified clay, and the 50/70 petroleum asphaltic cement sold in the region. The mineral composition of the mixtures utilized the Bailey Method which empathizes the interlocking of stone skeletal structures to provide greater resistance to permanent deformation, the main problem with local pavements. The results show that in high temperatures and low frequencies, the ASAC mixtures remain more rigid than the mixtures with pebble. In low temperatures and high frequencies, the results invert and the alluvial aggregate mixtures show module values superior to mixtures with the alternative material. The mechanical evaluations by way of Lottman's test show that, despite minor losses of resistance, both composites, i.e., pebble and ASAC, preserve their structural integrity from the effects of induced humidity. The use of the artificial sand in the asphalt mixtures results in satisfactory mechanical/physical performance and minimizes the extraction of natural resources.. Keywords: dynamic module, viscoelasticity, Lottman, synthesized calcified clay aggregate, Manaus..

(12) xii. LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS AASHTO. American Association of State Highway and Transportation Officials. AAUQ. Areia asfalto usinada a quente. ABNT. Associação Brasileira de Normas Técnicas. Abs. Absorção. ASAC. Agregado Sinterizado de Argila Calcinada. ASTM. American Society for Testing and Materials. CA. Concreto Asfáltico. CAP. Cimento Asfáltico de Petróleo. CENPES. Centro de Pesquisa e Desenvolvimento. CL. Argila Siltosa. CNPq. Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico. CP. Corpo-de-Prova. DC. Deformação Controlada. DETRAN-AM Departamento Estadual de Trânsito do Amazonas DMN. Diâmetro Máximo Nominal. DNER. Departamento Nacional de Estradas de Rodagens. DNIT. Departamento Nacional de Infra-Estrutura de Transportes. DRF. Distrito Rodoviário Federal. DSR. Dynamical Shear Rheometer. FAPEAM. Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado do Amazonas. GEOTEC. Grupo de Geotecnia. Gmm. Maximum Specific Gravity. GPS. Global Position System. Gsa. Densidade real. Gsb. Densidade aparente. Gsbssd. Densidade aparente na condição superfície saturada. Gse. Densidade efetiva. IBGE. Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística. IDOT. Illinois Departament of Transports. IP. Índice de Plasticidade. LL. Limite de Liquidez. LP. Limite de Plasticidade.

(13) xiii. LVDT. Linear Variable Differential Transducer. MD. Módulo Dinâmico. MR. Módulo de Resiliência. N/NE. Norte-Nordeste. NCHRP. National Cooperative Highway Research Program. NS-NC-NA. Não Saturado, Não Congelado e Não Aquecido. Pba. Percent Absorved Binder. PC. Pontos de Controle. Petrobras. Petróleo Brasileiro S.A.. PG. Performance Grade. RBV. Relação Betume-Vazios. RCD. Resíduo de Construções e Demolições. RT. Resistência à tração por compressão diametral. RTFOT. Rolling Thin Film Over Test. S-C-A. Saturado, Congelado e Aquecido. S-C-NA. Saturado, Congelado e Não Aquecido. SHRP. Strategic Highway Research Program. S-NC-A. Saturado, Não Congelado e Aquecido. S-NC-NA. Saturado, Não Congelado e Não Aquecido. SUCS. Sistema Unificado de Classificação dos Solos. Superpave. Superior Performance Asphalt Pavements. TC. Tensão Controlada. TRB. Transportation Research Board. UFAM. Universidade Federal do Amazonas. UN-AM. Unidade de Negócios do Amazonas. UN-Reman. Unidade de Negócios Refinaria de Manaus. UTM. Universal Technical Machine. Va. Vazios com ar. VAM. Vazios no Agregado Mineral. Vv. Volume de Vazios. Wul. Loose Unit Weight. Wur. Rodded Unit Weight. ZR. Zona de Restrição.

(14) xiv. LISTA DE SÍMBOLOS ε 0 – amplitude de deformação σ 0 – amplitude de tensão. ϕ – ângulo de fase ε – deformação σ – tensão δ – ângulo de fase – frequência de aplicação da carga – frequência reduzida – frequência da temperatura de referência – frequência angular µε − microstrains D (t ) – função fluência (creep compilace) E (t ) – módulo de relaxação. E ∗ – módulo complexo E ∗ – módulo dinâmico. E '' – parte imaginária do módulo complexo (loss modulus) E ' – parte real do módulo complexo (storage modulus) # – abertura. á

(15) . – temperatura máx. de projeto do revestimento asfáltico à profundidade de 20mm. á – média das temperaturas máx. do ar dos sete dias consecutivos mais quentes do ano. – temperatura mínima de projeto do revestimento asfáltico à profundidade de 20mm. – temperatura mínima do ar no ano – fração de tempo entre os picos de tensão e deformação – tempo de um ciclo de carga á – deformação máxima devido à tensão de cisalhamento – desvio padrão da temperatura mínima do ar á – tensão de cisalhamento máxima ± – mais ou menos Ø – diâmetro ºC – graus Celsius.

(16) xv. – tempo de defasagem – fator de translação horizontal (horizontal shift factor) – diâmetro do corpo-de-prova – carga de Ruptura G* – módulo complexo de cisalhamento – Altura do corpo-de-prova – latitude geográfica do local do projeto RRT – razão de resistência à tração retida – média da resistência à tração dos corpos-de-prova condicionados – média da resistência à tração dos corpos-de-prova não condicionados – temperatura – obtido da tabela de distribuição normal, e.g., Z = 2,055 para 98% de confiabilidade Al2O3 – trióxióxido de alumínio ou alumina Fe2O3 – trióxido de ferro K2O – óxido de potássio SiO2 – dióxido de silício TiO2 – dióxido de titânio.

