De acordo com MOMM (1998), os ensaios de laboratório para caracterização do comportamento mecânico das misturas asfálticas dividem-se em três tipos:
1. Ensaios de flexão ; 2. Ensaios de tração; 3. Ensaios de cisalhamento.
Nos ensaios de flexão, os corpos-de-prova são submetidos a esforços de flexão alternada, sofrendo deformações de tração e compressão. Nos ensaios de tração, os corpos-de-prova são submetidos exclusivamente a tensões e deformações de tração, enquanto que os ensaios de cisalhamento visam os esforços de cisalhamento dentro das camadas do pavimento.
MOMM (1998) cita que “os ensaios mais populares de caracterização dos concretos asfálticos sobre corpos de prova são os ensaios de flexão alternada simples de dois apoios (viga) e de console de dois pontos (trapezoidal) e o ensaio de compressão diametral (tração indireta). Os ensaios de flexão alternada permitem a reversão da solicitação tração-compressão, ambos possibilitam o controle da tensão ou da deformação. O teste de fadiga em compressão diametral tem a vantagem da simplicidade de preparação dos corpos de prova, enquanto que os corpos de prova em viga ou trapezoidais são obtidos por serragem, o que demanda tempo e máquinas especiais. O teste de fadiga em compressão diametral apresenta as desvantagens, em relação ao teste de flexão alternada, de impossibilitar a variação da relação tensão vertical e horizontal, o ensaio com deformação controlada e reversão da tensão tração-compressão.”
2.3.2.1 O ensaio de compressão diametral
O ensaio de compressão diametral é utilizado na determinação da resistência à tração, o módulo resiliente e a resistência à fadiga das misturas asfálticas. Como relatam MEDINA & MOTTA (2005), o ensaio foi desenvolvido pelo professor Fernando Luiz Lobo Carneiro para a determinação da resistência à tração de corpos-de-prova cilíndricos de concreto de cimento Portland. É conhecido em vários centros de pesquisa no exterior como “ensaio brasileiro”. Ainda de acordo com MEDINA & MOTTA (2005), atribui-se a Schmidt, da CHEVRON, Califórnia, a aplicação deste ensaio sob carregamento dinâmico a misturas asfálticas.
A determinação da resistência à tração estática do concreto asfáltico é normatizada no método de ensaio DNER-ME 138/94. No método, o corpo-de-prova é ensaiado à temperatura de 25ºC. Faz-se a aplicação progressiva da carga, com velocidade de deformação de 0,8 ± 0,1mm/s, até que se dê a ruptura, caracterizada pela separação das duas metades do corpo de prova, segundo o plano diametral vertical. Com os resultados obtidos do ensaio, calcula-se a resistência à tração indireta pela seguinte expressão:
t= 2⋅F
⋅DH (2.11)
Onde:
σt – resistência à tração, MPa; F – carga de ruptura, kN;
D – diâmetro do corpo-de-prova, em m; H – altura do corpo de prova, em m.
O ensaio de compressão diametral permite a determinação do módulo de resiliência da mistura asfáltica. O ensaio para determinação do módulo de resiliência da mistura asfáltica está normatizado no método de ensaio DNER-ME 133/94. No ensaio, aplica-se uma carga vertical repetida (F) diametralmente no corpo-de-prova, de modo a se obter uma tensão (σt) menor ou igual a 30% da resistência à tração determinada no ensaio de compressão diametral estático. A freqüência de aplicação da carga é de 60 ciclos por minuto, com duração de 0,10 segundo e 0,9s de repouso.
O módulo de resiliência é calculado através da seguinte expressão:
MR= F
⋅H ⋅0,9976⋅0,2692 (2.12)
Onde:
MR – módulo de resiliência, em kgf//cm2;
F – carga vertical aplicada diametralmente no corpo-de-prova, em kgf;
∆ – deformação resiliente do corpo de prova causada pela carga F, em cm; H – altura do corpo-de-prova, em cm;
µ – coeficiente de Poisson.
