Caracterização avançada de ligantes e misturas asfálticas brasileiras
Fecha
2021-06-30Primeiro coorientador
Benedetto, Hervé Di
Primeiro membro da banca
Caevalho, Leandro Machado de
Segundo membro da banca
Nascimento, Luis Alberto Hermann do
Metadatos
Mostrar el registro completo del ítemResumen
As misturas asfálticas herdam o comportamento viscoelástico do ligante. Os ligantes usados na pavimentação possuem diferentes propriedades e constituição química pois são provenientes de diversos petróleos e rotas de produção. Para entender a influência dos ligantes nas propriedades das misturas asfálticas é essencial conhecer a rigidez da mistura quando submetida a diferentes cargas, temperaturas e frequências de carregamento e a sua resistência à deformação permanente e fadiga. Esta pesquisa sugere que as propriedades das misturas podem ser previstas a partir de testes em outras escalas, como as escalas químicas e reológicas do ligante. O objetivo geral desta pesquisa é obter marcadores químicos e reológicos de ligantes que afetam o comportamento da mistura e compreender as correlações multiescala de resultados de laboratório para ligantes brasileiros convencionais e modificados. Este estudo contempla a caracterização de doze ligantes, com ênfase nos ligantes convencionais produzidos em sete refinarias, visando representar a produção brasileira de ligantes em determinada época. Foram selecionados nove CAP 50/70, um CAP 30/45 e dois ligantes modificados com borracha e polímero SBS. Doze misturas foram feitas com a mesma granulometria (tamanho nominal máximo de 19mm e projetadas pela metodologia Superpave) variando apenas o ligante. Para atingir o objetivo, foram realizados diversos ensaios químicos, reológicos e de danificação em ligantes e misturas. Uma extensa campanha experimental para encontrar os principais componentes químicos no ligante foi realizada: Análise elementar de Ni, V e S por fluorescência de raios X; Especiação de compostos de enxofre pelos métodos de Green e Payzant; Fracionamento de saturados, aromáticos, resinas e asfaltenos (SARA); distribuição de tamanhos de moléculas e cadeias lineares; bem como determinação do teor de N, C e H. Ensaios de módulo complexo foram realizados para medir o comportamento LVE de ligantes usando o Reômetro de Cisalhamento Dinâmico (DSR) e o ensaio de Módulo Complexo à compressão uniaxial foi realizado nas misturas. O DSR foi usado para realizar o Multi‐Stress Creep and Recovery Test (MSCR) para calcular o comportamento do ligante em relação às deformações permanentes e o Flow Number (FN) e os testes de Hamburgo foram realizados na escala de mistura. No domínio da fadiga, foram realizados testes de Linear Amplitude Sweep (LAS) na escala de ligante e de Fadiga tração compressão direta para misturas. Para os resultados de LVE, foi utilizada a modelagem 2D 2S2P1D (2 molas, 2 elementos parabólicos, 1 amortecedor) e verificou-se que todas as misturas tinham valores semelhantes das constantes E0 (módulo vítreo) e E00 (módulo estático), porém, eles não eram idênticos como esperado, reforçando a influência dos ligantes. A transformação Shift-Homothety-Shift in time-Shift (SHStS) foi aplicada para verificar a correspondência entre os comportamentos LVE de ligantes e suas respectivas misturas, esta modelagem apresentou predições bem-sucedidas do comportamento LVE das misturas a partir do comportamento dos ligantes para nove dos doze materiais. Os resultados dos testes de LVE em ligantes mostram que os materiais de mesma especificação têm comportamento LVE diferente. Alguns resultados de marcadores químicos mostram boa relação com o comportamento LVE dos ligantes: % de moléculas grandes, % de Enxofre e Ni. Os resultados da deformação permanente de misturas betuminosas foram coerentes com os resultados do MSCR, mostrando que é possível prever o dano por deformação permanente em misturas a partir da escala do ligante. A alta % de Enxofre e Níquel parece melhorar o comportamento à deformação permanente do ligante. Os resultados do LAS (o critério de falha usado foi o da pseudoenergia) mostraram que a maioria dos CAP 50/70 estão na mesma classe de fadiga quando comparados os fatores de fadiga do ligante (FFBpse 19ºC). O dano contínuo viscoelástico simplificado (S-VECD) foi utilizado para calcular o fator de fadiga das misturas (FFM), que teve uma boa relação com os resultados de FFB para os ligantes convencionais. O tamanho médio das cadeias lineares é um fator que se correlaciona bem com a fadiga, assim como a porcentagem de saturados e tiofenos. Quanto maior a quantidade desses componentes, mais resistente à fadiga é o ligante. Em geral, conclui-se que algumas propriedades das misturas podem ser previstas a partir dos resultados dos ligantes.
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