(17) xvi. LISTA DE FIGURAS Figura 2.1 – Esquema de solicitação e resposta no ensaio de módulo complexo. .................... 9 Figura 3.1 – Jazida Urucu: Estrada de SUC (esquerda) e Amostra SUC (direita). ................. 20 Figura 3.2 – a) homogeneização. b) massas cilíndricas. ........................................................ 21 Figura 3.3 – a) corte com telas. b) secagem. ......................................................................... 21 Figura 3.4 – a) agregados em jarros cerâmicos. b) forno elétrico. ......................................... 22 Figura 3.5 – Pá carreg. colocando a amostra em silo (esquerda) e amostra no silo (direita). .. 23 Figura 3.6 – Amostra sendo introduzida (esquerda) e saindo do triturador (direita)............... 23 Figura 3.7 – Homogeneização da amostra com adição de água. ............................................ 24 Figura 3.8 – Tijolos sendo cortados (esquerda) e armazenados para secagem (direita). ......... 24 Figura 3.9 – Secagem dos tijolos em sistema de túnel........................................................... 24 Figura 3.10 – Forno abóboda (esquerda) e termômetro para controle da temp. (direita). ....... 25 Figura 3.11 – Britagem dos tijolos produzidos...................................................................... 25 Figura 3.12 – ASAC obtido após britagem. .......................................................................... 25 Figura 3.13 – Ensaio de perda de massa após fervura. .......................................................... 26 Figura 3.14 – Seixo rolado utilizado na pesquisa. ................................................................. 29 Figura 3.15 – Areia de Manaus............................................................................................. 30 Figura 3.16 – Areia de Coari. ............................................................................................... 30 Figura 3.17 – Areia de ASAC. ............................................................................................. 30 Figura 3.18 – Compactação da areia em tronco de cone........................................................ 31 Figura 3.19 – Preparo de mistura asfáltica. ........................................................................... 39 Figura 3.20 – Representação do ensaio à tração axial com tensão controlada. ....................... 41 Figura 3.21 – Representação do ensaio à tração/compressão axial c/ deformação controlada. 41 Figura 3.22 – Prensa UTM destacando-se a célula de carga. ................................................. 43 Figura 3.23 – Prensa UTM destacando-se a câmara de temperatura, a central de controle e aquisição de dados, o dispositivo de controle de pressão pneumática e a interface computacional. ............................................................................................................ 43 Figura 3.24 – Detalhes da interface gráfica do ensaio de módulo dinâmico........................... 44 Figura 3.25 – Micro LVDTs colados no CP a 25mm da borda. ............................................. 44 Figura 3.26 – Ruído elétrico apresentado pelo Micro LVDT3 durante ensaio de módulo dinâmico. .................................................................................................................... 45 Figura 3.27 – Ensaio à tração por compressão diametral. ...................................................... 46.

(18) xvii. Figura 3.28 – Tela de entrada de dados do ensaio de resistência à tração por compressão diametral. .................................................................................................................... 46 Figura 3.29 – Interface gráfica do ensaio de resistência à tração por compressão diametral. . 47 Figura 4.1 – Curva granulométrica da Amostra SUC. ........................................................... 49 Figura 4.2 – Curva granulométrica dos agregados graúdos. .................................................. 51 Figura 4.3 – Curvas granulométricas dos agregados miúdos. ................................................ 54 Figura 4.4 – Curvas granulométricas das misturas com seixo rolado e ASAC. ...................... 58 Figura 4.5 – Teor de ligante da Mistura com ASAC pelo 3º DRF. ........................................ 58 Figura 4.6 – Teor de ligante da Mistura com Seixo pelo 3º DRF........................................... 59 Figura 4.7 – Curvas de compactação das misturas. ............................................................... 60 Figura 4.8 – Resultados alcançados para o ensaio Lottman. .................................................. 61 Figura 4.9 – Deslocamento medido e suavizado – mistura com seixo à temperatura de 10oC e à deformação controlada. ............................................................................................ 64 Figura 4.10 – Deslocamento suavizado e regredido – mistura com seixo à temperatura de 10oC e à deformação controlada. ................................................................................. 64 Figura 4.11 – Obtenção dos parâmetros. ∗ e " – mistura com ASAC, freqüência 10Hz,. temperatura de 10oC e ensaio à tração com tensão controlada. ..................................... 65 Figura 4.12 – Módulo dinâmico – mistura com ASAC, ensaio à tração c/ tensão controlada. 67 Figura 4.13: Curva mestra para o módulo dinâmico – mistura com ASAC, ensaio à tração com tensão controlada. ....................................................................................................... 69 Figura 4.14 – Curva mestra para o módulo dinâmico – mistura com ASAC, ensaio à tração com tensão controlada. ................................................................................................ 70 Figura 4.15 – Módulo dinâmico – mistura com ASAC, ensaio à tração/compressão com deformação controlada. ............................................................................................... 71 Figura 4.16 – Curva mestra para o módulo dinâmico – mistura com ASAC, ensaio à tração/ compressão com deformação controlada. .................................................................... 72 Figura 4.17 – Comparação dos Resultados dos ensaios uniaxiais de módulo dinâmico à tensão controlada (TC) e deformação controlada (DC) – mistura com ASAC. ........................ 75 Figura 4.18 – Comparação das curvas mestras dos módulos dinâmicos à tensão controlada (TC) e deformação controlada (DC) – mistura com ASAC. ......................................... 75 Figura 4.19 – Módulo dinâmico da mistura com seixo rolado, ensaio à tração com tensão controlada. .................................................................................................................. 77 Figura 4.20: Curva mestra para o módulo dinâmico da mistura com seixo rolado, ensaio à tração com tensão controlada. ..................................................................................... 78.

(19) xviii. Figura 4.21 – Módulo dinâmico da mistura com seixo rolado, ensaio à tração/compressão com deformação controlada. ............................................................................................... 79 Figura 4.22 – Curva mestra para o módulo dinâmico da mistura com seixo rolado, ensaio à tração/ compressão com deformação controlada. ......................................................... 82 Figura 4.23 – Comparação dos resultados dos ensaios uniaxiais de módulo dinâmico à tensão controlada (TC) e deformação controlada (DC) – mistura com seixo rolado. ............... 83 Figura 4.24 – Comparação das curvas mestras dos módulos dinâmicos à tensão controlada (TC) e deformação controlada (DC) – mistura com seixo rolado. ................................ 84 Figura 4.25 – Curvas módulo dinâmico × freqüências das misturas com ASAC e seixo rolado – ensaio com tensão controlada. .................................................................................. 85 Figura 4.26 – Curvas mestras dos ensaios uniaxiais de módulo dinâmico das misturas com ASAC e seixo rolado – ensaio com tensão controlada. ................................................ 86 Figura 4.27 – Curvas módulo dinâmico × freqüências das misturas com ASAC e seixo rolado – ensaio com tensão controlada. .................................................................................. 87 Figura 4.28 – Curvas mestras dos ensaios uniaxiais de módulo dinâmico das misturas com ASAC e seixo rolado – ensaio com tensão controlada. ................................................ 87 Figura 4.29 – Comparativo de curvas mestras dos ensaios uniaxiais de módulo dinâmico de misturas com ASAC, seixo rolado e calcário. .............................................................. 88.

