Adalberto Leandro Faxina.

As emulsões asfálticas são produtos amplamente empregados na pavimentação, em virtude do seu custo mais baixo, comparado aos produtos aplicados a quente, combinado ao desempenho satisfatório observado em diferentes aplicações. As emulsões também se destacam como uma tecnologia ambientalmente amigável, na medida em que não demandam aquecimento para aplicação e, por esta razão, não liberam emissões ao meio ambiente nesse processo, justamente por serem aplicadas em temperatura ambiente. O tamanho do mercado de emulsões no país, que se estima chegar a 30 por cento do total de asfalto consumido anualmente, combinado com a versatilidade do material quanto à diversidade de aplicações justificam a realização de pesquisas abrangentes acerca da durabilidade deste tipo de produto. Novas tecnologias para emulsões vêm sendo desenvolvidas, em particular a modificação por polímeros. O objetivo desta pesquisa é avaliar o desempenho de emulsões modificadas por diferentes mecanismos, do ponto de vista de caracterização reológica do resíduo e do desempenho de pavimentos compostos por camadas asfálticas produzidas com emulsões. Espera-se produzir resultados que aumentem o entendimento acerca do papel das emulsões sobre a durabilidade dos pavimentos e que amparem a produção de uma proposta de plataforma de classificação de emulsões por desempenho.

A poluição provocada pelos plásticos descartados é um dos principais desafios globais, em virtude do crescente volume de resíduos descartados e pelo acúmulo deles no meio ambiente, em especial nos oceanos. O grande volume de resíduos plásticos lançados nos oceanos e nos aterros sanitários vem despertando um interesse crescente no reaproveitamento e na reciclagem desse tipo de material. Um dos campos promissores para aplicações de plásticos descartados é a pavimentação asfáltica, onde os plásticos podem ser usados na produção de asfaltos modificados (processo úmido) ou incorporados diretamente na produção das misturas asfálticas (processo seco). Esta tecnologia é interessante tanto do ponto de vista ambiental quanto técnico, uma vez que não apenas diminui a quantidade de resíduos plásticos descartados, mas também proporciona melhorias nas propriedades mecânicas das misturas asfálticas, com potencial concreto de aumentar a durabilidade dos pavimentos. O objetivo desta pesquisa é desenvolver aplicações de plásticos reciclados em misturas asfálticas usinadas a quente, tanto pela via seca quanto pela via úmida, neste último caso empregando a técnica de modificação híbrida, na qual se faz a incorporação de plástico reciclado como elemento adicional em asfaltos-borracha e asfaltos modificados com polímero elastomérico. Os resultados deste estudo embasarão a elaboração de uma minuta de protocolo disciplinando a incorporação de plásticos reciclados pelos processos seco e úmido e também indicarão qual a técnica mais atrativa para incorporação do plástico reciclado (via seca ou via úmida) e do tipo (ou tipos) de plástico mais adequados para aplicação em pavimentação, criando subsídios técnicos para a implantação de futuros trechos experimentais.

As misturas asfálticas são expostas a condições adversas que provocam a perda de voláteis e a oxidação do ligante asfáltico, resultando em um fenômeno denominado envelhecimento. O asfalto está sujeito a envelhecer desde a fabricação da mistura asfáltica, quando está submetido predominantemente ao fenômeno de volatilização, assim como ao longo da vida de serviço do pavimento, quando o mecanismo predominante é a oxidação. O envelhecimento torna as misturas asfálticas mais rígidas, o que pode comprometer a capacidade delas em resistir aos esforços repetidos do tráfego de veículos pesados, levando a trincamentos. Para que se possa avaliar o desempenho das misturas asfálticas à fadiga de maneira racional, é necessário simular diferentes níveis de envelhecimento do material, buscando reproduzir as condições de campo. Em contaste a isso, os protocolos atualmente em uso no país para avaliação da fadiga não incluem a simulação do envelhecimento das misturas asfálticas, levando a resultados que podem superestimar a durabilidade do material. O objetivo desta pesquisa é submeter misturas asfálticas preparadas com diferentes asfaltos (puros, modificados por polímeros e asfalto-borracha) a diferentes níveis de envelhecimento e avaliar o efeito deles sobre o desempenho à fadiga por meio de diferentes ensaios (tração direta, tração indireta e flexão alternada). A pesquisa pretende contribuir com o aprofundamento do conhecimento acerca dos mecanismos de fadiga de misturas asfálticas e embasar a criação de uma minuta de norma para ensaios de fadiga de misturas asfálticas que considerem o efeito dos diferentes níveis de envelhecimento do material.

A motivação principal desta proposta de pesquisa é a necessidade do desenvolvimento de materiais alternativos ao asfalto, que é um material de construção largamente usado como agente cimentante na indústria da pavimentação para produzir misturas asfálticas. Asfaltos são derivados da destilação do petróleo e a sua disponibilidade depende basicamente do quanto durar o ciclo do petróleo, que tem seu fim previsto para as próximas duas décadas. Uma solução promissora para a iminente interrupção na produção de ligantes derivados de petróleo é o desenvolvimento do ligante de base vegetal, ou bioligante, o qual também é o objetivo principal desta proposta. Este desenvolvimento é um processo complexo similar ao desenvolvimento de um asfalto modificado por polímero, englobando diversas fases: formulação dos bioasfaltos usando diferentes insumos vegetais e outros insumos tais como polímeros, avaliação da resistência ao envelhecimento, caracterização reológica e química, em conjunto com a dosagem de misturas asfálticas preparadas com bioasfaltos e sua caracterização mecânica. Um asfalto convencional e um asfalto modificado com polímero serão usados como materiais de referência. Adicionalmente, modelagem computacional e análise mecanística serão conduzidas para avaliar o desempenho dos bioasfaltos em pavimentos simulados. No que se refere a aplicações práticas, pode-se afirmar que os bioasfaltos são uma tecnologia disruptiva, por representar a transição de agentes cimentantes derivados de fontes não-renonáveis para materiais avançados produzidos com base em fontes renováveis tais como a biomassa. Espera-se que os resultados globais do estudo proporcionem um grande banco de dados acerca da caracterização de bioasfaltos e uma novatecnologia de aplicação imediata para a indústria da pavimentação. Espera-se também que o trabalho colaborativo com as empresas encurte o caminho entre o desenvolvimento da tecnologia e a sua disseminação como uma nova prática para estradas mais sustentáveis.

