Autor: Departamento Técnico – Atividade Bidim

DADOS GERAIS

Tema

Resumo de Dissertação de Mestrado, Instituto Tecnológico de Aeronáutica ITA.

Título

Fatores de influência no comportamento de camadas Antirreflexão de trincas com geossintéticos.

Autor

Fernando Wickert.

Orientadora

Prof.ª. Delma Vidal.

Resumo

O trabalho tem a finalidade de discutir o comportamento do geotêxtil impregnado com asfalto utilizado na restauração de pavimentos flexíveis. O trincamento do pavimento acelera a queda do nível de serventia, prejudicando a qualidade funcional do pavimento para o usuário. Para se fazer uma boa restauração, que tenha uma vida de fadiga igual ou superior ao período de projeto, devemos identificar as causas do surgimento das trincas na superfície do pavimento. O trincamento pode ser controlado ou retardado através do aumento da espessura da camada de recapeamento ou com a utilização de camadas Antirreflexão de trincas entre a camada antiga e a nova. Como em qualquer sistema utilizando geossintéticos há uma grande variedade de fatores que influenciam no desempenho do pavimento restaurado. No caso da pavimentação utilizando geotêxtil, esses fatores incluem: o tipo de geotêxtil utilizado, o processo de instalação, o tipo de ligante utilizado, a taxa aplicada e uniformidade, a condição de superfície e preparação, as propriedades do revestimento e as condições climáticas ou geográficas. Foi realizado um conjunto de ensaios com diversos tipos de geotêxtis, analisando o efeito da temperatura, ensaios de tração de faixa larga sem impregnação e com impregnação e ensaios de permeabilidade com diversas taxas de ligante. Estes ensaios objetivaram concluir que cuida na instalação e na escolha do material podem trazer benefícios futuros no que tange ao desempenho de pavimentos flexíveis restaura com camadas de geossintéticos. Através estu realiza, chegou-se à conclusão de que a maioria insucessos foi causada por problemas na instalação, sendo a impregnação insuficiente, em função da quantidade de ligante aplicada, da espessura do geotêxtil e da má impregnação de juntas e de dobras, a principal causa defeitos observa.

Ano da Defesa

2003

FATORES DE INFLUÊNCIA NO COMPORTAMENTO DE CAMADAS ANTI-

REFLEXÃO DE TRINCAS COM GEOSSINTÉTICOS

Fernando Wickert

Tese apresentada à Divisão de Pós-Graduação do Instituto Tecnológico de Aeronáutica como parte requisitos para a obtenção do título de Mestre em Ciência no Curso de Pós-Graduação em Engenharia de Infraestrutura Aeronáutica na Área de Infraestrutura de Transportes. Orientadora: Prof. Dra. Delma de Mattos Vidal

RESUMO DO ESTUDO EXPERIMENTAL

Foram realiza ensaios de laboratório para um melhor entendimento do comportamento do geotêxtil e ligantes frente às situações encontradas no campo. Foram realiza ensaios de tração de faixa larga (com e sem impregnação), retenção de asfalto, temperatura e permeabilidade, com cinco tipos de geotêxtis. Apresentam-se os ensaios e uma discussão resulta destes ensaios.

Produtos ensaia

Para os ensaios de laboratório foram utilizar cinco tipos de geotêxtis:

Tipo 1

Geotêxtil nãotecido agulhado de fibras cortadas, 100% polipropileno com massa por unidade de área nominal de 150 g/m², de cor cinza;

Tipo 2

Geotêxtil nãotecido agulhado de filamentos contínuos, 100% poliéster com uma massa por unidade de área nominal de 150 g/m², de cor cinza;

Tipo 3

Geotêxtil nãotecido agulhado, 100% polipropileno com uma massa por unidade de área nominal de 150 g/m², de cor branca;

Tipo 4

Geotêxtil nãotecido termo fixado, 100% polipropileno com uma massa por unidade de área nominal de 200 g/m², de cor cinza;

Tipo 5

Geotêxtil nãotecido termo fixado, 80% poliéster e 20% polipropileno com uma massa por unidade de área nominal de 150 g/m², de cor branca.

Os resulta obtido são mostra na tabela abaixo.