(20) xix. LISTA DE TABELAS. Tabela 3.1 – Localização da jazida. ...................................................................................... 21 Tabela 4.1 – Composição textural da Amostra SUC. ............................................................ 49 Tabela 4.2 – Índices de Consistência da Amostra SUC. ........................................................ 49 Tabela 4.3 – Composição Química das Argilas (Chaar, et al., 2008)..................................... 50 Tabela 4.4 – Composição granulométrica dos agregados graúdos. ........................................ 51 Tabela 4.5 – Ensaios de caracterização dos agregados graúdos. ............................................ 52 Tabela 4.6 – Abrasion “Los Angeles”. ................................................................................. 52 Tabela 4.7 – Composição granulométrica dos agregados miúdos. ......................................... 53 Tabela 4.8 – Ensaios de caracterização dos agregados miúdos. ............................................. 54 Tabela 4.9 – Resultado do DSR – Amostra envelhecida, RTFOT e PAV. ............................. 55 Tabela 4.10 – Resultado do ensaio no DSR - amostras antes e após o envelhecimento.......... 55 Tabela 4.11 – Características do cimento asfáltico de petróleo (CAP). ................................. 56 Tabela 4.12 – Especificação para material de enchimento. ................................................... 57 Tabela 4.13 – Composição das misturas do Tipo CA. ........................................................... 57 Tabela 4.14 – Resultados alcançados para o ensaio Lottman. ............................................... 62 Tabela 4.15 – Resultados dos ensaios uniaxiais de módulo dinâmico – mistura com ASAC, ensaio à tração com tensão controlada. ........................................................................ 66 Tabela 4.16 – Fator de translação horizontal, módulo dinâmico – mistura com ASAC, à tração com tensão controlada. ................................................................................................ 68 Tabela 4.17 – Resultados dos ensaios uniaxiais de módulo dinâmico – mistura com ASAC, ensaio à tração/compressão com deformação controlada. ............................................ 71 Tabela 4.18 – Fator de translação horizontal – módulo dinâmico da mistura com ASAC, ensaio à tração/compressão com deformação controlada. ............................................ 73 Tabela 4.19 – Comparação dos Resultados dos ensaios uniaxiais de módulo dinâmico à tensão controlada (TC) e deformação controlada (DC) – mistura com ASAC. ........................ 74 Tabela 4.20 – Resultados dos ensaios uniaxiais de módulo dinâmico – mistura com seixo rolado, ensaio à tração com tensão controlada. ............................................................ 76 Tabela 4.21 – Fator de translação horizontal – módulo dinâmico da mistura com seixo rolado, ensaio à tração com tensão controlada. ........................................................................ 78 Tabela 4.22 – Resultados dos ensaios uniaxiais de módulo dinâmico – mistura com seixo rolado, ensaio à tração/compressão com deformação controlada.................................. 80.

(21) xx. Tabela 4.23 – Fator de translação horizontal – módulo dinâmico da mistura com seixo rolado, ensaio à tração/compressão com deformação controlada. ............................................ 81 Tabela 4.24 – Comparação dos Resultados dos ensaios uniaxiais de módulo dinâmico à tensão controlada (TC) e deformação controlada (DC) – mistura com ASAC. ........................ 83 Tabela 4.25 – Comparação dos resultados dos ensaios uniaxiais de módulo dinâmico das misturas com ASAC e seixo rolado. ............................................................................ 85.

(22) xxi. SUMÁRIO Capítulo 1.......................................................................................................... 1 INTRODUÇÃO ................................................................................................................. 1 1.1 Caracterização do problema ...................................................................................... 1 1.2 Objetivos .................................................................................................................. 4 1.2.1 Objetivo geral .................................................................................................... 4 1.2.2 Objetivos específicos ......................................................................................... 4 1.3 Organização da dissertação ....................................................................................... 5. Capítulo 2.......................................................................................................... 6 REVISÃO DE LITERATURA........................................................................................... 6 2.1 Fundamentação teórica ............................................................................................. 6 2.1.1 Caracterização viscoelástica linear ..................................................................... 6 2.1.2 Módulo complexo .............................................................................................. 8 2.2 Experiência do GEOTEC na utilização dos ASACs ................................................ 11 2.3 O ensaio de módulo dinâmico ................................................................................. 14 2.4 O ensaio de umidade induzida (Lottman) ................................................................ 15. Capítulo 3........................................................................................................ 20 MATERIAIS E MÉTODOS............................................................................................. 20 3.1 Caracterização do solo empregado na confecção dos agregados sinterizados de argila calcinada (ASAC) ........................................................................................................ 20 3.2 Caracterização do agregado graúdo (ASAC) ........................................................... 26 3.3 Caracterização do agregado graúdo (seixo rolado) .................................................. 28 3.4 Caracterização dos agregados miúdos ..................................................................... 29 3.5 Caracterização do ligante asfáltico .......................................................................... 32 3.6 Caracterização do material de enchimento – cimento Portland ............................... 35 3.7 Dosagens das misturas asfálticas............................................................................. 35 3.7.1 Definição da faixa granulométrica ................................................................... 35 3.7.2 Determinação do teor ótimo de ligante ............................................................. 36 3.7.3 Método de composição das misturas ................................................................ 39 3.8 Programa experimental ........................................................................................... 40 3.8.1 Realização do ensaio uniaxial de módulo dinâmico .......................................... 40.

