Estudo do comportamento mecânico de misturas asfálticas a quente com diferentes faixas granulométricas e métodos de compactação com e sem geogrelhas

Abstract

Estudo do Comportamento Mecânico de Misturas Asfálticas a Quente com Diferentes Faixas Granulométricas e Métodos de Compactação Com e Sem Inclusão de Geogrelhas. Orientador: Taciano Oliveira da Silva. Coorientadores: Dario Cardoso de Lima e Heraldo Nunes Pitanga. Esta pesquisa teve por objetivo analisar o comportamento mecânico de corpos de prova compostos por misturas asfálticas à quente dosadas para diferentes faixas granulométricas reforçadas com diferentes tipos de geogrelhas (poliálcool vinílico, fibra de vidro e poliéster, avaliando-se o efeito da inserção destes geossintéticos, mediante análise comparativa com corpos de prova compostos não reforçados, e sua influência no desempenho de uma estrutura de pavimento flexível, mediante simulação em programa computacional. O programa experimental incluiu a caracterização dos agregados minerais, ligante asfáltico CAP 50/70 e os três tipos de geogrelhas. As dosagens das misturas asfálticas das faixas granulométricas C e B da especificação de serviço ES 031 do DNIT para concreto asfáltico foram realizadas através dos métodos Marshall e Superpave. Definidos os teores de projeto de ligante asfáltico para cada uma das misturas asfálticas analisadas, foram moldados corpos de prova compostos (metade do corpo de prova com a mistura asfáltica da faixa granulométrica C e a outra metade com a mistura asfáltica da faixa granulométrica B) com e sem a inserção das três geogrelhas testadas. A análise do efeito da inserção das geogrelhas nas propriedades mecânicas das misturas asfálticas foram baseadas nos ensaios de Módulo de Resiliência, Resistência à Tração por Compressão Diametral, Fadiga a Tensão Controlada e Creep Estático. Além dos ensaios mecânicos, foram realizados análise numéricas através de modelos mecanístico-empírico, utilizando-se o software me-PADS, variando-se os tipos de revestimento asfáltico, equivalente ao Módulo de Resiliência dos corpos de prova compostos (com e sem geogrelha), em uma estrutura de pavimento flexível adotada. De modo geral, os resultados dos ensaios de Módulo de Resiliência dos corpos de prova sem a inclusão das geogrelhas indicaram resultados maiores. Para as análises que envolveram a avaliação do comportamento à fadiga, esse incremento mostrou-se dependente dos níveis de solicitações aplicadas, constatando-se que, para níveis de tensões mais baixos (  1,0MPa), os corpos de prova com a geogrelha de poliéster indicaram melhor desempenho, comparativamente a outros corpos de prova com e sem geogrelhas (poliálcool vinílico e fibra de vidro). Este fato ocorreu para os corpos de prova dosados em ambos os métodos (Marshall e Superpave). Para o cenário com os níveis de tensão maiores (  1,0 MPa), o corpo de prova dosado pelo método Marshall com a geogrelha de poliéster indicou melhor desempenho, comparativamente aos outros corpos de prova com e sem geogrelhas. Já para os corpos dosados pelo método Superpave a condição sem geogrelha indicou o melhor desempenho, dentre os corpos de prova com geogrelha o que indicou melhor desempenho foi o que estava reforçado com a geogrelha de poliéster. Para as análises que envolveram o ensaio de deformação permanente, creep estático, os corpos de prova reforçados com a geogrelha de fibra de vidro foram os que apresentaram maiores deformações plásticas se comparado aos outros corpos de prova com e sem as geogrelhas. Este fato foi observado nos corpos de prova preparados nos dois métodos utilizados. Em relação às análises estruturais, os revestimentos asfálticos reforçados com geogrelhas apresentaram menores níveis de tração nas fibras inferiores para ambos os métodos de dosagem. No que se refere a vida de fadiga das camadas asfálticas da estrutura do pavimento flexível analisado, verifica-se que para ambos os métodos de dosagem Marshall e Superpave o comportamento foi similar, onde o reforço com geogrelha de poliéster indicou melhor desempenho, se comparado às outras condições com e sem as geogrelhas. Palavras-chave: Misturas asfálticas a quente. Métodos de compactação. Geogrelhas. Composição granulométrica. Análise estrutural.

This research aimed to analyze the mechanical behavior of specimens composed of hot asphalt mixtures dosed for different granulometric bands reinforced with different types of geogrids (polyvinyl alcohol, fiberglass and polyester), evaluating the effect of the insertion of these geosynthetics, through comparative analysis with non-reinforced composite specimens, and their influence on the performance of a flexible pavement structure, through computer program simulation. The experimental program included the characterization of mineral aggregates, asphalt binder CAP 50/70 and the three types of geogrids. The dosages of the asphalt mixtures of the granulometric bands C and B of the service specification ES 031 of the DNIT for asphalt concrete were performed using the Marshall and Superpave methods. After defining the levels of asphalt binder design for each of the analyzed asphalt mixtures, composite specimens were molded (half of the specimen with the asphalt mixture of the particle size range C and the other half with the asphalt mixture of the particle size range B) with and without the insertion of the three geogrids tested. The analysis of the effect of geogrid insertion on the mechanical properties of asphalt mixtures was based on the tests of Resilient Modulus, Indirect Tensile Strength, Controlled Stress Fatigue and Static Creep. In addition to the mechanical tests, numerical analysis was performed using mechanistic-empirical models, using the me-PADS software, varying the types of asphalt coating, equivalent to the Resilience Module of the composite specimens (with and without geogrid), in an adopted flexible pavement structure. In general, the results of the Resilient Modulus tests of the specimens without the inclusion of geogrids indicated greater results. For the analyzes that involved the assessment of fatigue behavior, this increase was shown to be dependent on the levels of applied stress, showing that, for lower stress levels (  1.0MPa), the test pieces with the polyester geogrid indicated better performance, compared to other specimens with and without geogrids (polyvinyl alcohol and fiberglass). This occurred for the test pieces measured in both methods (Marshall and Superpave). For the scenario with the highest stress levels ( > 1.0 MPa), the test piece dosed by the Marshall method with the polyester geogrid indicated better performance, compared to the other specimens with and without geogrids. As for bodies dosed by the Superpave method, the condition without geogrid indicated the best performance, among the specimens with geogrid the one that indicated the best performance was the one that was reinforced with the polyester geogrid. For the analyzes that involved the permanent deformation test, static creep, the specimens reinforced with the fiberglass geogrid were those that presented greater plastic deformations when compared to the other specimens with and without geogrids. This fact was observed in the specimens prepared in the two methods used. In relation to structural analysis, asphalt coatings reinforced with geogrids showed lower levels of traction in the lower fibers for both dosage methods. Regarding the fatigue life of the asphalt layers of the analyzed flexible pavement structure, it appears that for both Marshall and Superpave dosing methods the behavior was similar, where the reinforcement with polyester geogrid indicated better performance, when compared to the other conditions with and without geogrids. Keywords: Hot asphalt mixtures. Compaction methods. Geogrids. Granulometric composition. Structural analysis.