Comportamento mecânico de pré-misturados a frio densos com emulsões asfálticas convencional e modificada por polímero com e sem geossintético

Abstract

Este trabalho teve por objetivo principal avaliar o comportamento mecânico, em termos de Estabilidade e Fluência Marshall, Resistência à Tração por Compressão Diametral, Módulo de Resiliência e Vida de Fadiga, de misturas asfálticas do tipo pré-misturado a frio denso (PMFD), alterando-se o tipo de ligante asfáltico e fazendo-se uso de um reforço geossintético (geogrelha). As misturas asfálticas foram dosadas segundo a metodologia Marshall, empregando-se a emulsão asfáltica convencional RL-1C e a emulsão asfáltica modificada por polímeros EMULEX RL-1C. A faixa granulométrica selecionada para o estudo foi a “D”, destinada à camada de rolamento, segundo as especificações ES 153 (DNIT, 2010) e ES 390 (DNER, 1999). A composição de agregados, em termos de massa total de agregados minerais, foi constituída por 3% de brita 1, 70% de brita 0 e 27% de pó de pedra. Para a melhoria da adesividade do ligante convencional com o agregado mineral, utilizou-se 0,1% em massa de aditivo dopante em relação à massa de emulsão asfáltica, não havendo necessidade de utilizar-se aditivo dopante nas misturas com ligante modificado. Ao seguir o método de dosagem Marshall especificado na norma ME 107 (DNER, 1994), constatou-se, experimentalmente, a necessidade do controle de umidade da mistura no momento da compactação. A umidade de molhagem utilizada foi de 2,50% em massa em relação à massa de agregados, e a umidade de compactação ótima foi de 4,41% em massa em relação à massa de agregados. A mistura de projeto convencional adotada continha 7,0% de emulsão asfáltica convencional, e a mistura de projeto modificada adotada continha 6,5% de emulsão asfáltica modificada, ambos os teores em relação à massa total da mistura. Constatou-se, experimentalmente, que a incorporação do reforço geossintético na mistura asfáltica promoveu somente melhoria nas propriedades de Estabilidade e Fluência Marshall. Para as outras propriedades analisadas, o desempenho da mistura reforçada foi inferior ao da mistura convencional. As supostas causas discutidas para a resposta mecânica diferenciada dos CPs reforçados foram a aderência na interface mistura asfáltica – reforço geossintético e a configuração dos ensaios de resistência à tração por compressão diametral, módulo de resiliência e vida de fadiga. Por meio dos resultados obtidos, verificou-se que a utilização do reforço incrementou o desempenho da mistura asfáltica no que concerne aos parâmetros do ensaio Marshall, e, para que se verifique a possível melhoria nas propriedades analisadas nos outros ensaios, é indispensável a investigação da aderência na interface e da posição relativa do reforço nos ensaios de tração por compressão diametral, visando a mobilização efetiva do reforço na mistura asfáltica. Ademais, constatou-se, experimentalmente, que a utilização do ligante asfáltico modificado EMULEX RL-1C promoveu a redução do teor ótimo de emulsão na mistura de projeto em 0,5%, em relação à massa da mistura, e também promoveu melhoria na adesividade entre o ligante e o agregado, e entre a mistura asfáltica e o reforço. Observou-se que a alteração do ligante contribuiu para o melhor desempenho quanto às propriedades de Estabilidade e Fluência Marshall, para ambas as misturas, reforçada e não reforçada. Nos ensaios de Resistência à Tração por Compressão Diametral e Módulo de Resiliência, a alteração do ligante asfáltico resultou em melhorias significativas nos resultados para as misturas reforçadas. Quanto à análise de vida de fadiga, a alteração do ligante incrementou o desempenho apenas para as misturas reforçadas, refletido na redução da sensibilidade ao nível de tensão.

The main objective of this study was to evaluate the mechanical behavior in terms of Marshall Stability and Tensile Strength, Diametral Compression Resistance, Resilience Modulus and Fatigue Life, of dense cold-mixed asphalt concrete, changing the type of asphaltic binder and using a geosynthetic reinforcement (geogrid). The asphalt mixtures were measured according to the Marshall methodology, using the conventional asphalt emulsion RL-1C and the polymer modified asphalt emulsion EMULEX RL-1C. The D particle size range was selected for the study, intended for the surface course layer, according to specifications ES 153 (DNIT, 2010) and ES 390 (DNER, 1999). The aggregate mix was composed, in terms of total mass of mineral aggregates, by 3% of gravel 1, 70% of gravel 0 and 27% of stone powder. For the improvement of the bonding of the conventional binder to the mineral aggregate, 0.1% by mass of dopant additive was used in relation to the asphalt emulsion mass, and there was no need to use a dopant additive in the modified binder mixtures, evidencing its ability to provide better adhesiveness to the aggregate. Following the Marshall dosage method specified by ME 107 [3], the water content control of the mixture was used at the time of compaction. The pre-wetting water content moisture used was 2.50% in relation to the aggregate mass, and the optimum compaction water content obtained was 4.41% in relation to the mass of aggregates. The conventional design mixture adopted contained 7.0% conventional asphalt emulsion, and the modified design mixture adopted contained 6.5% modified asphalt emulsion, both contents in relation to the total mass of the mixture. It was verified, experimentally, that the incorporation of the geosynthetic reinforcement in the asphalt mixture promoted only improvement in the Stability and Marshall Fluency properties. For the other properties analyzed, the performance of the reinforced asphalt mixture was lower than the conventional asphalt mixture. The assumed causes discussed for the differentiated mechanical response of the reinforced proof-bodies were the adhesion of the asphalt mixture - geosynthetic reinforcement interface and the configuration of tensile strength tests by diametrical compression, resilience modulus and fatigue life. Therefore, through the results obtained, it was verified that the use of the reinforcement increased the performance of the asphalt mixture in terms of the Marshall test parameters, and, for the possible improvement of the properties analyzed in the other tests, it is indispensable to investigate the interface adhesion and the relative reinforcement position in the Tensile Strength by Diametral Compression tests, aiming the effective mobilization of the reinforcement in the asphalt mixture. In addition, it was experimentally verified that the use of the modified asphaltic binder EMULEX RL-1C promoted the reduction of the optimum emulsion content in the design mixture by 0.5%, in relation to the mass of the mixture, also improved adhesiveness between the binder and the aggregate, and between the asphalt mixture and the reinforcement. It was observed that the binder alteration contributed to the better performance on the reinforced and unreinforced Stability and Marshall Fluency properties for both blends. In the tests of Tensile Strength by Diametral Compression and Resilience Modulus, the alteration of the asphalt binder resulted in significant improvements in the results for the reinforced mixtures. As for the fatigue life analysis, the alteration of the binder increased the performance only for the reinforced mixtures, reflected in the reduction of the sensitivity to the stress level.