(23) xxii. 3.8.1 Realização do ensaio Lottman .......................................................................... 45. Capítulo 4........................................................................................................ 48 RESULTADOS E ANÁLISES......................................................................................... 48 4.1 Ensaios de caracterização ....................................................................................... 48 4.1.1 Caracterização da Amostra SUC ...................................................................... 48 4.1.2 Caracterização dos agregados graúdos (ASAC e seixo rolado) ......................... 50 4.1.3 Caracterização dos agregados miúdos .............................................................. 53 4.1.4 Caracterização do ligante – CAP 50/70 ............................................................ 55 4.1.5 Caracterização dos materiais de enchimento .................................................... 56 4.2 Dosagens das misturas asfálticas............................................................................. 57 4.3 Caracterização mecânica......................................................................................... 60 4.3.1 Ensaio de umidade induzida (Lottman) ............................................................ 60 4.3.2 Ensaios uniaxiais de módulo dinâmico ............................................................. 63 4.3.2.1 Mistura com ASAC ................................................................................... 65 4.3.2.1.1 Ensaios à tração com tensão controlada .............................................. 65 4.3.2.1.2 Ensaios à tração/compressão com deformação controlada................... 70 4.3.2.2 Mistura com seixo rolado .......................................................................... 76 4.3.2.2.1 Ensaios à tração com tensão controlada .............................................. 76 4.3.2.2.2 Ensaios à tração/compressão com deformação controlada................... 79 4.3.2.3 Comparação dos resultados de módulo dinâmico entre as misturas ............ 84. Capítulo 5........................................................................................................ 89 CONLUSÕES E SUGESTÕES PARA TRABALHOS FUTUROS .................................. 89. REFERÊNCIAS ............................................................................................. 95.

(24) Capítulo 1 INTRODUÇÃO 1.1 Caracterização do problema O Município de Manaus, capital do estado do Amazonas, possui atualmente uma população de 1.802.525 habitantes (IBGE 2010), constituindo-se na sétima cidade do Brasil e a maior da Região Norte em população. Mostra-se deficitária em jazidas de material pétreo superficial (brita), assim como grande parte da Região Amazônica. Quando tais materiais mostram-se em afloramentos, encontram-se a grandes distâncias, elevando de modo expressivo o custo da obra, em função do transporte. Em conseqüência, as estruturas dos pavimentos de Manaus, que recebem uma frota de 479.425 veículos (agosto de 2010), tendo um crescimento médio de 3.000 veículos/mês (DETRAN-AM, 2010), são, em regra, constituídas com material argiloso (subleito, sub-base e base), e revestimento em mistura asfáltica do tipo AAUQ (areia asfalto usinada a quente), acarretando falência estrutural, sobretudo pelo acúmulo excessivo de deformações permanentes na camada superficial, ocasionadas, principalmente, pela ausência de agregados graúdos nessas misturas. As misturas asfálticas, em função do ligante betuminoso presente em sua composição, possuem um comportamento mecânico dependente de vários fatores, tais como: temperatura e taxa de aplicação de carga ou deslocamento. A baixa temperatura e alta taxa de carregamento, por exemplo, podem variar de elástico a viscoelástico linear e, a alta temperatura e alta taxa de carregamento mostram-se viscoelástico não linear a viscoplástico (Sides et al., 1985). Na determinação das propriedades viscoelásticas, vários ensaios podem ser realizados: módulo de relaxação, creep estático (ou fluência) e módulo dinâmico. O ensaio de módulo de.

(25) 2. relaxação (ensaio estático), consiste na aplicação de um deslocamento instantâneo e constante ao corpo-de-prova, com monitoramento da força ao longo do tempo. Para tanto, é necessária a utilização de um equipamento bastante robusto, que aplicará uma força inicial elevada, o que dificulta sobremaneira a sua execução. Diferentemente do citado experimento, no ensaio de creep estático controla-se o carregamento e monitora-se a deformação do corpo-de-prova ao longo do tempo. Aplicar um carregamento constante é bem mais simples que a aplicação de um deslocamento constante, o que torna esse ensaio bastante comum na determinação das propriedades viscoelásticas das misturas asfálticas. Todavia, tanto o ensaio de módulo de relaxação quanto o ensaio de creep estático são aproximados por rampas de deslocamento e carga, respectivamente. Os ensaios de creep e módulo de relaxação retratam as propriedades viscoelásticas do material no domínio do tempo, podendo-se, a partir do primeiro, se obter o módulo de relaxação por meio de processos matemáticos, ou vice-versa. Por outro lado, as propriedades viscoelásticas, também, podem ser determinadas no domínio da freqüência. No ensaio de módulo dinâmico, monitora-se a tensão ou deformação no corpo-de-prova, para um carregamento senoidal. O módulo dinâmico é, então, determinado segundo a relação amplitude do carregamento pelo deslocamento, e o tempo de defasagem entre os seus picos, é o ângulo de fase. O experimento pode ser realizado a várias freqüências e várias temperaturas, onde se obtém valores pontuais de módulo dinâmico para cada par de freqüência e temperatura. As propriedades viscoelásticas no domínio da freqüência, igualmente, podem de acordo com processos matemáticos, serem convertidas para determinação das propriedades no domínio do tempo. O presente estudo é dedicado à caracterização viscoelástica linear de misturas asfálticas, confeccionadas com agregados sinterizados de argila calcinada (ASAC), por meio.

(26) 3. da realização do ensaio de módulo dinâmico. A utilização dos ASACs na confecção dos compósitos asfálticos vem mostrando-se, por meio dos estudos do Grupo de Geotecnia (GEOTEC), como uma das alternativas à pavimentação das vias urbanas manauaras, buscando suprir a carência de materiais pétreos naturais. Enfatiza-se o recorrente problema desses pavimentos ― deformações permanentes, com a utilização do Método de Bailey na composição mineral das misturas estudadas, que segundo Vavrik et al. (2002a) tal distribuição granulométrica proporciona um esqueleto “ideal”, assegurando maior resistência à deformação permanente pelo intertravamento dos agregados graúdos. A obtenção experimental do módulo dinâmico |E*| ocorreu: a) por meio de ensaios à tração, representando a condição mais desfavorável da camada de rolamento do pavimento asfáltico, e b) por meio do ensaio à tração/compressão que simula uma condição mais realística ocorrente nos pavimentos, por considerar os esforços à tração no fundo da camada de revestimento, além de avaliar, no mesmo ponto, os esforços de compressão ocasionados pela recuperação elástica da camada imediatamente inferior (base). Com a obtenção dos valores pontuais de |E*|, a várias freqüências e várias temperaturas, foi possível construir curvas mestras, de onde pode-se obter resultados de módulos dinâmicos a freqüências muito baixas ou elevadíssimas, incapazes de serem obtidos de forma experimental por limitação dos equipamentos. O desempenho mecânico das misturas asfálticas também foi avaliado por meio do teste de verificação de dano por umidade induzida (Lottman), por meio da realização de ensaios de resistência à tração por compressão diametral. A Areia artificial resultante do processo de produção dos agregados sinterizados foi utilizada como um dos componentes da mistura com ASAC, buscando melhorar seu desempenho mecânico, além de minimizar a extração de recursos naturais..