O emprego da tecnologia de misturas mornas vem crescendo gradativamente em diversos países no mundo, incluindo o Brasil, embora o volume de aplicações ainda seja pouco representativo em âmbito nacional. Esta tecnologia promove a redução do volume de emissões, com impactos positivos do ponto de vista ambiental e social, neste último caso porque os trabalhadores se veem expostos a um volume consideravelmente menor de agentes carcinogênicos. Um menor consumo de combustível também reforça os apelos ambiental e econômico da técnica. Do ponto de vista do asfalto, o emprego desta tecnologia também é vantajoso, já que temperaturas de operação mais baixas degradam menos o material, o que deve se refletir em aumento da vida útil dos pavimentos. No que se refere à avaliação do desempenho das misturas produzidas com agente de mistura morna, dúvidas ainda persistem no que se refere ao efeito dos agregados minerais que retém mais água, tal como os basaltos, além dos próprios problemas de adesividade de certos agregados minerais, entre outras. A disponibilidade no mercado de diferentes tecnologias e diferentes produtores de uma mesma tecnologia enseja estudos mais aprofundados do desempenho dos agentes de misturas mornas no âmbito laboratorial, incluindo misturas asfálticas produzidas com asfaltos puros e modificados e sujeitas a envelhecimento. A pesquisa visa contribuir com o aprofundamento do conhecimento dos impactos desta tecnologia sobre o desempenho dos pavimentos e com a ampliação do seu uso em obras rodoviárias sob bases racionais.

Os métodos de dimensionamento de pavimentos baseados exclusivamente nos conceitos da mecânica dos pavimentos, os denominados métodos mecanísticos, são valorizados em relação a outros métodos por oferecerem uma abordagem racional dos mecanismos de ruptura dos pavimentos. No entanto, o uso disseminado deste tipo de método de dimensionamento ainda é limitado no Brasil e em outros países, o que se deve, em parte, à escassez de métodos de cálculo capazes de relacionar racional e inequivocamente as propriedades mecânicas dos materiais ao desempenho do pavimento. Na esfera das misturas asfálticas, uma das principais dificuldades é a consideração dos efeitos da viscoelasticidade. As ferramentas de análise criadas recentemente têm proporcionado aprimoramentos importantes nos métodos mecanísticos. Estas ferramentas são eficientes porque associam o uso de propriedades mecânicas fundamentais dos materiais obtidas por meio de ensaios relativamente simples a uma modelagem computacional cuja complexidade vem se tornando gradativamente menos desencorajadora aos usuários. Os modelos computacionais disponíveis são capazes de ponderar os efeitos da viscoelasticidade não-linear das misturas asfálticas sobre o comportamento à fadiga e permitem calcular índices de dano por fadiga com base em características viscoelásticas e de fratura das misturas. Esta pesquisa visa contribuir com o aperfeiçoamento da modelagem computacional de pavimentos, fazendo uso de um modelo de zona coesiva viscoelástica não-linear integrado à função gaussiana de evolução do dano, além de dados de módulo dinâmico e flexão em amostras semicirculares (SCB) de misturas asfálticas e de simulações mecanísticas. Nota-se, neste campo da literatura, a inexistência de um estudo extensivo do efeito da adição de misturas asfálticas recicladas (RAP) sobre o trincamento por fadiga, assim como do efeito do envelhecimento e do emprego de asfaltos modificados. Este estudo visa preencher em parte esta lacuna, ao avaliar misturas asfálticas produzidas com diferentes percentuais de RAP, misturas asfálticas sob diferentes níveis de envelhecimento simulado em laboratório e misturas asfálticas produzidas com ligantes asfálticos modificados.

A simulação dos efeitos do envelhecimento ao qual o asfalto está submetido nas etapas de usinagem, transporte e compactação das misturas asfálticas, chamado envelhecimento de curto prazo, e do envelhecimento ao qual o asfalto está sujeito ao longo da vida útil do pavimento, chamado envelhecimento de longo prazo, e a caracterização reológica dos resíduos envelhecidos é um item fundamental das especificações modernas para materiais asfálticos. Dentre as técnicas mais empregadas, estão o ensaio na estufa de filme fino rotativo (RTFO), que simula o envelhecimento de curto prazo, e o ensaio na estufa de vaso pressurizado (PAV), que simula o envelhecimento de longo prazo. Embora sejam técnicas bastante consolidadas mundialmente e bastante empregadas especialmente nos países ricos, o custo de aquisição e manutenção desses equipamentos ainda é proibitivo para muitos países. O propósito principal desta pesquisa é validar o emprego de duas técnicas de envelhecimento simplificadas, visando baratear o custo dos ensaios sem comprometer a precisão necessária na avaliação dos materiais: o ensaio USAT - Universal Simple Aging Test, que permite a simulação do envelhecimento tanto de curto quanto de longo prazo, incluindo misturas mornas, e o ensaio RTFO estendido. No caso do USAT de curto e de longo prazos, tanto a estufa RTFO quanto a estufa PAV poderiam ser eliminadas da especificação de asfaltos. Já no caso do RTFO estendido, apenas a estufa PAV poderia ser eliminada. A expectativa é que a pesquisa consiga validar a aplicação destas técnicas no país, de modo a facilitar a simulação dos envelhecimentos de curto e de longo prazo, para que mais empresas e universidades possam avaliar a qualidade dos asfaltos sob condições mais severas de envelhecimento que a empregada atualmente.

