1. Innledning
5.1 Informantenes indre og ytre motivasjon
2.2.1. Desenvolvimento, características e propriedades obtidas
O ensaio MSCR foi desenvolvido pela Administração Rodoviária Federal dos Estados Unidos por meio de um aperfeiçoamento do RCRT, sendo uma alternativa ao ensaio do Superpave em regime oscilatório para a caracterização da resistência dos ligantes asfálticos à deformação permanente. No MSCR, utiliza-se o reômetro de cisalhamento dinâmico (DSR) para aplicar uma carga constante de 1 s em uma amostra de ligante asfáltico, removendo-a em seguida e permitindo que o material repouse por um período de tempo de 9 s. Este ciclo é repetido por 10 vezes em 11 níveis diferentes de tensão, sem intervalos de tempo entre um nível e outro. Os níveis variam de 25 a 25.600 Pa e foram implantados pelo FHWA com os objetivos de verificar a dependência dos ligantes asfálticos à tensão e reduzir o número necessário de amostras (D’ANGELO et al., 2007). Na norma ASTM D7405, o número de níveis foi reduzido para apenas dois valores (100 e 3.200 Pa) como exemplificado na Figura 2, sendo que os tempos de carregamento e de repouso e o número de ciclos em cada nível de tensão foram mantidos.
Figura 2 – Representação das tensões e deformações durante a realização do ensaio MSCR [Adaptado de D’Angelo e Dongré (2009)]
3.200 Pa 100 Pa Tempo D ef o rm aç ão T en sã o
Duas propriedades são obtidas no MSCR: o percentual de recuperação (R) e a compliância não-recuperável (Jnr). Ambas são determinadas por meio de três leituras de deformação na amostra de ligante asfáltico em cada um dos 10 ciclos de fluência e recuperação, sendo elas: (1) uma no início do ciclo de fluência ( 0), medida no tempo de 0 s; (2) outra no final do ciclo de fluência ( c), medida no tempo de 1 s; e (3) outra no final do ciclo de recuperação ( r), medida no tempo de 10 s. A Figura 3 ilustra a localização destas deformações em um ciclo de fluência e recuperação.
Figura 3 – Localização das deformações 0, c e r em um ciclo de fluência e recuperação do ensaio MSCR
Os cálculos do percentual de recuperação e da compliância não-recuperável são realizados por meio de equações prescritas na norma ASTM D7405. No caso do percentual de recuperação, este cálculo é efetuado por meio da Equação 5:
=1 , ?3 =@1AB− A 3 − 1A − A 3C. 100A
B− A
(5)
onde R( , N) é o percentual de recuperação na tensão (para = 100 Pa ou 3.200 Pa) para o ciclo de fluência e recuperação número N (onde 1 N 10). No caso da compliância não-recuperável, este cálculo é efetuado por meio da Equação 6:
0,00 0,01 0,02 0,03 0,04 0,05 0,06 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 D ef o rm aç ão Tempo (s) 0 c r
D0 1 , ?3 =A − A (6)
onde Jnr( , N) é a compliância não-recuperável na tensão de Pa e no ciclo de fluência e
recuperação número N, para e N apresentando os mesmos valores mencionados anteriormente ( = 100 ou 3.200 Pa e 1 N 10). De posse de todos os valores individuais de R( , N) e Jnr( , N) nos 10 ciclos de fluência e recuperação, seus resultados médios são calculados por meio da média aritmética simples dos valores obtidos nestes 10 ciclos (ANDERSON et al., 2010), em cada uma das temperaturas de realização do ensaio MSCR.
Coma determinação de todos os valores individuais e médios dos percentuais de
recuperação e das compliâncias não-recuperáveis do ligante asfáltico em estudo, o comportamento fluência-recuperação do material pode ser determinado e avaliado. A avaliação deste tipo de comportamento permite, como observado por Bahia et al. (2001) em seus estudos com o RCRT, uma diferenciação mais adequada dos comportamentos dos ligantes asfálticos modificados por meio dos valores de deformação acumulada com o tempo. Para ligantes asfálticos modificados com polímeros e submetidos a níveis elevados de tensão e de deformação, visualiza-se que estes modificadores apresentam um comportamento do tipo não-linear, o que pode ser explicado pela formação de regiões vítreas e cristalinas em seu interior e pelo emaranhamento de suas cadeias internas (D’ANGELO et al., 2007). Como consequência destes fenômenos, alterações na morfologia e nas propriedades físicas dos polímeros são verificadas.