(27) 4. 1.2 Objetivos 1.2.1 Objetivo geral Obter o Módulo Dinâmico (MD) de misturas asfálticas confeccionadas com agregados sinterizados de argila calcinada (ASAC), propiciando a determinação de uma propriedade que possa descrever o comportamento do material, sem a suscitação de danos ao mesmo, bem como a validação desse material alternativo.. 1.2.2 Objetivos específicos − Determinar, experimentalmente, o MD de misturas asfálticas confeccionadas com ASAC a várias freqüências e temperaturas; − Obter, de forma experimental, o MD de misturas asfálticas compostas com agregado convencional (Seixo) a várias freqüências e temperaturas; − Verificar o desempenho das misturas asfálticas estudadas por meio de ensaios de resistência mecânica – LOTTMAN; − Avaliar o desempenho mecânico das misturas asfálticas com ASAC relativas às misturas com Seixo;. − Traçar curvas mestra a partir dos valores de MD obtidos para os agregados ASAC e Seixo, proporcionando, de forma teórica, a obtenção de resultados de módulos a freqüências muito baixas ou muito altas, incapazes de serem obtidos experimentalmente;. − Validar o agregado sinterizado de argila calcinada como material granular em misturas asfálticas, como alternativa para a região amazônica; − Introduzir a areia artificial proveniente da britagem de argila calcinada nas misturas asfálticas, minimizando a utilização de areia natural..

(28) 5. 1.3 Organização da dissertação O Capítulo 1 descreve à introdução abordando a caracterização do problema e os objetivos do estudo. No Capítulo 2 apresenta-se uma revisão de literatura sobre o assunto, onde é detalhada toda a fundamentação teórica necessária a obtenção de propriedades viscoelásticas linear, destacando-se o módulo dinâmico, alvo principal da presente pesquisa. Também no Capítulo 2 faz-se uma síntese das pesquisas até então desenvolvidas pelo Grupo de Geotecnia (GEOTEC) da UFAM, voltadas ao uso dos ASACs, e descrevem-se os ensaios de módulo dinâmico e Lottman. Os materiais utilizados, assim como os métodos adotados na caracterização dos mesmos, são apontados no Capítulo 3. Ainda no aludido capítulo, detalha-se todo o processo produtivo de obtenção dos agregados sinterizados de argila calcinada, assim como o sistema de dosagens selecionado para composição das misturas asfálticas e o programa experimental discorrido para realização dos ensaios mecânicos (MD). No Capítulo 4 discutem-se os resultados alcançados com a caracterização dos materiais, a dosagem e os ensaios mecânicos realizados com os compósitos asfálticas. No Capítulo 5 são formalizadas as conclusões a respeito dos resultados e das observações anotadas no decorrer das atividades desenvolvidas. Neste capítulo, igualmente são delineadas as recomendações, juntamente com as sugestões de trabalhos futuros sobre o tema desta pesquisa..

(29) Capítulo 2 REVISÃO DE LITERATURA 2.1 Fundamentação teórica 2.1.1 Caracterização viscoelástica linear Um material é dito viscoelástico linear quando atende ao principio da homogeneidade (equação 2.1) e da superposição (equação 2.2). O primeiro, dita que a resposta do material deve ser proporcional à sua solicitação, enquanto o segundo refere-se à resposta a solicitações complexas, que podem ser obtidas por meio da superposição de solicitações simples (Chehab, 2002; Gibson, 2008). Quando um material elástico é carregado, por uma solicitação constante, sua deformação é proporcional ao carregamento e se mantém constante ao longo do tempo. No caso de materiais viscoelásticos, a deformação não se mantém constante, aumentando ao longo do tempo. Desse modo, as chaves presentes nas equações 2.1 e 2.2 indicam que a resposta é função não apenas da solicitação e sim de todo o histórico da mesma.. R{ AS} = AR{S} (2.1). R{S1 + S 2 } = R{S1} + R{S 2 } (2.2) Onde:. R , S e A representam, respectivamente, a resposta, a solicitação e uma constante. arbitrária. Existem várias formas para se determinar as funções viscoelásticas ( E (t ) e D(t ) ), seja pela realização de ensaios no domínio do tempo ou experimentos no domínio da freqüência. O ensaio conhecido como creep estático axial determina a função fluência, que.

(30) 7. consiste na aplicação de um carregamento instantâneo e constante ao longo do tempo com o monitoramento dos deslocamentos desenvolvidos. A função fluência (creep compliance). D(t ) pode, então, ser determinada a partir da equação 2.3.. D (t ) =. ε (t ) (2.3) σ. Onde:. ε (t ) é a deformação registrada ao longo do tempo;. σ é a tensão calculada em função do carregamento aplicado. O ensaio de módulo de relaxação é executado para a determinação da função E (t ) . Aplica-se um deslocamento instantâneo e constante ao longo do tempo, sendo monitorada a força necessária para manter este deslocamento. Portanto, o módulo de relaxação pode ser calculado segundo a equação 2.4.. E (t ) =. σ (t ) (2.4) ε. Os dois ensaios citados para a determinação das propriedades viscoelásticas são conceitualmente simples. No entanto, na prática, existem complicações para a execução dos mesmos, principalmente no que diz respeito a necessidade de se aplicar solicitações instantâneas. Por outro lado, o módulo complexo (propriedade viscoelástica no domínio da freqüência) pode ser obtido por meio da aplicação de pulsos de carga senoidais com o monitoramento dos deslocamentos gerados pelo pulso. Selecionou-se, para o presente trabalho, o ensaio no domínio da freqüência, uma vez que a UTM (Universal Technical Machine) do Grupo de Geotecnia pode aplicar pulsos senoidais de forma simples, o que não acontece com solicitações instantâneas. É importante ressalvar que uma vez obtida a.

