Avaliação e previsão do comportamento de misturas asfálticas por meio da caracterização das propriedades reológicas dos ligantes asfálticos

Abstract

As estradas representam o principal meio de transporte no território brasileiro. Isso torna a pavimentação asfáltica de suma importância para o desenvolvimento e adequado funcionamento do país nos segmentos da economia. Apesar dessa necessidade, os órgãos rodoviários do Brasil ainda utilizam métodos e normas antigas e desatualizadas para caracterização dos materiais de pavimentação e de dimensionamento. No entanto, a partir de década de 1990 foram desenvolvidos novos métodos e técnicas as quais a caracterização dos materiais de pavimentação reflete seu comportamento em campo. Relativamente ao asfalto, ligante mais utilizado na produção de misturas asfálticas quentes, utilizadas como revestimento de pavimentos flexíveis, foram introduzidos novos ensaios por meio da reologia. Por meio dos ensaios convencionais não é possível relacionar as características dos ligantes com as propriedades de desempenho das misturas asfálticas em campo. Esse trabalho busca a análise e comparação dos parâmetros reológicos de quatro tipos diferentes de ligantes asfálticos. Os ligantes analisados são o convencional CAP50/70, asfalto modificado com borracha de pneus inservíveis (asfalto borracha), asfalto modificado com Terpolímero Elastomérico Reativo (RET), asfalto modificado com estireno-butadieno- estireno (SBS). A análise foi realizada por meio do equipamento Reômetro de Cisalhamento Dinâmico (DSR). Foram realizados dois ensaios distintos para determinar o modulo complexo de cisalhamento (G*) e o ângulo de fase (δ), que são os parâmetros reológicos requeridos para o ligante. Inicialmente, foi executado o ensaio para determinar o Grau PG verdadeiro (Performance Graded) de cada ligante a alta temperatura e posteriormente, ensaios de cisalhamento com varredura de frequências e de temperaturas. Foram utilizadas temperaturas próximas as de trabalho, de modo a simular as temperaturas de campo, possibilitando a geração da curva mestra ou master curve. A partir dos resultados obtidos, quanto ao Grau PG, o asfalto borracha apresentou melhor desempenho, seguido pelo o asfalto modificado RET e pelo asfalto modificado SBS. O asfalto convencional CAP 50/70 apresentou o menor Grau PG. Relativamente aos módulos de perda e de armazenamento, o mesmo comportamento foi observado, ou seja, os asfaltos modificados apresentaram um módulo elástico superior e o asfalto convencional um módulo viscoso mais elevado. A curva mestra gerada para os diferentes asfaltos mostrou que os asfaltos modificados apresentaram resultados próximos, porém o asfalto modificado por SBS obteve uma menor susceptibilidade quanto à variação da temperatura e da frequência, seguido pelo asfalto modificado RET e pelo asfalto borracha. O asfalto convencional CAP 50/70 apresentou o comportamento mais desfavorável. Por outro lado, quanto à avaliação de predição à deformação permanente, o asfalto borracha foi aquele que mostrou o melhor comportamento. Na avaliação da previsão de desempenho à fadiga, os asfaltos modificados RET e SBS seriam indicados. Apesar dos asfaltos modificados terem apresentado desempenho semelhante, a partir dos ensaios reológicos, a indicação de uma estrutura de pavimento em campo é de uma camada de revestimento em mistura asfáltica com asfalto borracha e uma camada de ligação em mistura com asfalto com RET ou SBS. O asfalto convencional CAP 50/70 apresentou um desempenho inferior em relação aos modificados, de forma que não seria indicado para compor camadas de pavimentos em vias de tráfego médio a elevado. Palavras Chave: Asfalto Modificado, Reologia, Polímero

Roads represent the main way of transportation all over Brazilian territory. It turns the asphalt paving of capital importance for the development and proper operation of the country on all economic segments. In spite of this relevance, the institutions responsible for the roads in Brazil still use old methods and standards and old of dated to describe the paving materials and design. However, in the decade of 1990 were developed new techniques and methods, which describes better the materials behavior. So the asphalt, is the binder most commonly used in hot mix production, used as the top layer of the flexible pavement, new tests were introduced by rheology studies. Using just the conventional tests it is not possible to correlate the binder qualities with the mixture characteristics. This study tries to analyze and compare rheological parameters of four different asphalt binders. The four asphalt samples are the conventional CAP 50/70, modified asphalt with tire rubber (Rubber Asphalt), modified asphalt with RET, modified asphalt with styrene-butadiene-styrene (SBS). The analyzes were conducted by using the Dynamic Sheer Rheometer (DSR). Two different sets of tests were made to find the complex sheer modulus (G*) and the faze angle (δ), which are two required rheological parameters for the binder. At first the test to find the PG temperature (Performance Graded) of each sample at high temperature and after, the sheer test with a range of frequencies and temperatures. To generate the master curve of each sample were used temperatures close to the working. With the data in hand, about the PG temperature, the rubber asphalt had the best result, followed by the RET and the SBS. The conventional asphalt CAP 50/70 was the one with the worst results. Regarding the storage and loss modulus, the same pattern was observed, in other words, the modified asphalt had higher storage modulus while the conventional had a higher loss modulus. The master curve produced for each sample has shown that the modified ones have had close results, yet the SBS showed a lower temperature susceptibility for the temperature and frequency ramp, followed by the RET and the rubber. The conventional CAP 50/70 showed the least favorable results. On the other hand, regarding the permanent deformation the rubber asphalt showed the best results. About the creep phenomenon the RET and SBS had best results. Even though, the modified have had similar outcomes, by the rheological tests, the recommendation to a pavement structure is one layer of rubber asphalt mixture, and a binder layer with RET or SBS mix. The conventional asphalt CAP 50/70 had a worst performance when comparing with the other three, not been indicated to be used on a layer of a medium or high traffic road. Key words: Modified Asphalt, Rheology, Polymer