Dynamic data
7 FUTURE IMPROVEMENTS
Através do estudo sistematizado da deformabilidade dos pavimentos na década de 1950, estabeleceram-se as máximas deflexões admissíveis para que o pavimento tivesse uma vida de fadiga satisfatória. Essas deformações, denominadas de deflexões, podem ser definidas como deslocamentos verticais transientes provocados pela passagem do tráfego (Medina e Motta, 2015).
Optou-se em usar esse termo em vez de deformação elástica sob o argumento de que as deformações nos pavimentos são muito maiores que nos sólidos elásticos normalmente utilizados na engenharia, como concreto e o aço. O termo resiliência significa energia armazenada num corpo deformado elasticamente, a qual é devolvida quando cessam as tensões causadoras das deformações (Medina e Motta, 2015).
O desenvolvimento dos métodos mecanísticos compatibilizaram a solicitação do tráfego com dados de resistência dos materiais utilizados na estrutura do pavimento, tornando o parâmetro de rigidez essencial para o dimensionamento de pavimentos (Franco, 2007). No início da década de 40, o professor Fernando Luiz Lobo B. Carneiro desenvolveu no Instituto Nacional de Tecnologia uma metodologia para a determinação da resistência a tração de corpos cilíndricos de concreto de cimento sob carregamento estático. O ensaio brasileiro de compressão diametral para determinação indireta da resistência à tração, ficou conhecido em vários centros de pesquisa no mundo como ―ensaio brasileiro‖. Posteriormente este ensaio foi adaptado para misturas betuminosas sob carregamentos cíclicos e usado internacionalmente para determinação do módulo de elasticidade dinâmico.
Várias metodologias foram desenvolvidas para a determinação em laboratório do módulo de resiliência de misturas asfálticas. Atualmente, o ensaio mais popular para a determinação do módulo de resiliência é o de tração indireta por compressão diametral, devido a sua simplicidade técnica e por utilizar corpos de prova cilíndricos.
Podemos destacar a norma americana ASTM D 7369 (2009), a europeia EM 12967-26 (2004) e a BSI DD 213 (1993) da Inglaterra. No Brasil o ensaio é padronizado pelas normas ABNT NBR 16018 (2011) e a DNIT ME 135 (2010), que substitui a norma DNER ME 133 (1994). Nesta pesquisa utilizou-se os procedimentos recomendados pela SiCAEP (2009), utilizando um equipamento pneumático.
Na Tabela 2.5 são apresentadas as principais características e procedimentos dos ensaios mais utilizados nas universidades e nos centros de pesquisa do país para determinação do módulo de resiliência de misturas asfálticas.
Tabela 2.5 – Principais recomendações das metodologias
Procedimento/Parâmetro ABNT NBR 16018 (2011) DNIT ME 135 (2010) (SICAEP-2009) SIGEO Tipo de carregamento Hidráulico/ Pneumático Pneumático Pneumático
Frequência (Hz) 1 1 1
Ciclos de
pré-condicionamento 50 Não especifica
Incrementos de carga até a obtenção de um registro mensurável pelo
LVDT
Ciclos de condicionamento 15 Não especifica 60
Ciclos para o cálculo do MR grupos de 5 ciclos cada) 15 (divididos em 3 Não especifica grupos de 5 ciclos cada) 15 (divididos em 3
Temperatura de ensaio (°C) 25 25 25
Período de estabilização da
temperatura 4 h (mínimo) Não especifica 2 h (mínimo) Coeficiente de Poisson Assumido (ν = 0,30) Determinado / Assumido (ν = 0,30) Assumido (ν = 0,30)
Cálculo do MR Total Sim Não Não
Cálculo do MR Instantâneo Sim Sim Sim
O módulo de resiliência (MR) de misturas asfálticas é a relação entre a tensão de tração aplicada repetidamente no plano diametral vertical (σt) de uma amostra cilíndrica de
mistura asfáltica e a deformação específica recuperável (εt) no diâmetro horizontal
correspondente à tensão aplicada, em uma temperatura pré-determinada. Para o cálculo da deformação elástica, aplica-se o procedimento da interseção das tangentes, conforme descrito por Bernucci et al. (2008). A equação 2.10 é utilizada para determinação do MR em corpos de prova cilíndricos com 10,16 cm de diâmetro:
(0,9976 0,2692)
H F MR (2.10) Onde:MR - Módulo de Resiliência (MPa)
H - altura do corpo de prova (mm);
Δ - deformação elástica do corpo de prova na direção perpendicular à aplicação da carga (mm); µ - coeficiente de Poisson.
As deformações diametrais e horizontais podem ser medidas com o uso de transdutores eletrônicos tipo LVDT. A carga é aplicada por meio de um friso curvo metálico de 1,27 cm. A Figura 2.9 apresenta um esquema típico dos pulsos de carregamento e carga obtidos durante um ensaio para determinar o MR.
Figura 2.9 – Representação típica dos pulsos de carga e deslocamento obtidos em um ensaio de compressão diametral sob carregamento cíclico em misturas asfálticas (Bernucci et al., 2008)
Barksdale et al. (1997) sugeriram algumas modificações nos procedimentos de laboratório referentes ao ensaio de módulo de resiliência, avaliando possíveis alterações nas propriedades resilientes de concreto asfálticos por meio de variação nos procedimentos de calibração e alterações das condições de ensaio. Assim, um novo protocolo foi gerado descrevendo procedimentos para determinação do Módulo de Resiliência, usando técnicas de ensaio de tração indireta sob carga repetida, tais como:
O ensaio deve ser realizado com aplicação de carregamento cíclico compressivo, com o pulso de carga no formato haversine;
O coeficiente de Poisson (µ) poderá ser calculado por meio da expressão 2.11, com base nos deslocamentos vertical e horizontal do corpo de prova;
h v h v
7801
,
0
3074
,
0
2339
,
0
0695
,
1
(2.11) onde:v, h - deslocamentos verticais e horizontais recuperáveis, respectivamente,
medidos em uma faixa correspondente a três quartos do diâmetro do corpo de prova.