(31) 8. propriedade viscoelástica no domínio da freqüência as demais propriedades no domínio do tempo podem ser calculadas por interconversão, sem a necessidade de realização de novos ensaios (Chehab, 2002; Gibson, 2008).. 2.1.2 Módulo complexo No ensaio de módulo complexo aplicaram-se pulsos de carga axial senoidais, induzindo-se deslocamentos axiais senoidais no corpo-de-prova, conforme as equações 2.5 e 2.6 (King, 2004).. σ (t ) = σ 0 eiωt (2.5) ε (t ) = ε 0 e i (ωt −ϕ ) (2.6) Onde: σ 0 e ε 0 são, respectivamente, as amplitudes de tensão e deformação, ω a freqüência de aplicação de carga e ϕ o ângulo de fase, sendo este a diferença de tempo entre os picos de tensão e deformação. O módulo complexo definiu-se, então, como o quociente entre a tensão senoidal e a deformação (equação 2.7).. E∗ =. σ (t ) σ 0 i ϕ = e = [cosϕ + isenϕ ] = E ' + iE '' (2.7) ε (t ) ε 0. Onde: E ' e E '' representam, respectivamente, a parte real e imaginaria do módulo complexo que são conhecidas como storage modulus e loss modulus. A Figura 2.1 mostra esquematicamente um ensaio de módulo complexo..

(32) 9. Tempo Figura 2. – Esquema de solicitação e resposta no ensaio de módulo complexo.. O módulo dinâmico E ∗ , representa o valor absoluto do módulo complexo. ∗. , sendo. definido como o quociente entre a amplitude de tensão σ 0 e a amplitude de deformação ε 0 (equação 2.8) e se relaciona com o storage e loss modulus pelas equações 2.9 e 2.10. Matematicamente, σ 0 representa a tensão dinâmica máxima e ε 0 indica a deformação axial recuperável máxima.. E∗ =. σ0 = ε0. (E ) + (E ) ' 2. '' 2. (2.8). E ' = E ∗ cos ϕ (2.9). E '' = E ∗ senϕ (2.10). O E ' é genericamente aludido como a fração de armazenamento ou parte elástica do módulo complexo, enquanto que o E '' refere-se à fração de perda ou parte viscosa do módulo (Nascimento, 2008). Ainda de acordo com NASCIMENTO (2008), o ângulo de fase ϕ representa o ângulo de atraso de ε 0 em relação à σ 0 , tratando-se de um indicador das propriedades viscosas do material analisado, sendo matematicamente expresso por:.

(33) 10. $. " = $ % × 360 (2.11) &. Onde:. = fração de tempo entre os picos de tensão e deformação; = tempo de um ciclo de carga. Para um material puramente elástico ϕ = 0°, e o módulo complexo. ∗. será igual ao. módulo dinâmico E ∗ . Por outro lado, para um material puramente viscoso, ϕ = 90°.. Vale lembrar que o módulo dinâmico e o ângulo de fase são parâmetros que dependem da freqüência de aplicação de carga e da temperatura de ensaio. Por isso, o ensaio realiza-se a várias freqüências e temperaturas, obtendo-se valores pontuais, a partir dos quais traça-se o gráfico módulo dinâmico × freqüência. Os equipamentos normalmente existentes nos laboratórios possuem limitações para a aplicação de freqüências de carregamento. No entanto, fazendo uso do princípio da superposição tempo-temperatura, pode-se obter valores experimentais de módulo dinâmico em freqüências fora do limite de utilização desses equipamentos. Tal princípio é aplicado aos materiais ditos termo-reologicamente simples ― materiais em que a condição de temperatura transiente pode ser prevista a partir da resposta sob condições isotérmicas, ou seja, a resposta do material a baixas temperaturas e freqüências deve ser a mesma quando o mesmo for submetido a altas temperaturas e freqüências, assim sendo, pode-se escrever:. |. ∗ |,. , . = |. ∗ |,. . (2.12). onde e são, respectivamente, a temperatura e a freqüência reduzida..

(34) 11. O módulo dinâmico, então, deixa de ser dependente da freqüência e temperatura constituindo-se função apenas da freqüência reduzida que pode ser obtida de acordo com a equação 2.13.. /01 = log , . (2.13) =. 56789 5. (2.14). onde e são, respectivamente, a freqüência da temperatura de referencia e a freqüência da temperatura em questão. O parâmetro , então, passa a constituir-se no único parâmetro dependente da temperatura, sendo conhecido como fator de translação horizontal (horizontal shift factor) (Schapery, 1984). Para a sua determinação experimental necessita-se que as curvas de módulo dinâmico × freqüências se sobreponham para temperaturas adjacentes. Uma importante aplicação do módulo dinâmico é a sua correlação com o afundamento de trilha de roda observado em campo, segundo um estudo norte-americano realizado pelo National Cooperative Highway Research Program (NCHRP) e relatado no Report 465 – Simple Performance Test for Superpave Mix Design (Witczac et al., 2002).. 2.2 Experiência do GEOTEC na utilização dos ASACs O Grupo de Geotecnia (GEOTEC) da Universidade Federal do Amazonas desenvolve atividades na área de pavimentação voltadas aos problemas regionais. Seus trabalhos, nesta área do conhecimento, foram alavancados com a sua inserção na Rede de Asfalto Norte/Nordeste em 2002, no projeto “Caracterização Mecânica de Misturas Asfálticas e Agregados Regionais, e Asfaltos Produzidos pelas Refinarias N/NE”. Também, visando desenvolver alternativas para a melhoria dos pavimentos de nossa Região, o Grupo de.

(35) 12. Geotecnia fez parcerias importantes (Petrobras/UN-AM, Ministério dos Transportes), e ao mesmo tempo obteve financiamento de órgãos de fomento – Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq) e Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado do Amazonas (FAPEAM), por meio de concorrência por editais públicos, o que lhe permitiu solidificar seus conhecimentos. Dentre os materiais estudados, até o presente momento, têm-se os agregados sinterizados de argila calcinada, cuja sua experiência é descrita nos parágrafos seguintes. Frota et al. (2003 e 2004a) analisaram as propriedades mecânicas de misturas asfálticas confeccionadas com ASAC, dosadas de acordo com a metodologia Marshall e, enquadradas na Faixa C do Departamento Nacional de Infra-Estrutura de Transportes (DNIT) e na Faixa do Superior Performance Asphalt Pavements (Superpave) com diâmetro máximo nominal 12,5mm. Os resultados mostraram-se deveras satisfatórios no tocante à estabilidade, atinente ao material aluvionar tradicional. Frota et al. (2006) obtiveram os parâmetros viscoelásticos de uma mistura asfáltica compostas com agregados sinterizados de argila calcinada (ASAC), envelhecida em estufa não ventilada e dosada conforme Metodologia Marshall, por meio de ensaios de creep estático e do ensaio Marshall. Os resultados indicaram que o aumento do envelhecimento levou: ao acréscimo da rigidez e da estabilidade Marshall, e ao decréscimo dos valores de deformação. Nunes (2006) realizou a caracterização mecânica, quanto à deformação permanente, de misturas compostas com quatro diferentes tipos de ASAC, dosadas de acordo com a metodologia Marshall e enquadradas na Faixa Superpave. Foram, também, realizados ensaios triaxiais estáticos a três taxas de deslocamento (0,08mm/s, 0,016mm/s e 0,0032mm/s) e três pressões confinantes (0kPa, 100kPa e 200kPa). As misturas asfálticas com o material.

