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Título: Desempenho à deformação permanente de ligantes com diferentes origens e misturas asfálticas preparadas com CAP puro e modificado por polímero
Título(s) alternativo(s): Rutting performance of asphalt binders from different origins and asphalt mixtures prepared with unmodified and polymer-modified materials
Autor(es): Malta, Yan Gorski de Campos
Orientador(es): Domingos, Matheus David Inocente
Palavras-chave: Deformações e tensões
Misturas com emulsão asfáltica
Pavimentos de asfalto
Polímeros - Aditivos
Cimento asfáltico
Reologia
Strains and stresses
Asphalt emulsion mixtures
Pavements, Asphalt
Polymers - Additives
Asphalt cement
Rheology
Data do documento: 29-Set-2023
Editor: Universidade Tecnológica Federal do Paraná
Câmpus: Curitiba
Citação: MALTA, Yan Gorski de Campos. Desempenho à deformação permanente de ligantes com diferentes origens e misturas asfálticas preparadas com CAP puro e modificado por polímero. 2024. Dissertação (Mestrado em Engenharia Civil) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Curitiba, 2023.
Resumo: A participação do modal rodoviário na matriz de transportes brasileira é expressiva, compreendendo mais de 60% do total das cargas transportadas no País. Apesar desta importância, mais de 50% da malha rodoviária não apresenta qualidade boa ou ótima, principalmente nos estados menos desenvolvidos. No grupo dos principais mecanismos de ruptura existentes nos pavimentos asfálticos do Brasil, a deformação permanente merece uma atenção especial. Para fins de combate a tal mecanismo de ruptura, a modificação do ligante asfáltico – ou Cimento Asfáltico de Petróleo (CAP) – constitui uma opção interessante para aumentar o desempenho da mistura asfáltica à deformação permanente. Neste aspecto, a pesquisa em questão tem por objetivo principal analisar o desempenho de ligantes e misturas asfálticas densas à deformação permanente, considerando três petróleos de origem para o CAP (Rússia, Brasil e Colômbia), três tipos de modificação com o copolímero de estireno-butadieno-estireno (SBS) e materiais frequentemente encontrados nos pavimentos da região Sul do País. Dois dos materiais são puros – CAP 50/70 (64S- 22) e CAP 60/70 (64H-22) – e os três materiais remanescentes são modificados com SBS: AMP 65/90 (76S-28), AMP 60/85 (70H-22) e HiMA (82V-22). Os ensaios reológicos na escala do CAP incluem a fluência e recuperação sob tensão múltipla (MSCR) a temperaturas entre 64 e 82°C e os ensaios oscilatórios para obtenção de G* (módulo complexo) e δ (ângulo de fase), bem como as curvas mestre a 25°C. Os ensaios mecânicos na escala das misturas asfálticas incluíram o flow number (FN) a 60°C e o simulador de tráfego Hamburgo a 50°C (HWTD) e com misturas imersas em água. A compliância não-recuperável a 3.200 Pa (Jnr3,2) e a 64°C mostrou-se um parâmetro promissor na estimativa da resistência das misturas asfálticas à deformação permanente devido às excelentes correlações com o parâmetro FN e o HWTD. A razão entre Jnr3,2 e o parâmetro original do SUPERPAVE G*/senδ é descrita na literatura como parâmetro elasto-plástico CEP3,2, e tal parâmetro mostrou resultados e correlações com os dados das misturas asfálticas que são comparáveis aos de Jnr3,2. O CAP 60/70 apresentou melhores desempenhos à deformação permanente que o CAP 50/70, tendo como base os resultados do CAP e da mistura asfáltica. Em um contexto geral, tanto o flow number quanto o HWTD podem ser utilizados em pesquisas sobre a deformação permanente na mistura asfáltica, sendo a escolha final uma atribuição do usuário. A construção e o monitoramento de pistas experimentais podem contribuir para uma análise mais aprimorada da suscetibilidade de cada um dos materiais à deformação permanente.
Abstract: The participation of the road modal in the Brazilian transportation matrix is significant, and it refers to more than 60% of the total freight transportation in the country. Despite such an importance, more than 50% of the paved road network does not show an excellent or good conservation status, especially in the less developed states. Within the group of main distress mechanisms found in Brazilian asphalt pavements, rutting (or permanent deformation) deserves a special attention. To counteract this pavement distress mechanism, modification of the asphalt binder – or Asphalt Cement (AC) – constitutes an interesting option to increase rutting performance of the asphalt mixture. In this manner, the present research study mainly aims at evaluating rutting performance of asphalt binders and mixtures and by considering three different crude sources for the binder (Russia, Brazil and Colombia), three modification types with the styrene-butadiene-styrene (SBS) copolymer and materials typically used in pavement construction in the southern region of Brazil. Two of these binders are unmodified – AC 50/70 (64S-22) and AC 60/70 (64H-22) – and the three remaining materials are SBS-modified (SMB): SMB 65/90 (76S-28), SMB 60/85 (70H-22) and highly-modified binder, HiMA (82V-22). The rheological tests in the binder scale include multiple stress creep and recovery (MSCR) at temperatures between 64 and 82°C and oscillatory shear for the determination of the complex modulus (G*) and the phase angle (δ), as well as master curves at 25°C. The mechanical tests in the mixture scale include flow number at 60°C (FN) and the Hamburg Wheel Tracking Device (HWTD) at 50°C and with mixtures immersed in water. The nonrecoverable creep compliance at 3,200 Pa (Jnr3,2) and at 64°C may be interpreted as a promising parameter to predict the rutting resistance of the asphalt mixture due to the excellent correlations with the parameter FN and HWTD. The ratio of Jnr3,2 to the original SUPERPAVE rutting parameter G*/senδ is described as combined elastic plastic parameter CEP3,2, and such an parameter showed results and correlations with mixture data that are comparable to the ones of Jnr3,2. The AC 60/70 depicted a better rutting performance than the AC 50/70, as based on the outcomes of the mixture and the binder. In a general context, both FN and HWTD can be used in studies about rutting in the asphalt mixture, and the final choice depends on the user. Construction and monitoring of pavement test sections may collaborate with a more detailed analysis of the susceptibility of each of the above-mentioned formulations to rutting.
URI: http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/33950
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