Serão calculados o Módulo de Resiliência instantâneo, que utiliza a deformação horizontal recuperável instantânea durante a fase de descarregamento no cálculo, e o Módulo de Resiliência total, que é calculado utilizando a deformação horizontal recuperável instantânea e a deformação dependente do tempo durante a fase de descarregamento;
Para cada corpo de prova serão realizados ensaios nas temperaturas de 5 °C, 25°C e a 40°C ± 1°C.
Pontes et al. (2014) avaliaram a influência da utilização de diferentes metodologias de ensaio utilizadas no Brasil para obtenção em laboratório do módulo de resiliência em misturas asfálticas do tipo concreto asfáltico (CA). As misturas possuíam curvas granulométricas na Faixa C do DNIT (DNIT ES 031, 2006) e foram elaboradas com CAP 50/70. As amostras passaram pelo procedimento de envelhecimento de curto prazo em estufa antes da compactação. Na Tabela 2.6 encontra-se o resumo dos valores de MR encontrados para as três misturas avaliadas utilizando-se as metodologias especificadas. Concluiu-se que para as misturas do tipo CA avaliadas nesse estudo não houve influência significativa da metodologia de ensaio nos resultados obtidos, sendo que a temperatura foi o parâmetro que levou a uma maior variação nos resultados.
Tabela 2.6 - Resumo dos resultados de MR (MPa) obtidos em prensa pneumática para metodologias distintas (Pontes et al., 2014) .
Mistura Normas Média (Mpa) Desvio Padrão CV (%) SIGEO NBR 16018 DNER ME 133 (SICAEP,2004) (2011) (1994) 1 4105 4148 3901 4052 174 4 2 3804 4073 3691 3856 270 7 3 5255 5171 4912 5112 183 4
Marques (2004) apresentou modelos de previsão do módulo de resiliência (MR) de misturas asfálticas brasileiras tipo concreto asfáltico. A forma geral do modelo de previsão do MR foi estimada com base na equação 2.12, sendo que os parâmetros volumétricos não tiveram influência na determinação do MR das misturas estudadas. Os fatores mais significativos na determinação do MR são os seguintes por ordem de influência: temperatura, viscosidade, teor de ligante e tipo de compactação.
MR .X
(2.12) onde:X - matriz das variáveis explicativas; - matriz dos coeficientes do modelo
- erro aleatório com média zero e variância σ².
As misturas utilizadas na campanha experimental de ensaios também passaram pelo procedimento de envelhecimento de curto prazo antes da compactação, que consiste em na temperatura de compactação. Os modelos de previsão das misturas avaliadas por Marques (2004) foram classificados em dois tipos:
Modelo completo: que considera todos os fatores (temperatura, viscosidade, teor de ligante, tipo de compactação) com todas as interações entre eles;
Modelo simplificado: que considera todos os fatores e somente as interações de 2ª ordem.
A Tabela 2.7 apresenta o valor estimado do MR pelo modelo simplificado para misturas asfálticas dosadas com CAP 50/70 e constituídas com granulometria especificada na faixa C do DNIT. Ressalta-se que os modelos propostos só produzem resultados se os fatores forem correspondentes aos níveis utilizados por Marques (2004).
Tabela 2.7 – Aplicação do modelo simplificado para previsão do MR para concretos asfálticos especificados na faixa C do DNIT (adaptado de Marques, 2004).
Metodologia de Dosagem
Teor de
Ligante (%) Temp. (°C) MR (MPa) previsto
Valores de MR para 95% de confiabilidade
Mínimo Máximo Marshall (75 golpes) 4,5 10 9656 8930 10381 25 6265 5540 6991 35 3589 2863 4314 5,0 10 10024 9298 10749 25 5942 5217 6668 35 3480 2755 4206 5,5 10 9365 8639 10090 25 4893 4167 5619 35 2922 2197 3648 Superpave (75 giros) 4,5 10 10744 10019 11470 25 6039 5314 6765 35 3118 2392 3843 5,0 10 11199 10474 11924 25 5803 5078 6529 35 3096 2371 3822 5,5 10 11556 10830 12281 25 5770 5044 6495 35 3554 2828 4280 Superpave (100 giros) 4,5 10 11081 10355 11806 25 6331 5406 6857 35 3818 3093 4544 5,0 10 11177 10452 11903 25 5537 4811 6263 35 3438 2713 4164 5,5 10 10122 9396 10847 25 4092 3366 4817 35 2484 1759 3210
De acordo com Pontes et al. (2014), a análise dos resultados de MR não permite uma modelagem apropriada dos fenômenos comumente associados aos pavimentos, por não considerar o comportamento viscoelástico do mesmo. Porém, este ainda é o parâmetro
de rigidez mais difundido no Brasil, devido tanto à cultura de utilização desse parâmetro quanto ao alto valor de aquisição de equipamentos para obtenção do módulo dinâmico. Para a realidade brasileira, o ensaio de MR é, numa análise comparativa, avançado quando se considera a caracterização mecânica dos materiais exigida pelo método de dimensionamento em vigor no país, que ainda baseia-se em resultados do ensaio de CBR (California Bearing Ratio ou Índice de Suporte Califórnia), bem como no uso do número N.