A caracterização de ligantes asfálticos segundo a especificação Superpave (Superior Performing Pavements), criada nos Estados Unidos em meados da década de 1990, se fundamenta na correlação entre propriedades reológicas dos ligantes asfálticos e o desenvolvimentos dos principais mecanismos de ruptura dos pavimentos asfálticos (deformação permanente, trincamento por fadiga e trincamento de origem térmica). É uma especificação baseada em desempenho que vem sendo discutida por muitos países e implementada por outros em formato idêntico ou adaptado. As especificações por desempenho, tais como a Superpave, são muito atrativas, mas esbarram nos altos investimentos em equipamentos e mão-de-obra especializada para conduzir os testes. Na especificação Superpave, a determinação do grau de desempenho sob baixas temperaturas é feita no reômetro de flexão em viga (BBR bending beam rheometer), que é um equipamento de alto custo, da mesma ordem de grandeza de valor dos demais equipamentos empregados naquela especificação. Nos últimos anos, em uma tentativa de viabilizar a caracterização dos asfaltos sob baixas temperaturas em outro reômetro utilizado para caracterizar asfaltos nas classificação Superpave, o reômetro de cisalhamento dinâmico (DSR dynamic shear rheometer), estudos vem sendo desenvolvidos no intuito de encontrar as condições ideais de ensaio no DSR que levem a resultados semelhantes ou equivalentes aos obtidos no BBR. O intuito daqueles estudos é consolidar a técnica de mensuração de propriedades reológicas sob baixas temperaturas no DSR, de modo a substituir o BBR, o que reduziria o investimento inicial em aquisição de equipamentos. Este projeto de pesquisa tem objetivo alinhado com este esforço de pesquisa que vem sendo desenvolvido em paralelo por outros países, em especial os Estados Unidos, e visa analisar asfaltos puros e modificados, asfaltos virgens e em diferentes níveis de envelhecimento, além de asfaltos recuperados e rejuvenescidos, buscando identificar as condições de ensaio que levam a resultados de propriedades reológicas a baixas temperaturas obtidas no DSR que sejam semelhantes ou equivalentes aos obtidos no BBR. Visa-se com isso facilitar a caracterização reológica dos asfaltos sob baixas temperaturas pela concentração dos ensaios em um único equipamento (no caso o DSR).

A caracterização de ligantes asfálticos na escala das argamassas asfálticas, conhecidas em inglês como SAM Sand Asphalt Mortars, vem ganhando espaço na literatura internacional nos últimos 15 anos por ser uma técnica muito conveniente para avaliar o comportamento reológico de ligantes asfálticos. Nesta técnica, compõe-se uma mistura de areia e asfalto que permite simular a espessura do filme asfáltico presente em misturas asfálticas convencionais. O emprego de um meio pétreo composto por partículas de areia de granulometria uniforme e supostamente inertes tem a vantagem de permitir aos pesquisadores analisar os asfaltos em condições similares às encontradas em uma mistura asfáltica. Outra vantagem é a possibilidade de eliminar a influência da granulometria das partículas e a sua reatividade com o asfalto, o que não é possível quando se analisa uma mistura asfáltica convencional. Pode-se por meio desta técnica eliminar também a influência das partículas minerais sobre o envelhecimento do asfalto. Nesta pesquisa, serão analisados asfaltos puros e modificados, asfaltos virgens e em diferentes níveis de envelhecimento, além de asfaltos recuperados e rejuvenescidos, no intuito de aprofundar o entendimento da influência das características reológicas dos asfaltos sobre o desempenho das misturas asfálticas.

A modificação de ligantes asfálticos é uma prática consolidada na construção de pavimentos asfálticos tanto no Brasil quanto no mundo, por ser uma solução efetiva para melhorar o desempenho dos pavimentos. Polímeros virgens têm sido empregados neste tipo de aplicações, porém, mais recentemente, plásticos reciclados passaram a ser empregados. São registradas poucas pesquisas até o momento acerca da incorporação de plásticos descartados tanto no ligante asfáltico quanto na mistura asfáltica, porém os resultados das primeiras pesquisas têm demonstrado que esta aplicação pode levar a pavimentos mais duráveis e ambientalmente sustentáveis. O objetivo desta pesquisa é avaliar a viabilidade técnica e a efetividade da incorporação de plásticos reciclados de diferentes composições a ligantes e a misturas asfálticas. Serão avaliadas aplicações de polímeros reciclados oriundos do mercado de reciclagem brasileiro, sendo incorporados isoladamente ou combinados com outros polímeros ou aditivos que possam melhorar a estabilidade das formulações. Destaca-se a aplicações de plásticos reciclados com polímeros do tipo RET (polímeros reativos) e também com borracha moída de pneus descartados. Busca-se, com esta pesquisa, combinar o desenvolvimento de uma solução técnica atrativa para melhorar o desempenho das misturas asfálticas com o desenvolvimento de uma solução ambientalmente promissora que permita a reutilização de plásticos descartados e consequente diminuição do volume de rejeitos plásticos no meio ambiente.

O objetivo deste estudo é avaliar o efeito de quatro agentes de reciclagem (AR) ? três bio-óleos à base de soja e um óleo convencional à base de petróleo ? em dois ligantes asfálticos envelhecidos em laboratório. A dosagem do AR foi feita com base em propriedades reológicas sob altas temperaturas, tais como o grau contínuo em temperatura alta e a compliância não-recuperável do ensaio MSCR. Foram obtidos e comparados os teores ótimos de AR para três níveis de envelhecimento do ligante asfáltico (RTFO, PAV 20 horas e PAV 40 horas). Os ligantes no nível de envelhecimento PAV 20 horas foram adotados para serem rejuvenescidos nos teores ótimos de agente de reciclagem e terem suas propriedades químicas e reológicas medidas.