O método recomenda o valor 0,30 para o coeficiente de Poisson. Adota-se como valor modular a média dos valores obtidos para as 300, 400 e 500 aplicações da carga F. O método também recomenda que a temperatura de ensaio seja de 25oC ± 1oC.
De acordo com BERNUCCI et al. (2007), está em fase de elaboração uma proposição de especificação ABNT do ensaio de módulo de resiliência, com base na norma do DNIT. A norma norte-americana correspondente na ASTM também se encontra em processo de revisão. Uma das principais diferenças em relação à metodologia atual diz respeito ao coeficiente de Poisson, que não será mais atribuído, mas sim calculado com base nos resultados de medidas de deslocamento horizontal e vertical do corpo de prova durante o ensaio. Outra mudança diz respeito ao pulso de carga aplicado, que terá o formato adequado para melhor simular o carregamento proveniente da passagem dos pneus dos veículos (Haversine function). Ainda, na norma norte-americana em revisão, estuda-se utilizar uma metodologia particular para o cálculo dos deslocamentos instantâneos e deslocamentos totais, subdividindo o pulso de deslocamento (que apresenta, devido ao comportamento viscoelástico do concreto asfáltico, uma defasagem em relação ao pulso de carga) em diferentes partes. Por meio da análise do gráfico de deslocamento, determinam-se o deslocamento imediato e total do corpo de prova. Calcula-se um módulo de resiliência do material com base no deslocamento instantâneo e outro com base no deslocamento total. Quanto mais próximos estes dois valores, mais rápida a recuperação elástica do material.
2.3.2.2 Ensaio de flexão em vigas
De acordo com LOUREIRO (2003), este ensaio é o mais usado nos Estados Unidos e caracteriza-se por um equipamento composto por um LVDT localizado no centro de uma amostra prismática de 30,48 cm de comprimento, 7,62cm de altura e 7,62 cm de espessura e um sistema de aplicação de carga servo-hidráulico ou servo-pneumático que aplica uma carga senoidal que varia de 1 a 25 Hz de freqüência, a uma temperatura de 30o
C. O ensaio consiste na aplicação de uma carga vertical nos dois terços médios da viga através de duas garras presas por duas hastes e geralmente com 10,16 cm de distância entre si. A leitura dos valores de deformação de compressão e de tração é feita através de transdutores do tipo strain gages colocados nas faces inferior e superior da amostra enquanto que a leitura de deflexão pode ser feita através de um LVDT acoplado no centro médio superior do corpo de prova.
Figura 2.10 – Ensaio de fadiga realizado em viga à flexão alternada (www.controls.it).
2.3.2.3 Ensaio de flexão em amostras trapezoidais
Este ensaio foi desenvolvido na França e caracteriza-se pela utilização de corpos-de-prova trapezoidais, engastados na base maior e com a aplicação de uma força na menor extremidade do corpo de prova através de um sistema eletromagnético capaz de gerar uma deformação
elástica constante. O ensaio é utilizado para a determinação do módulo complexo E* e a vida de fadiga do material.
O ensaio é normatizado na norma francesa AFNOR - NF P 98-261-1 (1993), que define o teste de corpos de prova trapezoidais em flexão alternada à flecha constante. Indica-se uma freqüência de aplicação de carga de 25 Hz e um corpo de prova trapezoidal com dimensões 56 mm na base maior, 25mm na base menor, 250 mm de altura e 25 mm de espessura. O critério de ruptura convencional é definido quando a força inicial é reduzida pela metade.
Os resultados do teste são (MOMM, 1998):
• a deformação correspondente a um milhão de aplicação da carga, ε6;
• o intervalo de variação da deformação a 95%, ∆ε6;
• a inclinação da reta de fadiga;
• o desvio padrão estimado dos resíduos; e,
• a representação da reta de fadiga, equação de fadiga.
Figura 2.11 – Ensaio de flexão em amostras trapezoidais (BODIN, 2002).
2.4 MÉTODOS MECANÍSTICO-EMPÍRICOS DE DIMENSIONAMENTO DE