Ma (g)
C.V. (%)	54,66    19,97    15,81    18,89    20,25
Ma min (g)	141         133       152       196       132
Ma max (g)	234         164       182       238      158

Tabela 1 Massa por unidade de área geotêxtis ensaia.

Comentários

Foi observado que os geotêxtis de fibra cortada têm uma variação maior se comparado com os de filamentos contínuos. No caso de geotêxtis termofixo, observou-se uma maior homogeneidade.

A Figura 1 ilustra uma manta de geotêxtil fabricado com fibras de polipropileno, onde se pode observar falhas na fabricação desta manta, mostradas com um círculo de linhas simples. No círculo com linhas duplas, observa-se um excesso de fios, onde a gramatura tende a ser maior.

Figura 1 Falhas de fabricação (manta geotêxtil de polipropileno).

Temperatura

Uma propriedade em particular que não é muito considerada antes da escolha do geotêxtil a ser utilizado é a contração do geotêxtil durante a aplicação da camada de CBUQ, que dependendo da tensão gerada pode ser associada ao trincamento durante a restauração do pavimento.

Como a impregnação com CAP-7 e a camada de revestimento são geralmente aplicadas a temperaturas elevadas, é importante verificar a temperatura admissível para o polímero empregado no geossintético, recomendando-se em geral que seja resistente à temperatura de aplicação do concreto asfáltico e às solicitações mecânicas de instalação (Tasque Force 25, 1985). O objetivo deste ensaio é determinar a porcentagem de encolhimento do geotêxtil frente a altas temperaturas.

Os corpos de prova foram submeter a temperaturas de 110ºC, 135ºC, 150°C e 170°C, simulando a temperatura alcançada pelo CBUQ em uma restauração de pavimento. O geotêxtil foi colocado em contato com uma chapa aquecida, como visualizado na Figura 2, e mantido por 2 minutos. Foram testa 5 corpos de prova para cada temperatura e cada tipo de geotêxtil, num total de 100 corpos de prova ensaia.

Figura 2 Equipamento utilizado para o ensaio de temperatura.

Os resulta ensaios realiza indicam que as propriedades físicas de encolhimento e força de encolhimento devem ser examinadas antes de se especificar um tipo de geotêxtil para a aplicação na restauração de pavimentos.

Observações de instalações de campo feitas por Campbell e Kleimer (1996) têm demonstrado que, ocasionalmente, onde é utilizado geotêxtil de polipropileno há a ocorrência de trincas na camada nova do pavimento mesmo antes da compactação. Os autores acreditam que essas trincas são um resultado direto da alta força de contração do geotêxtil em áreas onde as extremidades se sobrepõem e onde há dobras ou rugas, causando uma má compactação do concreto asfalto e uma má impregnação do geotêxtil.

Quando dobras ou cortes estão presentes no geotêxtil durante a operação de recapeamento, a tensão gerada pela contração do geotêxtil pode produzir um deslocamento significativo na direção da dobra ou do corte. Essa contração ocorre quando a camada nova de CBUQ está em uma temperatura muito elevada e com pouca resistência.

Figura 3 Resultado ensaios de temperatura.

Tabela 2 Resulta de ensaios de temperatura.

Como se pode observar na Figura 3, até a temperatura de 135°C os diversos produtos apresentam um bom desempenho. Da Tabela 5.2 observa-se que a contração de to os geotêxtis até 135°C foi inferior a 3%, a exceção do Tipo 2 que chegou a 5,3%. Assim sendo, pode-se comentar que:

1. O geotêxtil Tipo 1 passou de uma porcentagem de contração de 2,6% (135°C) a 23% (150°C) e 28,7% (170°C), na direção longitudinal, tendo um encolhimento menor na direção transversal;

• O geotêxtil Tipo 2 sofre um encolhimento ligeiramente maior na direção longitudinal apontando um encolhimento de 3,6% nesta direção a 110°C que chega ao máximo de 5,3% a 170°C, sendo pouco afetado pelo aumento da temperatura;

• O geotêxtil Tipo 3 teve um comportamento semelhante ao Tipo 1, chegando a 38,6% de encolhimento na direção longitudinal a 170°C;

• O geotêxtil Tipo 4 apresentou menor contração que os outros geotêxtis de polipropileno, chegando a 13% para a temperatura de 170°C na direção longitudinal. As medidas para as temperaturas entre 110°C e 150°C indicam uma maior contração na direção transversal;

• O geotêxtil Tipo 5 apresentou baixa contração a todas as temperaturas (valores menores de 1,8% a 170°C).