Ensaios e parâmetros de fadiga para ligantes asfálticos foram desenvolvidos como alternativas ao parâmetro G*.sen(delta) da especificação Superpave (Superior Performing Pavements), mas também apresentam limitações. Nuñez et al. (2016) observaram que o índice de tolerância ao dano (af) do ensaio Linear Amplitude Sweep (LAS) se mostrou ineficiente para determinar o ponto de falha em alguns asfaltos modificados e Nuñez et al. (2016) sugeriram uma abordagem baseada na Mecânica da Fratura Elástico-Linear (MFEL). Nesta pesquisa, um parâmetro de tolerância à fadiga baseado na MFEL (aMFEL) está sendo avaliado quanto à aplicabilidade e representação do comportamento à fadiga. Os índices aMFEL, af e FFL (fator de fadiga do ligante, obtido por meio da aplicação da teoria do dano contínuo em meio viscoelástico - VECD) foram comparados quanto à aplicabilidade e correlação com o parâmetro Np20, obtido do ensaio Time Sweep (TS). Também está sendo analisada a faixa de módulo de cisalhamento complexo de 12 a 60 MPa, na qual o fenômeno de fadiga seria devidamente representado no ensaio LAS. Apesar de os resultados avaliados até o momento indicarem uma correlação fraca entre os parâmetros aMFEL (derivado da teoria da mecânica da fratura elástico-linear) e Np20 (derivado do conceito de energia dissipada), o parâmetro aMFEL se apresenta como uma alternativa ao índice af, uma vez que também considera a macrofissuração que ocorre durante o ensaio LAS, além de ter apresentado maior aplicabilidade e maior correlação com o parâmetro Np20 que o índice af (derivado da abordagem baseada na fratura). Os resultados deste estudo mostram que a abordagem baseada na teoria do dano contínuo em meio viscoelástico (VECD) é a melhor alternativa para a caracterização dos materiais, em virtude da sua maior aplicabilidade e da maior correlação com o parâmetro Np20. Mesmo assim, pode-se afirmar que a aplicação da mecânica da fratura elástico-linear vem gerando resultados promissores, mesmo sem se fazer uma consideração precisa das propriedades viscoelásticas dos materiais. Os resultados obtidos refletem a simplicidade e as limitações da teoria empregada, porém abrem caminhos para estudos que apliquem teorias mais apropriadas a materiais viscoelásticos, como a mecânica da fratura não-linear.

A oxidação do ligante asfáltico é um dos principais fatores que contribuem para o envelhecimento do pavimento. O envelhecimento provoca aumento da rigidez do ligante asfáltico, o que pode ser um fator negativo, pois o enrijecimento excessivo pode contribuir para a ocorrência prematura de trincamento por fadiga, em pavimentos sujeitos a deflexões exageradas, e também de trincamento de origem térmica. Estão disponíveis alguns protocolos de ensaio que permitem simular em laboratório o envelhecimento que misturas asfálticas sofrem em campo. Em geral, estes ensaios consideram a aplicação de temperatura, de modo a simular o envelhecimento termo-oxidativo. O efeito da radiação ultravioleta (envelhecimento foto-oxidativo) tem sido objeto de estudo, em especial, em ligantes asfálticos, com resultados que mostram o potencial de alteração das propriedades reológicas destes materiais quando sujeitos à radiação ultravioleta. Poucos estudos avaliam a influência da radiação UV sobre a mistura asfáltica completa, o que reforça a necessidade do desenvolvimento de pesquisas que ampliem o conhecimento sobre como o envelhecimento foto-oxidativo afeta suas propriedades. Esta pesquisa visa quantificar o efeito da radiação UV no envelhecimento de misturas asfálticas, por meio da avaliação de propriedades mecânicas das misturas asfálticas e propriedades químicas e reológicas dos ligantes asfálticos extraídos e recuperados de amostras envelhecidas. Pretende-se ainda comparar o método de envelhecimento proposto com o método padronizado pela AASHTO R 30, bem como o envelhecimento de amostras expostas ao ambiente natural do Brasil e da Alemanha. Outras variáveis também serão consideradas para avalição do envelhecimento, como o tipo de ligante que compõe a mistura e se as amostras foram submersas em água ou não, antes dos procedimentos de envelhecimentos laboratoriais. Espera-se, com isto, que esta pesquisa contribua com o aprofundamento do conhecimento sobre os efeitos do envelhecimento nas propriedades das misturas asfálticas.

Os estudos desenvolvidos na escala do ligante asfáltico são capazes de fornecer importantes indicadores do comportamento à fadiga da mistura asfáltica. Em decorrência dos estudos realizados posteriormente ao Strategic Highway Research Program (SHRP), foram desenvolvidos ensaios e parâmetros de fadiga para ligantes asfálticos com base em suas propriedades reológicas como alternativas ao parâmetro G*.senδ (módulo dinâmico dividido pelo seno do ângulo de fase) da especificação Superpave (Superior Performing Pavements). Diversas abordagens foram utilizadas para estabelecer os critérios de falha, porém, esses critérios apresentam limitações, seja em relação à capacidade de explicar o fenômeno, à duração do ensaio ou à aplicabilidade a certos asfaltos. Nuñez et al. (2016) sugeriram uma abordagem baseada na Mecânica da Fratura Elástico-Linear (MFEL) para análise de resultados do ensaio Linear Amplitude Sweep (LAS) e, nessa abordagem, os autores consideraram a macrofissuração e sugeriram a adoção do índice alefm a fim de contornar problemas observados quando da aplicação da abordagem baseada na fratura (índice af) sugerida por Hintz (2012). O objetivo desta pesquisa é investigar o uso do índice baseado na MFEL para quantificar as características de fadiga de ligantes asfálticos e compará-las aos índices obtidos por meio da abordagem baseada na fratura (índice af) e da abordagem baseada na mecânica do dano contínuo em meio viscoelástico (VECD) com uso do Fator de Fadiga no Ligante (FFL). As três abordagens foram aplicadas a resultados de ensaios LAS de ligantes asfálticos convencionais e modificados e mástiques asfálticos com relações fíler/asfalto variáveis, em temperaturas variáveis e dois níveis de envelhecimento. Resultados de ensaio Time Sweep (TS) foram utilizados para validação, uma vez que esse ensaio se mostrou capaz de representar de maneira satisfatória o comportamento à fadiga desses materiais.

