Avaliação do comportamento funcional de misturas asfálticas densas do tipo BBSG com a incorporação de fibra de sisal

Abstract

O objetivo principal desta pesquisa é avaliar o comportamento funcional de misturas asfálticas densas do tipo Béton Bitumineux Semi-Grenus (BBSG), com a incorporação de fibra de sisal, a fim de verificar a viabilidade técnica de sua utilização no âmbito da demanda global progressiva pela utilização de materiais ecossustentáveis, no que diz respeito à produção de insumos aplicados nos serviços de pavimentação. Para tanto, as formulações testadas compreenderam o uso de ligante betuminoso 30/45 em sua forma pura, e frações granulares de origem gnáissica, com granulometria distribuída a partir do método teórico utilizando as equações de Füller-Talbot. A fibra de sisal foi incorporada nos teores de 0,3 % e 0,5 %, em relação ao volume das misturas asfálticas, tendo os seus respectivos resultados comparados às formulações de referência previamente estudadas, sem a presença de sisal. A caracterização da referida fibra abrangeu as análises de microscopia eletrônica de varredura (MEV), espectroscopia por fluorescência de Raio-X (FRX), difratometria de Raio-X (DRX), espectroscopia infravermelha por transformada de Fourier (FTIR), termogravimetria (TGA) e calorimetria diferencial (DSC). As misturas asfálticas foram testadas com base nos princípios técnicos e conceptivos da metodologia francesa de formulação, com enfoque nos parâmetros funcionais previstos em sua sequência avaliativa, a saber: habilidade de compactação na Prensa de Compactação Giratória (PCG), ação deletéria da água no ensaio de Duriez a 18º C e resistência à deformação permanente a 60 ºC. Os resultados obtidos indicam que a incorporação de fibras de sisal às misturas asfálticas elevou os percentuais de vazios quando comparados aos obtidos nas formulações de referência, em razão do efeito trama gerado no procedimento de usinagem, demandando maiores teores de ligante betuminoso para atingir condições adequadas de compacidade, trabalhabilidade e estabilidade do arranjo granulométrico. A resistência à ação deletéria da água também se mostrou prejudicada, devido ao comportamento higroscópico do sisal, que tende a absorver água no interior de sua estrutura reticular, expandindo seu volume, aliado à natureza eletronegativa tanto do ligante betuminoso quanto das fibras, dificultando a formação de um dipolo elétrico efetivo e, consequentemente, o recobrimento completo dos fios. Ainda, a disposição intersticial dos fios fibrosos na estrutura das misturas asfálticas, muitas vezes de forma concentrada e tramada, contribuiu para reduções importantes do contato direto das frações granulares, minorando o intertravamento das partículas e a resistência ao cisalhamento do arranjo granulométrico, quando solicitados por carregamento dinâmico. Estes fatores, aliados à necessidade do aporte de maiores dosagens de ligante betuminoso nas dosagens, conforme apontado nos ensaios de PCG, acentuaram a ocorrência do fenômeno da fluência e o efeito lubrificante nas interfaces granulares, diminuindo a resistência à deformação permanente das misturas asfálticas.

Abstract: The main aim of this researchh is to evaluate the functional behavior of dense asphalt mixes so-called Béton Bitumineux Semi-Grenus (BBSG), with incorporation of sisal fiber, aiming to verify its technical feasibility comprising the progressive global demand by the use of ecosustainable materials, with regards to production of inputs applied to paving services. A 30/45 pen grade neat asphalt binder and gneissic granular fractions were used to produce the asphalt mixes, with granulometric distribution from theoretical method by considering Füller-Talbot?s equations. Sisal fiber contents were incorporated at 0.3 % and 0.5 % in relation to the volume of asphalt mixes, and their respective results compared to those from reference formulation with no fiber content. The characterization of the referred fiber took into account analyses such as: scanning electron microscopy (SEM), spectroscopy by X-Ray fluorescence (XRF), difratometry by X-Ray (DRX), Fourier-transform infrared spectroscopy (FTIR), thermogravimetry (TGA) and differential scanning calorimetry (DSC). The asphalt mixes were tested respecting technical and conceptive principles of the French metodology, focusing on the functional parameters predicted in its evaluation sequence: compaction ability with Compacting Shear Press, deleterious action of water in Duriez test at 18 ºC and rutting resistance at 60 ºC. The results obtained indicate that the incorporation of sisal fiber to the asphalt mixes raised their air void contents, when compared to the reference formulations, due to the weft effect generated during the mixing process, demanding higher asphalt binder contents to reach suitable conditions of compacity, workability and stability of the granulometric arrangement. The resistance to deleterious action of water also was harmed, considering the hygroscopic behavior of sisal, which tends to absorb water in its reticular internal structure, expanding its own volume, combined with the electronegative nature of both asphalt binder and the fibers, hindering the formation of an effective dipole and, consequently, the complete covering of the strands. Furthermore, the interstitial arrangement of the fibrous strands in the structure of the asphalt mixes, often in a concentrated and woven form, has contributed for important lacks with regards to direct contact of the granular fractions, reducing the interlocking of the particles and the shear resistance of the granulometric distribution, when requested by dynamic loading. These mentioned factors, combined with the need to add higher dosages of bituminous binder, as pointed out in the PCG tests, accentuated the occurrence of the creep phenomenon and the lubricating effect on the granular interfaces, decreasing the rutting resistance of the asphalt mixes.