(36) 13. alternativo apresentaram resistência mecânica apreciável, com menor potencial de desenvolver deformações permanentes, frente às tradicionais misturas com seixo. Frota et al. (2007a) estudaram o comportamento de misturas asfálticas confeccionadas com ASAC, comparativamente a compósitos asfálticos com o material seixo, quanto ao desempenho mecânico obtido no ensaio de compressão uniaxial dinâmica (creep dinâmico). Nesse trabalho as misturas foram enquadradas na Faixa C do DNIT e dosadas conforme metodologia Marshall. O trabalho demonstrou viabilidade técnica na substituição do seixo rolado pelos agregados alternativos, como solução para minimizar as deformações permanentes nos revestimentos da cidade de Manaus. Frota et al. (2007b) analisaram o desempenho mecânico de misturas asfálticas com ASAC por meio da determinação da resistência à tração por compressão diametral (RT) e do módulo de resiliência (MR), sendo tais misturas enquadradas na Faixa C do DNIT e confeccionadas conforme metodologia Marshall. Os resultados, em regra, denotaram que as misturas asfálticas com ASAC, quando confrontadas com aquelas compostas com o material natural (seixo), apresentaram: (a) maiores resistências à tração e aos módulos de resiliência; (b) baixa tendência à deformação, assim como, uma recuperação elástica considerável e, (c) menor susceptibilidade às deformações permanentes. Santos (2007) caracterizou misturas asfálticas por meio de suas propriedades mecânicas, dadas pela resistência à tração por compressão diametral (RT), pelo módulo de resiliência (MR), pela deformação permanente (creep dinâmico) e pela vida de fadiga. As dosagens seguiram a metodologia Marshall e foram enquadradas na Faixa C do DNIT e nas Faixas da Superpave. No geral, o desempenho mecânico das misturas asfálticas com agregado sinterizado apresentou-se mais satisfatório se comparado àqueles obtidos pelos compósitos confeccionados com material natural..

(37) 14. Silva et al. (2008) obtiveram, experimentalmente, o módulo dinâmico a 25ºC (propriedade no domínio da freqüência) de misturas asfálticas com ASAC, dosadas segundo metodologia Marshall e enquadradas na Faixa Superpave DMN 12,5mm. Os resultados mostraram-se satisfatórios, ao compará-las com misturas compostas com agregado-calcário. Todos os estudos citados realizados pelo GEOTEC, além de adotarem a metodologia Marshall para definição das dosagens, utilizaram, na composição das misturas, agregados sinterizados (ASAC) produzidos por meio de processo artesanal. Em tais pesquisas tinha-se uma mesma dificuldade ― o enquadramento das misturas nas Faixas propostas pelo DNIT e Superpave, por conta da descontinuidade das curvas granulométricas apresentadas por tais agregados. O presente estudo empregará o ASAC oriundo de processo industrial, a partir da utilização das instalações de uma cerâmica tradicional e adotará um novo método para definição das dosagens ―Método Bailey. Os ensaios de módulo dinâmico, diferentemente dos estudos anteriores realizados pelo GEOTEC, executaram-se à tração com tensão controlada e à tração/compressão com deformação controlada, a várias freqüências e temperaturas, proporcionando a obtenção de curvas mestras.. 2.3 O ensaio de módulo dinâmico A American Society for Testing and Materials (ASTM), por meio da norma D 3497, normalizou o ensaio de módulo dinâmico em 1979, apresentando uma nova versão em 2003. No Brasil o citado parâmetro ainda é pouco determinado tendo em vista a limitação dos equipamentos laboratoriais. Por conseguinte, trabalhos abordando a obtenção direta do módulo dinâmico no país são muito recentes, tais como: Silva et al. (2008); Araújo Jr. et al. (2008) e Nascimento (2008). Outros autores como Medeiros Jr (2006) e Theisen et al. (2007) determinaram o módulo dinâmico, porém, por interconversão, a partir de curvas de creep..

(38) 15. A ASTM D 3497 prevê que os corpos-de-prova a serem ensaiados devem possuir um diâmetro pelo menos quatro vezes maior que o tamanho máximo nominal dos maiores agregados, com o mínimo de quatro polegadas (101,6 mm) e ter uma relação de 2:1 entre a altura e o diâmetro. Norteia, ainda, a realização de ensaios a partir de corpos-de-prova extraídos do pavimento in loco e com misturas moldadas em laboratório. No entanto, no Brasil, dificilmente se encontrarão revestimentos com espessuras suficientes para extração de corpos-de-prova e realização do experimento de acordo com o estabelecido pela citada norma. Ainda segundo com a mencionada norma, os LVDTs são afixados longitudinalmente no corpo-de-prova e os ensaios devem ser realizados a temperaturas de 5, 25 e 40ºC, sendo que para cada temperatura devem ser aplicados carregamentos senoidais, que não induzam danos ao material (0 até 35 psi – 241kPa), e nas freqüências de 1, 4 e 16 Hz, sucessivamente. Ao término do teste, para cada par temperatura × freqüência obtém-se um valor pontual de módulo dinâmico, ou seja, para cada corpo-de-prova ensaiado determinam-se nove valores deste parâmetro. Segundo o trabalho de DANIEL e KIM (2002), buscando-se uma melhor distribuição dos esforços, recomendam a serragem do topo e do fundo do corpo-de-prova, visando evitar os efeitos de concentração de vazios nas bordas, onde sugerem que as amostras a serem ensaiados sejam extraídas de corpos-de-provas com dimensões maiores.. 2.4 O ensaio de umidade induzida (Lottman) Normalmente, quando se executa uma camada de revestimento composta por misturas do tipo concreto asfáltico (CA), objeto desta pesquisa, espera-se que a mesma seja impermeável. No entanto, em função de falhas que podem ocorrer, principalmente, quando há polimento de agregados na superfície da camada de rolamento ou na adesividade ligante-.