A caracterização de misturas asfálticas empregando matrizes de agregado fino (MAF) vem ganhando espaço no meio científico desde o início dos anos 2000 e tem se mostrado uma ferramenta promissora na avaliação do dano por fadiga e do dano induzido pela água. A literatura técnica demonstra a capacidade dos ensaios de fadiga na matriz de agregado fino em reproduzir o desempenho das misturas asfálticas à fadiga, fato que valida o uso desta ferramenta para este fim. No que se refere ao dano por umidade induzida, os ensaios em MAFs condicionadas à umidade também apresentam correlação com resultados de misturas asfálticas condicionadas à umidade. Neste projeto de pesquisa, misturas asfálticas foram dosadas segundo o método Marshall e corpos de prova moldados no teor ótimo de asfalto e com volume de vazios próximos de 7% foram condicionados à umidade para obter a relação de resistência à tração. A parte fina das misturas asfálticas foi peneirada e submetida aos ensaios para determinação do teor de asfalto da matriz de agregado fino destas misturas, para proceder à compactação de corpos de prova de MAF com volumes de vazios também da ordem de 7%. Corpos de prova de controle e condicionados foram submetidas aos ensaios padronizados para MAFs (fingerprint e dano) e os dados destes ensaios permitiram a construção das curvas características (C vs S) destes materiais e, por derivação, foram obtidas as curvas de fadiga. Os resultados preliminares apontam o potencial da análise baseada nas MAFs em distinguir misturas asfálticas em relação à propensão ao descolamento do filme asfáltico por ação da água e também estão sendo úteis na avaliação do efeito da cal hidratada como agente melhorador da adesividade.

Diferentes equipamentos e métodos de ensaio têm sido recentemente desenvolvidos para monitorar o comportamento à fadiga dos materiais asfálticos para pavimentação, porém ainda não se obteve um entendimento completo dos mecanismos que desencadeiam o trincamento do concreto asfáltico e dos efeitos que as condições de campo têm sobre a evolução do processo de degradação do material. Parte da dificuldade em se obter um entendimento mais preciso do processo de fadiga está relacionada à inexistência de um ensaio eficiente para caracterizar o dano sofrido pela amostra. Ferramentas computacionais baseadas no método dos elementos finitos têm sido cada vez mais empregadas para simular os estados de tensão de diversos materiais de construção, ampliando o campo de possibilidades de análise do comportamento reológico dos materiais. Tais ferramentas permitem a simulação de diversas condições de ensaio que em muito se assemelham às condições às quais os concretos asfálticos estão sujeitos no campo. O presente projeto de pesquisa se insere neste contexto e tem por objetivo avaliar o comportamento tensão-deformação de misturas asfálticas finas (MAF) por meio de simulações em pacotes computacionais baseados no método dos elementos finitos. Serão analisadas amostras de MAF compostas com diferentes proporções de RAP (Reclaimed Asphalt Pavements) e agentes de reciclagem, a fim de verificar a aderência entre os resultados de ensaios de fadiga físicos, conduzidos no reômetro de cisalhamento dinâmico, e de ensaios virtuais, realizados em pacote de método dos elementos finitos.

A modificação de ligantes asfálticos não é um assunto recente, porém, dada a grande diversidade de
modificadores e de processos de modificação atualmente disponíveis no mercado, novos campos de pesquisa naturalmente se abrem. Uma das áreas que demandam novos estudos é a de combinação de diversos modificadores, na tentativa de associar os efeitos positivos que cada modificador tem sobre as propriedades reológicas do produto final. Novas ferramentas desenvolvidas nos últimos anos têm facilitado a caracterização reológica avançada dos materiais asfálticos, seja no âmbito do próprio ligante asfáltico como também no âmbito da matriz do agregado fino (mástique formado pela fração fina da composição granulométrica da mistura asfáltica e pelo ligante asfáltico). Tais ferramentas permitem aprofundar o conhecimento do comportamento reológico de ligantes asfálticos aditivados com apenas um ou com uma combinação de dois ou mais modificadores e também do efeito de tais aditivações sobre o comportamento mecânico das misturas asfálticas. A aditivação de ligantes asfálticos visa a melhoria de propriedades reológicas diretamente associadas aos três principais mecanismos de degradação da camada asfáltica: a deformação permanente, o trincamento por fadiga e o trincamento de origem térmica. No entanto, dependendo do tipo e da proporção de modificador e também da sua compatibilidade com o ligante asfáltico de base, outros benefícios podem ser obtidos, como o aumento da resistência ao envelhecimento, a minimização da perda de elementos voláteis, a melhoria da adesividade do ligante asfáltico com o agregado mineral, a melhoria da trabalhabilidade da massa asfáltica e o aumento da estabilidade à estocagem do ligante asfáltico modificado. Dada a diversidade de melhorias que podem ser proporcionadas pelos modificadores ao comportamento mecânico das misturas asfálticas, esta pesquisa visa avaliar o efeito de diversos modificadores, isoladamente e em combinação com outros, sobre o comportamento reológico de ligantes e de mástiques asfálticos.

