Avaliação da ação da água no módulo complexo e na fadiga de misturas asfálticas densas

Abstract

O objetivo principal desta pesquisa é avaliar a ação da água no módulo complexo e na fadiga de misturas asfálticas, formuladas com graduação densa. A distribuição percentual das frações granulares que compõem os esqueletos minerais foi calculada com a utilização da Equação de Fuller ou Talbot, ou seja, a partir de um procedimento racional. A distinção estabelecida quanto à composição das misturas asfálticas compreendeu a natureza dos materiais destinados às frações passantes e retidas na peneira de abertura 0,075mm, quais sejam: pó de brita e pó calcário. A avaliação das misturas asfálticas selecionadas para teste foi procedida com base nos critérios normativos franceses, devido os procedimentos executivos simularem a aplicação das cargas solicitantes da maneira mais próxima que ocorre no campo. Além disso, apresentam uma estreita relação campo-laboratório que confere credibilidade aos resultados obtidos. Para alcançar o objetivo mencionado, os seguintes ensaios foram executados: prensa de compactação por cisalhamento giratória (PCG), Duriez a 18ºC, deformação permanente, módulo complexo e fadiga. Adicionalmente, foram executados os ensaios Marshall e Lottman modificado, como forma de comparação ao Ensaio da PCG quanto aos procedimentos de dosagem, assim como a compacidade e, ao Ensaio de Duriez a 18ºC, no que diz respeito à avaliação da ação da água, respectivamente. Os ensaios de módulo complexo foram realizados com as misturas asfálticas tanto em estado seco quanto após a submissão de prévio condicionamento (ciclos alternados de imersão na água e secagem em estufa a 60ºC), enquanto os ensaios de fadiga foram procedidos da mesma forma que o de módulo complexo, porém, com a inclusão de uma etapa em que as amostras foram diretamente imersas na água, sem o citado prévio condicionamento alternado. Os resultados obtidos indicam que após os ciclos de secagem em estufa, precedidos dos ciclos de imersão na água (ambos a 60ºC), ocorre um aumento do módulo de rigidez das misturas asfálticas, em função do endurecimento do ligante betuminoso. Todavia, este endurecimento é caracterizado pelo processo de envelhecimento do material, o que provoca uma sensível diminuição da resistência à ruptura por fadiga das misturas asfálticas. Foram também observados descolamentos da película de ligante betuminoso nas interfaces do sistema granularmástique. Ainda, o pó calcário quando comparado ao pó de brita, mostrou ter um comportamento ativo mais eficiente, levando em conta a análise global dos resultados obtidos. Estas condições abordadas foram bem evidenciadas em um dimensionamento simulado, tendo como base a metodologia francesa desenvolvida pelo Sérvice d#Études Techniques des Routes et Autoroutes (SETRA) em conjunto com o Laboratoire Central des Ponts et Chaussées (LCPC), com o auxílio de ferramenta computacional de cálculo (EVERSTRESS 5.0). As diferentes formas de condicionamento dos corpos de prova desempenharam um papel relevante sobre o dimensionamento das estruturas de pavimento. O condicionamento alternado conduziu a um aumento muito significativo (mais de 20%) das espessuras das camadas betuminosas. The main objective of this research is to evaluate the water action in the complex modulus and in the fatigue of dense hot asphalt mixes, formulated with dense gradation. The percent distribution of the granular fractions that compose the mineral skeletons was calculated with the use of Fuller#s or Talbot#s Equation, i.e., by a rational procedure. The difference established on the asphalt mixes composition comprised the nature of the materials concerned to the fractions passing by and retained on the sieve size of 0,075mm, such as: granitic and limestone powders. The evaluation of the asphalt mixes selected to be tested was based on the French standardized criteria, due to the executive procedures simulate the loading applications closest to the occurrence in the field. Furthermore, they have a narrow field-laboratory rate, which gives more reliability to the results obtained. For achieving the objective mentioned, the following tests: gyratory compacting shear press (PCG), Duriez at 18ºC, rutting, complex modulus and fatigue. In addition, they were executed the Marshall and Modified Lottman tests, for comparing the dosage procedures with that of the PCG test, as well as the compacity results, and to the Duriez test at 18ºC, regarding the evaluation of the water action, respectively. The complex modulus tests were executed with the asphalt mixes as in dry state as after have been submitted to a previous conditioning process (alternated cycles of immersion in water and heating into the stove at 60ºC), while the fatigue tests were proceeded from the same way that those of complex modulus, with the inclusion of a stage in which the specimens were directly immersed in water, without the previous alternated conditioning mentioned earlier. The results obtained indicate that after the heating cycles into the stove, preceded of those of immersion in water (both at 60ºC), there is an increase of the asphalt mixes# stiffness modulus, due to the hardening of the asphalt binder. However, this hardening is characterized by the aging process of the material, which causes a sensible reduction of the asphalt mixes# fatigue collapse resistance. It was also observed the detachment of the asphalt binder film from the interface of the granular-mastic systems. In addition, the limestone powder when compared to the granitic powder has shown the most efficient active behaviour, taking into account the overall analyses concerning the results obtained. These approached situations were well evidenced by a simulated design based on the French methodology developed by the Sérvice d#Études Techniques des Routes et Autoroutes (SETRA) together with the Laboratoire Central des Ponts et Chaussées (LCPC), with the aid of a computerized calculus tool (EVERSTRESS 5.0). The different conditioning processes of the specimens have developed a relevant role on the pavement design. The previous alternated conditioning led to a very significant increase (up to 20%) of the thicknesses concerning the bituminous layers.