Avaliação do comportamento funcional de misturas asfálticas drenantes do tipo BBDr com utilização de matriz betuminosa altamente modificada HiMA

Abstract

O objetivo principal deste trabalho é avaliar o comportamento funcional de misturas asfálticas drenantes do tipo Béton Bitumineux Drainant (BBDr), com a utilização de ligante betuminoso altamente modificado denominado Highly Modified Asphalt (HiMA), a partir dos princípios conceptivos da metodologia francesa para formulação de misturas asfálticas. Para tanto, os resultados obtidos na campanha experimental desta pesquisa com o uso da matriz betuminosa HiMA ? produzida a partir de modificação com 7,5% de polímero Estireno-Butadieno-Estireno (SBS) ?, foram comparados ao de uma matriz de referência estudada previamente, denominada Poliflex 60/85 E, modificada com 4,0% de SBS. O ligante betuminoso 50/70 (0,1 mm), em sua forma pura, foi tomado como base para proceder às modificações das referidas matrizes, sendo proveniente da mesma central de beneficiamento. Todavia, o polímero SBS utilizado em cada processo de modificação comporta cadeias moleculares distintas, ainda que pertencendo à mesma categoria polimérica. A composição das curvas granulométricas é idêntica para ambas as misturas asfálticas, com granulares oriundos de mesma jazida e lote de amostragem, a fim de equiparar as propriedades e qualidade das frações utilizadas, permitindo considerar apenas a influência da variação do ligante betuminoso na avaliação dos resultados, compreendendo os seguintes teores: 3,58%, 3,90%, 4,22% e 4,54%. Neste contexto, adotou-se o método teórico, utilizando a Equação de Füller-Talbot, fracionando as partículas granulares a cada diâmetro de peneira isoladamente, em razão da racionalidade e precisão com que é definida a curva granulométrica por esta metodologia. Como referência, foi utilizada uma curva aplicada em obra pública na França, na cidade de Lille, com ausência de frações no intervalo 4/6 mm, característico de misturas do tipo BBDr, porém, adaptando-a de acordo com as aberturas de peneiras disponíveis no Brasil. A campanha experimental compreendeu ensaios reológicos a partir de reometria por cisalhamento dinâmico (DSR) no plano complexo, com ambas as matrizes betuminosas citadas, avaliações quanto à habilidade de compactação com a Prensa de Cisalhamento Giratório (PCG), resistência à ação da água pelo ensaio de Duriez a 18ºC e à deformação permanente a 60ºC, além da permeabilidade vertical e horizontal. Complementarmente foram realizados ensaios Hamburgo, apenas para a matriz HiMA, a fim de verificar a resistência à deformação permanente sob a ação direta da água, também a 60ºC. Os resultados obtidos indicam que o maior percentual de polímero SBS utilizado na matriz HiMA, aliado à cadeia molecular com predominância de diblocos S-B e ramificação de vinil, confere melhor comportamento reológico que a matriz de referência Poliflex 60/85 E, com predominância de triblocos S-B-S e com presença incipiente de vinil na cadeia molecular. Estas constatações são corroboradas pela menor dissipação de energia sob a forma de calor da parte imaginária (G??) do módulo complexo (G*), acarretando em menores ângulos de fase (?) e susceptibilidades térmica e cinética, sobretudo a partir de 40ºC. Entretanto, no que diz respeito às propriedades funcionais, tem-se que a maior concentração polimérica da matriz HiMA contribuiu para uma redução nas taxas de permeabilidade e na habilidade de compactação, devido à diminuição dos teores de vazios obtidos nas formulações. Em contrapartida, a resistência à ação da água foi muito similar à da matriz Poliflex 60/85 E. Quanto à resistência à deformação permanente, verificou-se que a temperatura de 60ºC utilizada na realização destes ensaios se encontra abaixo daquelas consideradas como ponto de amolecimento de ambas as matrizes, acarretando em um desempenho próximo neste contexto. Ainda assim, é possível concluir que a matriz HiMA possui menor suscetibilidade térmica e cinética que a Poliflex 60/85 E, principalmente à medida que os teores de ligante e as temperaturas de teste aumentam.

Abstract: The main aim of this research is to evaluate the functional behavior of porous asphalt mixes socalled Béton Bitumineux Drainant (BBDr) by using Highly Modified Asphalt (HiMA) matrix, based on the conceptive principles of the French methodology. The HiMA matrix, modified with 7,5% of polymer Styrene-Butadiene-Styrene (SBS), had its performance compared to a previously researched matrix nominated Poliflex 60/85 E, both provided by the same processing and supplying central, taking the binder 50/70 (0.1mm pen.) in its sheer form as raw material, despite comprising distinct molecular chains with regards to the modifying agents, even that pertaining to the same polymeric category. The aggregate gradation of the granulometric curves is identical for both asphalt mixes, with fractions provided by the same quarry and sampling batch, so as not to vary their properties and qualities, allowing to consider only the influence of asphalt binder variation all over the evaluation of the results, comprising the following contentes: 3,58%, 3,90%, 4,22% and 4,54%. In this context, it was adopted the theoretical method, with use of Füller-Talbot?s equation, singly fractioning the granular particles at each sieve opening, due to rationality and precision with which granulometric curve is defined by this methodology. As reference, it was taken into account an aggregate gradation applied in a public road work at the city of Lille, in France, considering a fraction gap 4/6mm, typical from BBDr asphalt mixes, however, adapting it according to the sieve openings available in Brazil. The experimental campaign comprised rheological tests carried out by Dynamic Shear Rheometer (DSR) in complex plan spectrum, with both binder matrixes already mentioned, evaluations with regards to compacting hability with Giratory Shear Press, resistance to water action by Duriez test at 18ºC and to rutting at 60ºC, besides vertical and horizontal permeability. In addition, they were carried out Hamburg tests, only for HiMA matrix, aiming to verify the rutting resistance under direct water action, also at 60ºC. The results obtained indicate that the highest percentage of polymer used in the HiMA matrix, combined with the polymeric molecular chain with predominance of S-B diblocks and vinyl branching, provides better rheological behavior than the reference matrix Poliflex 60/85 E, with predominancy of S-B-S triblocks and incipient vinyl branching in the polymeric molecular chain. These findings are supported by lower heating energy dissipation from viscous complex modulus component (G??), resulting in smaller phase angles (?), thermal and kinetic susceptibilities, principally from 40ºC up. However, with regards to the functional properties, it is noted that the higher polymeric concentration of the HiMA matrix contributes for reducing the permeability rates and the compacting hability of the asphalt mixes, due to the decrease of the air void contents obtained for the formulations. The resistance to water action was very similar to that of Poliflex 60/85 E matrix. On the rutting resistance, the temperature of 60ºC used along the tests is lower than the softening point of both binder matrixes, leading to a similar performance in this context. Even though, it is possible to conclude that HiMA matrix has lower thermal and kinetic susceptibility than the Poliflex 60/85 E, mainly with increasing binder content and temperature.