O meio rodoviário brasileiro tem como perspectiva para os próximos anos o desenvolvimento de um novo método de projeto de pavimentos asfálticos, como resultado do investimento em pesquisas capitaneado pela Petrobras, por meio da sua Rede Temática de Asfalto, em parceria com instituições de ensino e pesquisa brasileiras. Este plano de investimentos envolve dezenas de pistas experimentais, cuja construção e desempenho serão monitorados por meio de ensaios de campo e de laboratório, a serem realizados por um grupo de universidades. Como coadjuvante neste esforço experimental, o presente projeto de pesquisa tem por finalidade o monitoramento de propriedades reológicas dos materiais asfálticos utilizados na construção destas pistas, nas diversas fases da vida útil delas, por meio de ensaios de laboratório a serem realizados no Laboratório de Estradas do Departamento de Transportes da EESC-USP. Os materiais asfálticos a serem analisados são: (a) ligantes asfálticos, avaliados nas fases de projeto, de construção e ao longo dos primeiros anos de serviço das pistas experimentais; (b) mástiques asfálticos, avaliados na fase de projeto das pistas experimentais e (c) misturas asfálticas, avaliadas nas fases de projeto, de construção e ao longo dos primeiros anos de atividade. As propriedades reológicas são as principais ferramentas empregadas na tarefa de especificar materiais asfálticos para construção rodoviária, uma vez que as pesquisas e as experiências de campo acumuladas ao longo dos anos têm mostrado uma relação direta entre propriedades reológicas dos ligantes asfálticos e as propriedades mecânicas das misturas asfálticas. O monitoramento das propriedades reológicas dos materiais asfálticos das pistas experimentais contribuirá com o aprofundamento do entendimento destas relações para os materiais nacionais, possibilitando o uso mais racional de materiais locais. Por sua vez, a racionalização do uso de materiais pode implicar na construção de pavimentos asfálticos mais econômicos, mais confortáveis, mais seguros e mais duradouros. Uma das contribuições imediatas deste projeto é a constituição de uma ampla base de dados de propriedades reológicas de materiais asfálticos nacionais e suas relações com as propriedades mecânicas de misturas asfálticas. Esta base de dados apoiará a formulação do novo método de projeto de pavimentos e tem potencial para orientar a redação de futuras normas nacionais relativas a materiais asfálticos para uso rodoviário. De posse de uma base de dados racional e confiável, o país se encontrará preparado para a implementação de conceitos que acrescentarão racionalidade à tarefa de especificar materiais asfálticos. Os objetivos deste programa de pesquisa são: (1) efetuar a caracterização reológica de materiais asfálticos provenientes do programa de pistas experimentais da Rede Temática de Asfalto, incluindo ligantes asfálticos, mástiques asfálticos e misturas asfálticas; (2) monitorar o efeito do envelhecimento, na fase de construção dos trechos experimentais e ao longo dos anos seguintes em serviço, sobre as propriedades reológicas de ligantes asfálticos e de misturas asfálticas extraídas da pista; (3) difundir o conhecimento, em âmbito nacional, dos ensaios de caracterização reológica de materiais asfálticos por meio do treinamento de técnicos, pesquisadores e alunos envolvidos, direta ou indiretamente, com as pesquisas da Rede Temática de Asfalto; (4) correlacionar os resultados de ensaios de caracterização reológica provenientes deste projeto com os resultados de ensaios de propriedades mecânicas de misturas asfálticas obtidos em outros projetos da Rede Temática de Asfalto; (5) ampliar o conhecimento sobre o comportamento reológico de materiais asfálticos nacionais, empregando propriedades reológicas fundamentais, visando especificar ligantes asfálticos mais adequados às condições brasileiras.

O envelhecimento dos ligantes asfálticos é um fator determinante sobre o comportamento mecânico das misturas asfálticas, na medida em que provoca alterações do comportamento reológico do ligante asfáltico que afetam diretamente a resposta mecânica das misturas asfálticas. Na tentativa de contornar o efeito prejudicial associado ao envelhecimento do ligante asfáltico, as especificações de materiais, em sua maioria, recomendam a simulação do envelhecimento a curto prazo ou dos envelhecimentos a curto a e a longo prazos, a fim quantificar o efeito do envelhecimento sobre as propriedades reológicas dos materiais. Neste contexto, os procedimentos de laboratório para induzir o envelhecimento devem ser efetivos em simular níveis de envelhecimento compatíveis com os observados em campo, seja durante o processo construtivo, seja durante a vida útil da camada asfáltica. Este projeto de pesquisa tem por objetivo comparar os níveis de envelhecimento sofridos pelos ligantes asfálticos durante a fase de construção do pavimento e aqueles sofridos pelos mesmos ligantes asfálticos submetidos ao procedimento de envelhecimento em laboratório na estufa de filme fino rotativo (RTFO). Amostras de misturas asfálticas serão coletadas na fase de construção do pavimento, mais precisamente logo após o lançamento da camada asfáltica, e serão submetidas ao ensaio de extração de ligante asfáltico. Amostras de ligante asfáltico virgem serão coletadas na usina e submetidas ao procedimento de envelhecimento a curto prazo na estufa RTFO em diferentes tempos de exposição, de maneira a verificar qual procedimento de laboratório simulará melhor o nível de envelhecimento real de usina. Na comparação dos resultados, serão empregadas curvas-mestre e os resultados dos ensaios de viscosidade e fluência e recuperação sob múltiplas tensões (MSCR), além dos valores do grau de desempenho dos materiais. Acredita-se ser possível, à luz dos resultados obtidos neste experimento, propor alterações no procedimento de ensaio que simula o envelhecimento a curto prazo ou, na hipótese contrária, validar o procedimento vigente da especificação Superpave para os materiais empregados no país.

O envelhecimento dos ligantes asfálticos é um fenômeno natural, que tem início na fase de construção das camadas asfálticas executadas a quente e que se desenvolve mais lentamente ao longo da vida útil do pavimento. A principal conseqüência do envelhecimento é o endurecimento do ligante asfáltico, expresso pelo aumento do seu módulo. Tal endurecimento favorece a resistência à deformação permanente nos primeiros meses após a construção, mas pode prejudicar a resistência à fadiga quando este fenômeno se dá por deformação controlada. Tamanha é a importância do envelhecimento sobre as propriedades mecânicas das misturas asfálticas que as especificações atuais, tanto estrangeiras quanto a nacional, limitam determinados índices ou parâmetros de envelhecimento do ligante asfáltico, visando controlar o endurecimento excessivo da mistura asfáltica. A especificação Superpave prescreve a simulação do envelhecimento a curto prazo por meio do ensaio em estufa de filme fino rotativo (RTFOT) e o envelhecimento a longo prazo por meio do ensaio em vaso pressurizado (PAV). Tais técnicas de envelhecimento acelerado são orientadas pelo princípio da simulação termo-oxidativa, que se baseia na aplicação de temperatura e pressão, combinada com exposição a algum gás (ar ou oxigênio). A radiação ultravioleta (UV), que tem efeito inegavelmente expressivo sobre a oxidação do ligante asfáltico, normalmente é desconsiderada pelas especificações, incluindo a brasileira. Tendo em vista a pequena quantidade de estudos acerca do efeito da radiação ultravioleta sobre o envelhecimento oxidativo dos ligantes asfálticos, propõe-se a realização de um estudo amplo com o objetivo de quantificar os efeitos da radiação UV sobre as propriedades reológicas de ligantes asfálticos. Em virtude do uso gradativamente crescente dos ligantes asfálticos modificados, faz-se necessário avaliar como a radiação ultravioleta afeta as propriedades reológicas destes materiais. Serão avaliados 12 ligantes asfálticos modificados, todos com classificação por grau de desempenho PG 76-XX, preparados com base em um CAP 50-70 com classificação PG 64-XX, previamente envelhecidos a curto prazo na estufa RTFO. Os modificadores empregados são o Elvaloy, a borracha moída de pneus, o SBS, o EVA, o polietileno, o SBR e o ácido polifosfórico (PPA). Serão analisadas cinco formulações do tipo CAP+modificador e seis formulações do tipo CAP+modificador+PPA, além do CAP+PPA e do CAP puro. Os ligantes asfálticos envelhecidos a curto prazo serão expostos a diferentes níveis de radiação UV em diferentes temperaturas e os resíduos obtidos serão submetidos a ensaios no reômetro de cisalhamento dinâmico (DSR). Os resultados obtidos serão comparados aos das amostras envelhecidas a curto e a longo prazos, nas estufas RTFO e PAV, sem a aplicação da radiação UV.

