1.1. JUSTIFICATIVA
Os sistemas de transportes são elementos estruturantes da vida econômica e social dos países, proporcionando o deslocamento de cargas e de passageiros. Dentre os elementos que compõem os sistemas de transportes do Brasil, o modo rodoviário e a infraestrutura de estradas têm papel fundamental, pois são responsáveis por 62% do transporte de cargas e por 96% do transporte de passageiros (CNT, 2008). Assim, justifica-se o interesse pelo desenvolvimento de materiais de melhor desempenho econômico e técnico para uso em pavimentos rodoviários.
Entre os principais defeitos estruturais dos pavimentos asfálticos pode-se destacar as deformações permanentes, encontradas nas trilhas de roda, e as trincas por fadiga, cada um associado a uma etapa da vida em serviço do pavimento. As deformações permanentes geralmente aparecem nos anos iniciais, antes do enrijecimento que acompanha o processo de envelhecimento dos revestimentos asfálticos, causadas por consolidação ou ruptura plástica por cisalhamento, podendo ser, também, decorrentes das solicitações de cargas elevadas associadas a altas temperaturas. Já as trincas por fadiga manifestam-se normalmente quando o revestimento asfáltico encontra-se mais envelhecido, após ter sido submetido às cargas cíclicas do tráfego, podendo ocorrer, também, quando não se utilizam materiais adequados ou o projeto correto.
Com a finalidade de minimizar os efeitos do tráfego e do clima e o aparecimento dos defeitos no revestimento, muitas pesquisas têm procurado garantir o comportamento adequado dos materiais que compõem as misturas asfálticas, assim como a sua interação, para que as propriedades especificadas sejam alcançadas.
Fíler mineral ou material de enchimento constitui um material mineral inerte em relação aos demais componentes da mistura asfáltica, finamente dividido, passando pelo menos 65% na peneira de 0,075 mm de abertura de malha quadrada (DNER – EM 367/97).
Em decorrência do pequeno tamanho das partículas e de suas características de superfície, o fíler age como material ativo, manifestado nas propriedades da interface fíler/ligante asfáltico, não sendo, portanto, apenas um material de enchimento inerte, como é apresentado na definição geral do DNER EM 367/97.
O fíler mineral é um material constituído de partículas minerais provenientes dos agregados graúdos e/ou miúdos empregados na mistura asfáltica, ou de outras fontes como, por exemplo, pó calcário, cal hidratada, cimento Portland etc., que pode melhorar o comportamento reológico, mecânico, e de susceptibilidade térmica e à água das misturas asfálticas. Pode ser utilizado como material de enchimento dos vazios entre agregados graúdos e miúdos, contribuindo para fechamento da mistura, modificando sua trabalhabilidade, resistência à água e resistência ao envelhecimento.
Dois mecanismos descrevem o papel desempenhado pelo fíler em uma mistura asfáltica: o fíler fornece pontos de contato adicionais entre os agregados maiores e pode ser considerado como continuação da fração de agregado da mistura asfáltica, e o fíler aumenta a estabilidade da mistura, aumentando a viscosidade do ligante e mudando suas propriedades. É evidente que todos os fileres apresentam as duas funções na mistura asfáltica; porém, dependendo das características do agregado, do ligante asfáltico e do fíler, uma função predominará, (TUNNICLIFF,1962).
Se o fíler é suficientemente fino e a mistura contém quantidade adequada de ligante, os finos ficam envoltos na película de ligante e, portanto, mudam suas propriedades; porém, se o agregado da mistura é bem graduado, ou se a mistura contém quantidade relativamente pequena de ligante e a película de ligante é relativamente fina, pelo menos uma parte do fíler contribuirá para a produção de pontos de contato entre as partículas do esqueleto pétreo. Esse duplo papel é específico do fíler mineral em misturas asfálticas e separa-se nitidamente dos outros componentes pétreos da mistura (KALLAS e PUZINAUSKAS, 1961).