Em uma modelagem matemática, a resposta de fluência e recuperação de materiais viscoelásticos é tipicamente feita por meio do modelo de Burgers, o qual combina, em série, um modelo de Kelvin-Voigt e um modelo de Maxwell (D’ANGELO et al., 2007). A vantagem da utilização desse modelo é a de que a resposta do material pode ser dividida em suas partes variadas para se estimar a componente viscosa, à qual se atribui a causa da deformação permanente, e o acúmulo desta deformação nas misturas empregadas em pavimentação (BAHIA et al., 2001). Nas modelagens realizadas por D’Angelo et al. (2007), observou-se que os ligantes asfálticos modificados com polímeros apresentam alterações nos parâmetros do modelo de Burgers com o aumento da tensão, o que indica um comportamento não-linear destes materiais. Neste mesmo estudo, D’Angelo et al. (2007) também observaram que os ligantes asfálticos puros possuem comportamento próximo ao Newtoniano, uma vez que os parâmetros de modelagem variaram pouco com o incremento do nível de tensão.
2.2.2. Vantagens do ensaio MSCR em relação ao ensaio de regime oscilatório em temperaturas altas
O ensaio MSCR possui vantagens em comparação ao parâmetro G*/sen , ao ensaio da especificação Superpave em regime oscilatório e às outras sugestões propostas pelos pesquisadores. Uma delas está na possibilidade de avaliação da dependência dos ligantes asfálticos modificados com polímeros quanto à tensão, o que não é possível de ser feito em outros ensaios porque estes são executados na faixa de comportamento viscoelástico linear dos ligantes asfálticos. O conhecimento desta dependência é extremamente importante para a caracterização adequada dos ligantes asfálticos, especialmente daqueles modificados com polímeros, uma vez que estes modificadores apresentam uma resposta mais complexa às tensões e deformações elevadas (D’ANGELO et al., 2007).
Outra vantagem reside no valor de Jnr, o qual tem proporcionado correlações melhores com as deformações permanentes de pistas experimentais de campo ou de laboratório em relação ao parâmetro G*/sen , como mostrado em estudos de muitos pesquisadores (D’ANGELO et al., 2007; D’ANGELO, 2008; DREESSEN et al., 2009; D’ANGELO, 2010a). Estes resultados ocorreram porque o parâmetro atual de deformação permanente G*/sen não representa, de maneira adequada, a habilidade de alguns ligantes asfálticos modificados com polímeros em resistir à deformação permanente. Esta deficiência é atribuída, dentre outros fatores, aos níveis baixos de tensão e de deformação aplicados durante o ensaio de regime oscilatório, fazendo com que a rede polimérica presente no ligante asfáltico nunca seja realmente ativada. Em virtude das condições do ensaio de regime oscilatório, o polímero é visualizado apenas como um fíler que enrijece o ligante asfáltico (ANDERSON et al., 2010; D’ANGELO, 2010a).
Uma terceira vantagem do MSCR está na não necessidade de elevação de temperatura para o caso de ligantes asfálticos utilizados em carregamentos de baixa velocidade e altos volumes de tráfego. Esta elevação, chamada de “grade-bumping” e descrita como um método artificial de se ajustar às situações extremas de tráfego, consiste na escolha de ligantes asfálticos com grau de desempenho maior do que o prescrito pelas temperaturas reais, mesmo que a temperatura do pavimento nunca atinja o valor máximo da classificação escolhida. No caso do MSCR, a temperatura de ensaio não depende das condições de carregamento e de volume de tráfego porque ela é selecionada com base nos valores reais de temperaturas altas do pavimento (ANDERSON et al., 2010). Como uma alternativa ao “grade-bumping”, D’Angelo et al. (2007) sugerem a utilização de um
nível de tensão maior para a classificação do ligante asfáltico submetido a estas condições extremas, o que seria uma condição mais próxima da que realmente ocorre nos pavimentos em serviço.