O copolímero SBS é o aditivo mais empregado mundialmente na modificação de ligantes asfálticos, por melhorar diversas de suas características. Um dos principais problemas deste tipo de formulação é a separação de fases, que pode ser minimizada com a incorporação de aditivos. Um novo polietileno de alta densidade e baixo peso molecular oxidado (com denominação comercial TITAN 9686) foi utilizado nesta pesquisa, com o objetivo de testar a hipótese de que a adição de proporções adequadas deste aditivo possa melhorar as características reológicas do asfalto+SBS. O experimento laboratorial foi delineado com base na técnica de experimentos com misturas, englobando um total de nove formulações compostas com asfalto, SBS e TITAN. O teor de SBS variou entre 0 e 5% em peso e o de polietileno variou entre 0 e 2% em peso. Foi utilizado óleo aromático no teor de 4% em peso para todas as nove misturas. As misturas foram analisadas em três condições de envelhecimento: virgem, curto prazo (na estufa RTFO) e longo prazo (na estufa PAV). Foram realizados os seguintes ensaios reológicos: (i) de cisalhamento em regime oscilatório em diferentes condições de temperatura e frequência (para medida do módulo complexo e do ângulo de fase, usados na determinação do grau de desempenho, no cálculo dos parâmetros G*/sen(δ) e G*.sen(δ) e na construção de curvas-mestre), (ii) de viscosidade Brookfield, (iii) de fluência e recuperação sob múltiplas tensões (para medida do percentual de recuperação e da compliância não-recuperável), (iv) de varredura de amplitude linear (para cálculo do parâmetro a f e para ajuste do modelo de fadiga) e (v) de estabilidade à estocagem. Acerca das características escolhidas para mensurar a melhora ou piora das propriedades das misturas asfalto+SBS com a adição de TITAN, podem ser feitas as seguintes observações: (i) a estabilidade à estocagem é melhorada com a adição de TITAN, em particular no teores entre 1 e 2%; (ii) a sensibilidade ao envelhecimento tanto a curto quanto a longo prazos diminui com a adição de TITAN; (iii) a adição de TITAN aumenta a resistência à deformação permanente, à luz dos parâmetros Jnr e R e aumenta a sensibilidade dos ligantes asfálticos modificados com SBS a mudanças bruscas nos níveis de tensão aplicados; e (iv) a adição de TITAN contribui com o aumento da resistência à fadiga, à luz dos parâmetros Nf , a baixos níveis de deformação, e af , e a prejudica reduzindo o parâmetro Nf a altos níveis de deformação e aumentando a temperatura crítica de fadiga ou o parâmetro G*.sen(δ). Tendo por base estas evidências, é possível concluir que a adição de TITAN, em linhas gerais, melhorou a estabilidade dos ligantes asfálticos modificados com até 5,0% de SBS. Com base nas análises realizadas, é possível afirmar que teores da ordem de 1 a 2% de TITAN, para teores de SBS entre 3,0 e 5,0%, são recomendáveis, à luz das propriedades, índices e parâmetros analisados neste trabalho.

O mecanismo de deterioração mais presente nos pavimentos flexíveis no Brasil e no mundo é a fadiga. A caracterização do comportamento das misturas asfálticas por fadiga é realizada em laboratório. Contudo, sabe-se que o dano por fadiga de misturas asfálticas é um enigma ainda parcialmente desvendado, por conta da complexidade em se reproduzir, no laboratório, as condições reais às quais o pavimento está submetido ao longo do seu tempo de serviço. Nesta pesquisa, a MAF (matriz de agregado fino) será usada na avaliação do dano causado pela fadiga em misturas asfálticas completas, considerando os efeitos de algumas das variáveis que têm maior influência sobre a resistência à fadiga das misturas asfálticas: (i) tipo de agregado mineral; (ii) nível de envelhecimento do ligante asfáltico; (iii) presença de modificadores no ligante asfáltico (ácido polifosfórico, copolímero SBS, Elvaloy, borracha moída de pneus descartados, entre outros); e (iv) presença de RAP (Reclaimed Asphalt Pavements) e agentes de reciclagem. Os ensaios serão conduzidos no reômetro de cisalhamento dinâmico (DSR), utilizando carregamento cíclico com intervalos de tempo entre pulsos de carga, com o objetivo de avaliar o efeito do healing (cicatrização) na vida de fadiga das MAFs. Para a avaliação das MAFs, será adotada a teoria do dano contínuo em meio viscoelástico (VECD), uma ferramenta eficaz para a análise do comportamento mecânico das MAFs sob diferentes condições de carregamento (cíclico ou monotônico), por meio de procedimentos curtos comparados aos procedimentos tradicionais. O estudo pretende contribuir para o aumento da resistência à fadiga das misturas asfálticas, de forma a aumentar a vida útil dos pavimentos asfálticos, por meio da proposição de materiais mais adequados e pelo aprofundamento do conhecimento acerca dos fatores que influenciam o desenvolvimento das trincas.

