Melhoramento de concreto asfáltico : propriedades como função da porosidade, teor de asfalto e adição de fibras

Abstract

O estado atual das rodovias pavimentadas brasileiras revela que menos de um terço das rodovias federais públicas estão em perfeita condição. Dentre os fatores que colaboram para esse prognóstico, estão o método de dimensionamento adotado; as tecnologias e o processo construtivo; a manutenção e o gerenciamento das estradas; e a fiscalização através de pesagem e balanças. Referente aos métodos de dimensionamento, soluções empíricas estão sendo gradativamente substituídas por métodos mecanístico-empíricos, os quais possuem critérios de ruptura mais condizentes com as solicitações às quais as estruturas do pavimento são submetidas ao longo da vida. Para tanto, faz-se necessária a definição de parâmetros de deformabilidade e danificação das camadas da estrutura. Nesse contexto, julga-se importante estimar a sensibilidade da resistência à tração (qt) e do módulo de resiliência (MR) em função da porosidade e do teor de aglomerante das misturas - metodologia originalmente criada e verificada para melhoramento de solos. Concomitantemente com esta análise, julga-se conveniente avaliar a aplicação de fibras de vidro (0.5% da massa total) às misturas asfálticas, a fim de se aprimorar o comportamento frente aos esforços de tração e, consequentemente, à fadiga – além de analisar o seu efeito no módulo de resiliência. Para o estudo, a dosagem dos corpos de prova objetivou diferentes combinações entre teores de ligante asfáltico e porosidade das misturas – de modo a desassociar o “volume de vazios” da porcentagem de ligante asfáltico. Para o intervalo de propriedades analisado (volumes de vazios acima de 4%, porcentagem de ligante entre 3.5% e 7.5%, e temperatura de 25°C), verificou-se que, para os concretos asfálticos sem fibras, o volume de vazios é significativamente mais relevante que a porcentagem de ligante na previsão da resistência à tração e do módulo de resiliência. Quando as fibras são adicionadas às misturas, as propriedades mecânicas são beneficiadas com o aumento da porcentagem de ligante, o que sugere uma melhor colagem das fibras aos agregados. Em ambos os casos, diminuir o volume de vazios é benéfico. Agrupando-se todos os resultados entre corpos de prova sem e com fibras, foi possível criar curvas teóricas de mesmo formato para a resistência à tração e para o módulo de resiliência. A relação MR/qt foi igual a 5800 para o grupo sem fibras, e de 3900 para o grupo com fibras – sugerindo um melhor indicador da vida de fadiga para os concretos asfálticos com adição de fibras.

The current state of Brazilian paved highways reveals that less than a third of public federal highways are in perfect condition. Among the factors that contribute to this prognosis, are the design method adopted; technologies and the construction process; road maintenance and management; and inspection of vehicular weights. Regarding the design methods, empirical solutions are gradually being replaced by mechanistic-empirical methods, which are based on rupture criteria more consistent with the stresses the pavement structures are subjected to throughout its design life. Therefore, it is necessary to define the deformability and damage parameters of the pavement layers. In this context, it is important to estimate the sensitivity of the Tensile Strength (qt) and the Resilient Modulus (MR) as a function of the porosity and the binder content of the mixtures - a methodology originally created and verified for the soil improvement field. Simultaneously, it is convenient to evaluate the application of glass fibers (0.5% of the total mass) to the asphalt mixtures, in order to improve its behavior under tensile loads and fatigue, consequently - in addition to analyzing their effects on the Resilient Modulus. For the study, the dosage matrix of the specimens aimed at different combinations between asphalt content and porosity of the mixtures - in order to disassociate the air voids from the asphalt content. For the resulting volumetric properties of the specimens (air voids above 4%, asphalt content between 3.5% and 7.5%, and temperature of 25° C), it was found that air void is significantly more relevant than the asphalt content in the prediction of Tensile Strength and Resilient Modulus of fiber-free asphalt concretes. When fibers are added to the mixtures, the mechanical properties are benefited by increasing the percentage of binder, which suggests a better bonding between the fibers and the aggregates. For both cases, decreasing air voids is beneficial. By grouping all results between unimproved and fiber-reinforced specimens, it was possible to create a unique theoretical curve for both the Tensile Strength and the Resilient Modulus. The MR/qt ratio was 5800 for the fiber-free group, and 3900 for the fiber-reinforced group - suggesting a better fatigue life indicator for asphalt concretes when fibers are added to the mixture.