Já há muito tempo tem sido reconhecido que o fíler tem papel importante no comportamento de misturas asfálticas. O fíler preenche os vazios entre os agregados graúdos nas misturas e altera as propriedades dos ligantes asfálticos, pois age como parte ativa do mástique (combinação de
ligante asfáltico, fíler e ar). A qualidade do mástique influencia todas as propriedades mecânicas das misturas asfálticas, assim como sua trabalhabilidade. O processo de fadiga, fenômeno afetado pelo desenvolvimento e crescimento de microfissuras no mástique, está fortemente relacionado às características do ligante asfáltico, às propriedades do fíler e à interação físico-química entre os dois, que é afetada, principalmente, pela finura e características de superfície do fíler.
Na dosagem, o mástique influencia na lubrificação das partículas de agregados maiores e afeta os vazios do agregado mineral, as características de compactação e o teor ótimo de ligante asfáltico. A rigidez do mástique afeta a resistência à deformação permanente da mistura asfáltica a altas temperaturas, influencia as tensões desenvolvidas e a resistência à fadiga a temperaturas intermediárias e influencia as tensões desenvolvidas e a resistência ao trincamento a baixas temperaturas.
1.2 OBJETIVOS
Esta pesquisa tem por objetivo contribuir para o melhor entendimento dos efeitos do fíler mineral sobre o comportamento mecânico de misturas asfálticas densas, particularmente em relação ao tipo e teor de fíler e tipo de agregado. Existe correlação entre a proporção de finos menores que 75 μm na mistura e o comportamento de revestimento asfáltico no pavimento em serviço. Contudo, as propriedades físico-químicas do fíler, que determinam de fato o bom ou mau desempenho no campo, devem ser melhor estudadas, ou seja, ainda há muito para se entender a respeito do mecanismo que governa a contribuição do fíler no desempenho global da mistura.
O objetivo geral desta pesquisa é avaliar o comportamento mecânico de misturas asfálticas densas em função do tipo e teor de fíler (diferentes propriedades físicas, geométricas e mineralógicas) do tipo de agregado (diferentes origens mineralógicas) e do tipo de ligante asfáltico (diferentes consistências).
Para alcançar o objetivo geral, a pesquisa foi dividida em três estudos, que tem os seguintes objetivos específicos:
Estudo da mistura asfáltica completa, através dos ensaios de resistência à tração por compressão diametral, fadiga, módulo de resiliência e fluência por compressão uniaxial estática;
Estudo do mástique, resultante da mistura fíler e ligante asfáltico, com o auxílio dos parâmetros obtidos nos ensaios comumente aplicados aos ligantes asfálticos puros: ensaio de cisalhamento dinâmico, ensaio de fluência de viga à flexão e ponto de amolecimento; Estudo do comportamento de trincamento dos mástiques nas temperaturas intermediárias,
através características de energia fratura, em conjunto com a Universidade da Flórida. O método de ensaio utilizado nesta pesquisa foi desenvolvido por Roque et al. (2012), que constataram que os métodos de ensaios existentes nas especificações atuais, incluindo o Reômetro de Cisalhamento Dinâmico - DSR (G*senδ), Recuperação Elástica por Torção (ER) e Retorno Elástico por Ductilidade (FD) não tem a capacidade de prever o desempenho quanto ao trincamento nas temperaturas intermediárias.
1.3 ORGANIZAÇÃO DO TRABALHO
Este trabalho está dividido em cinco capítulos, incluindo esta introdução (Capítulo 1). O Capitulo 2 traz um estudo da influência do fíler mineral nas propriedades volumétricas e mecânicas das misturas asfálticas, desenvolvido com a aplicação da técnica de planejamento e análise de experimentos fatoriais.
No Capitulo 3 foi realizada a caracterização da escala mais fina da mistura asfáltica, o mástique – mistura de fíler mineral e ligante asfáltico, com a avaliação da influência do tipo e teor de fíler mineral e do tipo de ligante no comportamento reológico de mástiques asfálticos ao longo de toda a faixa de temperaturas a que um pavimento pode estar sujeito durante a vida em serviço.
O Capitulo 4 foi desenvolvido em conjunto com pesquisadores da Universidade da Flórida, com estudo sobre a fadiga de ligantes e mástiques asfálticos, através da determinação da energia de fratura, que se correlaciona fortemente com o aparecimento de trincas em misturas asfálticas.
No Capitulo 5 estão as principais conclusões do trabalho, assim como sugestões para trabalhos futuros.