O ensaio de fluência e recuperação sob tensão múltipla (MSCR) é resultado de aperfeiçoamentos no ensaio de fluência repetida e recuperação pela Administração Rodoviária Federal dos Estados Unidos (FHWA), com os objetivos principais de (a) avaliar e controlar a dependência dos ligantes asfálticos à tensão; (b) quantificar a resposta elástica e a propensão ao acúmulo de deformação plástica dos ligantes asfálticos; e (c) determinar o nível adequado de tráfego a cada tipo de ligante asfáltico na temperatura alta do pavimento. O procedimento padrão do MSCR (ASTM D7405, AASHTO TP70) utiliza o reômetro de cisalhamento dinâmico para aplicar ciclos sucessivos de fluência e recuperação (10 ou 20 ciclos,
dependendo da norma e do nível de tensão) em uma amostra de ligante asfáltico de 25 mm de diâmetro e 1 mm de espessura, de modo que cada ciclo possui um tempo de fluência de 1 s e um tempo de recuperação de 9 s. Embora apresente evoluções em relação ao ensaio da especificação Superpave® em regime oscilatório para determinação do parâmetro de deformação permanente G*/senδ, o procedimento padrão do MSCR possui limitações. Uma delas diz respeito ao tempo de recuperação de 9 s, que pode não ser longo o suficiente para capturar toda a deformação recuperável dos ligantes asfálticos. Outro problema estaria na proporção 1:9 adotada para os tempos de fluência e recuperação, uma vez que resultados de estudos envolvendo misturas asfálticas apontam que o tempo de recuperação deve ser de 20 a 30 vezes o tempo de fluência para que se obtenha uma caracterização completa do comportamento reológico do material. Este projeto de pesquisa pretende trazer contribuições aos meios técnico e acadêmico nos seguintes aspectos: (a) apresentar um estudo detalhado sobre os comportamentos fluência-recuperação de ligantes asfálticos modificados com tipos diferentes de modificadores e com o mesmo grau de desempenho em temperaturas altas (PG 76-xx); (b) obter esclarecimentos sobre os efeitos da elasticidade retardada nas propriedades reológicas de ligantes asfálticos envelhecidos a curto prazo; e (c) verificar, em função do tempo de fluência escolhido, o tempo necessário para que a recuperação dos ligantes asfálticos seja praticamente completa, de maneira a eliminar os efeitos da elasticidade retardada nos cálculos das propriedades reológicas dos materiais.

O trincamento por fadiga é um dos principais mecanismos de deterioração dos pavimentos flexíveis e, mesmo assim, é, ainda hoje, um dos defeitos mais difíceis de serem controlados. Uma das alternativas para a melhoria das características de fadiga das misturas asfálticas é o emprego de ligantes asfálticos modificados, porém, há dúvida se o enrijecimento provocado pela adição dos modificadores pode influenciar a resistência à fadiga da mistura asfáltica. Com o intuito de mensurar características do ligante asfáltico que tenham relação com o trincamento por fadiga da mistura asfáltica, alguns ensaios de laboratório foram desenvolvidos recentemente, destacando-se dois: o ensaio de varredura de tempo (time sweep) e o ensaio de varredura de amplitude linear (LAS). O objetivo deste trabalho é caracterizar o comportamento à fadiga de 12 ligantes asfálticos modificados de mesmo grau de desempenho (PG 76-xx). As formulações CAP+PPA, CAP+SBS, CAP+SBS+PPA, CAP+Borracha, CAP+Borracha+PPA, CAP+PE, CAP+PE+PPA, CAP+EVA, CAP+EVA+PPA, CAP+SBR, CAP+SBR+PPA e CAP+Elvaloy+PPA foram preparadas tendo como base um ligante asfáltico 50/70 de classificação PG 64-xx. Com base na caracterização realizada neste estudo, as principais conclusões são: (a) o material que apresentou melhor vida de fadiga foi o CAP+EVA; (b) o material menos sensível à deformação foi o CAP puro; (c) o menos sensível à temperatura foi o CAP+PPA; (d) o efeito do PPA nos ligantes asfálticos com outros aditivos provocou diminuição da vida de fadiga para a maioria das formulações, aumento da sensibilidade aos níveis de deformação para todas as formulações, diminuição da sensibilidade à temperatura e aumento da sensibilidade ao envelhecimento para a maioria das formulações; (e) tomando por base o ordenamento final das melhores características à fadiga dos ligantes asfálticos segundo os parâmetros analisados, o CAP+Borracha apresenta o melhor desempenho global.

Aditivos têm sido incorporados ao ligante asfáltico no intuito de melhorar o desempenho dos pavimentos. O enrijecimento do ligante asfáltico provocado pelos aditivos, aumenta a resistência à deformação permanente das misturas asfálticas, mas ainda não se sabe qual o efeito deles sobre a resistência à fadiga e ao trincamento térmico dos ligantes asfálticos. Um dos produtos modernos mais promissores para modificação de ligantes asfálticos é o ácido polifosfórico (PPA). No entanto, o mecanismo de modificação com PPA depende fortemente da composição química do ligante asfáltico de base. Para avaliar o impacto da adição de PPA em ligantes asfálticos de diferentes fontes, dois ligantes asfálticos 50/70 (REDUC e LUBNOR), de diferentes PGs e composição química foram modificados por quatro proporções de PPA (0,5, 1,0, 1,5, 2,0%). As frações de saturados, aromáticos, resinas e asfaltenos (SARA) dos ligantes asfálticos puros e modificados foram determinadas por meio da cromatografia de camada fina. Para avaliar o efeito da adição de PPA sobre as propriedades reológicas dos ligantes asfálticos, foram analisados a viscosidade, o grau de desempenho, a rigidez, a elasticidade, a recuperação elástica, a compliância não-recuperável e o comprimento de trinca na ruptura. A viscosidade dos ligantes asfálticos e as temperaturas de usinagem e compactação aumentaram com o aumento do teor de PPA. A temperatura alta do PG aumentou com a proporção de PPA em intensidades diferentes, dependendo do ligante asfáltico de base. A adição de PPA aumenta a rigidez, a elasticidade e a recuperação elástica e diminui a compliância não-recuperável dos ligantes asfálticos. Em termos de tolerância à fadiga, a adição de PPA e o envelhecimento provocaram um aumento na tolerância à fadiga dos ligantes asfálticos. Os resultados apresentados destacam a importância da composição química do ligante asfáltico de base no grau de modificação provocado pela adição de PPA. Recomenda-se a adição de teores baixos de PPA para o LUBNOR (até 1%) e de teores altos de PPA para o REDUC (superiores a 1,0%).