Além destas vantagens, os resultados obtidos no MSCR podem ser utilizados tanto para os ligantes asfálticos puros quanto os modificados, o que elimina a necessidade de ensaios adicionais para a caracterização adequada do desempenho de ligantes asfálticos modificados em temperaturas altas. A recuperação do material medida no MSCR também é mais fácil e rápida de ser obtida do que em ensaios como a recuperação elástica, além de fornecer uma melhor caracterização dos ligantes asfálticos modificados com polímeros. Em complemento, a aplicação do MSCR traz consigo um critério que permite a eliminação de ligantes asfálticos muito sensíveis à tensão, os quais podem ser suscetíveis à deformação permanente mesmo que tenham passado nos critérios da classificação PG (ANDERSON et al., 2010; ASPHALT INSTITUTE, 2010a).
2.2.3. Novo critério para caracterização da resistência dos ligantes asfálticos à deformação permanente
Em decorrência dos estudos envolvendo o MSCR, uma nova classificação dos ligantes asfálticos foi desenvolvida. Nela, os ligantes asfálticos são classificados em quatro níveis diferentes de acordo com o valor de Jnr, considerando materiais em sua condição envelhecida a curto prazo (RTFOT). Cada nível representa um tipo de carregamento do tráfego (volume e/ou velocidade) adequado ao material e as designações são feitas pelas letras S (padrão), H (pesado), V (muito pesado) e E (extremamente pesado), conforme Tabela 1. Como um exemplo, um ligante asfáltico envelhecido a curto prazo e de classificação PG 64-22 poderia ser classificado como PG 64S-22, PG 64H-22, PG 64V-22 ou mesmo PG 64E-22, dependendo do seu valor de Jnr a 3.200 Pa na temperatura de 64°C. Para situações de tráfego mais pesado como carregamentos de velocidade baixa ou volumes de tráfego elevados, a consideração é feita por meio da redução do valor máximo de Jnr do ligante asfáltico, resultando em um material mais rígido e, por consequência, menos suscetível à deformação permanente.
Embora a compliância não-recuperável seja a propriedade representativa da suscetibilidade do ligante asfáltico à deformação permanente, valores mínimos do percentual de recuperação são recomendados para os ligantes asfálticos de acordo com o valor desta
compliância (Tabela 2). Os materiais que apresentam Jnr > 2,0 kPa-1 não são considerados nestas recomendações, ou seja, não há um valor mínimo de R recomendado para tais ligantes asfálticos. De acordo com Anderson et al. (2010) e com Asphalt Institute (2010a), o percentual de recuperação fornece uma indicação da resposta elástica retardada do ligante asfáltico, de modo que valores elevados para esta propriedade sinalizam uma componente elástica significativa no material na temperatura de realização do ensaio MSCR.
Tabela 1 – Classificação dos ligantes asfálticos quanto ao valor de Jnr de acordo com o
critério proposto pelo FHWA [Tabela 3 da norma AASHTO M3202]
Propriedade Valor máximo (em kPa-1) Tipo de tráfego
Número de passadas de um eixo padrão simples (ESAL) Jnr a 3.200 Pa e na temperatura máxima do PG 4,0 Padrão (S) < 10 milhões 2,0 Pesado (H) > 10 milhões
1,0 Muito Pesado (V) > 30 milhões
0,5 Extremamente Pesado (E) > 100 milhões
Tabela 2 – Valores recomendados para o percentual de recuperação de acordo com o critério proposto pelo FHWA [D’Angelo (2010a)]
Compliância não-recuperável a
3.200 Pa (em kPa-1) Percentual de recuperação mínimo (em %)
1,01 a 2,00 30
0,51 a 1,00 35
0,251 a 0,50 45
0,125 a 0,25 50
Além do formato tabular, os valores mínimos do percentual de recuperação também podem ser apresentados na forma gráfica, como mostrado na Figura 4. Os ligantes asfálticos com pares ordenados (Jnr, R) acima da curva são considerados de alta elasticidade, ao passo que aqueles com pares ordenados (Jnr, R) abaixo da curva são considerados de baixa elasticidade. Em uma comparação com os resultados da Tabela 2, a zona de alta elasticidade seria aquela na qual o valor de R é superior ao mínimo recomendado para um determinado valor de Jnr e, da mesma maneira, a zona de baixa elasticidade é aquela na qual o valor de R é
inferior ao mínimo recomendado para um determinado valor de Jnr. A interrupção da curva em
Jnr = 2,0 kPa-1 significa que não há qualquer recomendação de percentual mínimo de recuperação para os ligantes asfálticos com valores de Jnr superiores a 2,0 kPa-1.