(39) 16. agregado, tem-se a possibilidade da inserção de umidade e o pavimento pode apresentar queda no seu desempenho com redução de sua vida de serviço. Os ensaios que tratam desta problemática não possuem uma correlação com desempenho em campo, apenas tratam de parâmetros indicativos da susceptibilidade à falhas (Bernucci et al., 2007). No Brasil, o mais conhecido é o Lottman, que recebeu este nome em homenagem ao engenheiro que o desenvolveu durante a década de 1970 na Universidade de Idaho. O teste padronizado de resistência mecânica — Lottman é regulado pela AASHTO T 283 (2003), e tem por objetivo a verificação de dano por umidade induzida em corpos-deprova de misturas asfálticas compactadas a quente, após variações bruscas de temperatura. Dentre algumas formas de avaliação do desempenho das misturas asfálticas, o citado ensaio tem sido amplamente utilizado (Asphalt Institute,1995). O mencionado método, em sua versão original, propunha a utilização de amostras retiradas de campo, sendo avaliadas segundo a resistência à tração indireta e pelo Módulo de Resiliência por compressão diametral, sob condições adversas as quais o pavimento pode estar submetido no decorrer do ano: saturação, aquecimento e congelamento. Posteriormente, a metodologia foi alterada, cujas diretrizes apresentadas na Superpave relatam as modificações no método original, tendo sido publicadas na norma AASHTO T 283. Dentre as variações no procedimento podem-se citar: as amostras poderiam ser moldadas em laboratório com volume de vazios por volta de 7%; o grau de saturação deveria apresentar valor em torno de 70 a 80% pela aplicação de vácuo; realização apenas do ensaio mecânico de resistência à tração; não realização do ciclo de testes, ou seja, os corpos-de-prova devem ser submetidos apenas à saturação..

(40) 17. Nesta dissertação, por conta das características peculiares de absorção dos ASACs e, buscando-se compreender a influência de cada uma das fases de condicionamento, empregouse a metodologia original, entretanto, avaliando-se apenas a resistência à tração de corpos-deprova nas seguintes condições: a) sem condicionamento; b) saturado a uma pressão de vácuo de 25,4 cm a 66 cm de coluna de mercúrio por um período de cinco a dez minuto; c) saturado e condicionado em banho à temperatura de 60 ± 1ºC por 24 horas; d) saturado e congelado à temperatura de –18 ± 3ºC por 16 horas; e) saturado, congelado conforme relatado anteriormente e condicionado em banho à temperatura de 60 ± 1ºC por 24 horas. Todos os corpos-de-prova submetidos à saturação foram revestidos com filme plástico e colocados em sacos plásticos de forma a manter o condicionamento e após o término do mesmo, ainda nos sacos plásticos, foram mantidos em outro banho com temperatura de 25 ± 0,5ºC por um período de 2 ± 1 hora, para posterior realização dos ensaios de resistência à tração. Para cada situação especificada foram ensaiados três corpos-de-prova. Em geral, o ensaio Lottman realiza-se após a avaliação mecânica tradicional, pois é necessário conhecer previamente a composição da mistura a ser analisada, inclusive com o teor “ótimo” de ligante definido. Posteriormente, são compactados corpos-de-prova, variandose o número de golpes de maneira a possibilitar a construção do gráfico número de golpes × índices de vazios. Por meio do gráfico obtido, verifica-se o número de golpes correspondente ao teor de vazios em torno de 7%, adotando-se tal valor para compactação dos corpos-deprova a serem submetidos aos condicionamentos. Os resultados são expressos em porcentagem, sendo reportados pela relação entre a média dos valores de resistência à tração dos corpos-de-prova submetidos ao condicionamento pela resistência sem condicionamento. Segundo especificações Superpave, a mistura asfáltica pode ser considerada adequada quanto a adesividade, quando tal relação não.

(41) 18. for inferior a 80%. Bernucci et al. (2007) apresentam como resultado satisfatório de resistência retida, o valor mínimo de 70% para misturas contínuas. A resistência à tração dos corpos-de-prova ( ) é calculada de acordo com a equação 2.15:. =. 2 (2.15) 100<. Onde:. = resistência à tração, em MPa; = carga de Ruptura, em N; = diâmetro do corpo-de-prova, em cm; = altura do corpo-de-prova, em cm. A razão de resistência à tração retida por ação da umidade induzida (RRT) é dada por:. =. (2.16) . Onde:. é a média da resistência à tração dos corpos-de-prova não condicionados; é a média da resistência à tração dos corpos-de-prova condicionados. Estudos de Gouveia (2006) apresentam para misturas asfálticas valores de RRT: com gabro igual a 94% e com basalto 109%, empregando-se apenas o ciclo completo de condicionamento (saturado, congelado e aquecido). A autora realizou, ainda, uma complementação do estudo empregando o módulo de resiliência retido (RMR), citado por ela como mais elucidativo, tendo em vista se tratar de um parâmetro mais sensível à ação da umidade induzida. Ao empregar o RMR, a autora detectou perda de resistência na mistura.

(42) 19. com gabro superior ao limite aceitável de 70%, apresentando como hipótese para este comportamento o baixo valor do equivalente de areia do agregado (75%), o que denota uma grande quantidade de partículas finas aderida à superfície dos grãos. O resultado foi corroborado pelos ensaios de adesividade que esboçaram deslocamento de película de ligante. Castelo Branco (2004) utilizou-se de duas misturas distintas com 40% de escória de aciaria: uma com CAP-20 original e outra com adição de 1% de dope. Em quaisquer condições de condicionamento as misturas proporcionavam RRT superior a 80%, não sendo encontrada diferença significativa para as misturas com aditivo. Nascimento (2004) apresentou um estudo similar com ASAC. O mesmo utilizou-se de duas misturas com CAP 20 (similar ao CAP 50/70), sendo uma com adição de 0,5% de dope ao asfalto, como aditivo melhorador de adesividade. A RRT da mistura com aditivo indicou resultado igual a 50%, bastante próxima daquela sem o aditivo. O autor salienta que foi observada grande presença de sílica no ASAC, o que pode ter contribuído para o resultado negativo..