Os resulta observa permitem concluir que os geotêxtis em polipropileno podem apresentar altas contrações para temperaturas acima de 135°C e que o processo de termo fixação reduz a contração geotêxtis.

Retenção de asfalto

O ensaio de retenção de asfalto foi realizado baseado no procedimento colocado por Koerner (1998). Este ensaio consiste em imergir um corpo de prova de geotêxtil (20x20cm), previamente pesado, em um recipiente com cimento asfalto de petróleo (CAP-7) a 0°C durante 1 minuto, para garantir uma absorção completa. Após esta etapa, deve-se retirar os corpos de prova do recipiente e deixá-los esfriar a temperatura ambiente. Quando a amostra estiver “curada”, ou seja, a temperatura ambiente, deve-se retirar o excesso de CAP. Para a retirada do excesso, os corpos de prova foram totalmente envolver por um material absorvente e rola sobre uma chapa a 0°C com um rolo previamente aquecido. Após a retirada de todo o excesso de CAP, efetua-se uma nova pesagem das amostras, determinado assim a taxa de asfalto retida no geotêxtil. O objetivo deste ensaio é determinar a taxa de asfalto retida no geotêxtil, a fim de se utilizar a equação de Button et al. (1982, citado por Koerner, 1998), onde a taxa de asfalto retida é nomeada como índice de saturação do geotêxtil. O ensaio foi realizado com os cinco tipos de geotêxtil.

Através resulta ensaios de retenção de asfalto, nota-se que as recomendações fabricantes são insuficientes no que tange a taxa de aplicação de ligante. Os fabricantes recomendam uma taxa de 1,1 l/m² a 1,3 l/m² para a aplicação geotêxtis Tipo 1, 2 e 3, sendo que nesses casos só o geotêxtil irá absorver em torno de 1,1 l/m², tornando a taxa insuficiente para que o geotêxtil atue como barreira de umidade, conforme a equação proposta por Koerner (1998).

Tabela 3 Resulta de ensaios de retenção de asfalto.

Resistência à tração faixa larga

Com o objetivo de melhor compreender o comportamento do geotêxtil sob tração, foram realizar ensaios de tração de faixa larga até a ruptura com as 5 amostras de geotêxtil:

1. sem o uso de ligante, com o objetivo de caracterizar o material;
2. com diferentes tipos de ligantes (Asfalto diluído CM-30, Emulsão Asfáltica RR-1C e Cimento Asfalto de

Petróleo CAP-7);

• e diferentes taxas de impregnação.

Os ensaios foram realizar com base na NBR 824 (1993), com uma velocidade de carregamento de 20 mm/min.

Para a impregnação do material, foi utilizado uma bandeja e um rolo metálico para simular a rolagem de campo. O CAP-7 foi aquecido a aproximadamente 0°C durante 3 horas, e a emulsão asfáltica e o asfalto diluído foram aplicar à temperatura ambiente.

pós o cálculo da taxa de ligante para cada corpo de prova, estes foram impregnar e compacta com o rolo metálico, com o objetivo de se obter uma impregnação homogênea. Os corpos de prova impregnam com CAP- 7 não necessitaram cura, já os de emulsão asfáltica obtiveram a cura em torno de 20 minutos após a sua aplicação, já os corpos de prova com asfalto diluído demoraram em média 3-4 dias para obter a cura completa. Em alguns casos o asfalto diluído não conseguiu romper totalmente.

A Figura 5 ilustra o procedimento de impregnação corpos de prova de geotêxtil.

Resulta obtidos

A seguir, nas Figuras 6, 7 e 8, são apresenta gráficos da obtido em análises de resistência à tração, alongamento e rigidez das amostras de geotêxtis.

Através da análise das Figuras 6, 7 e 8, conclui- se:

Quanto ao uso de Emulsão Asfáltica:

1. a impregnação com taxa insuficiente tende a aumentar os valores de resistência a tração, alongamento e rigidez secante a 5% de deformação;
2. os geotêxtis 100% polipropileno apresentam resistência a tração a taxas insuficientes superior ao observado para o caso de impregnação ideal, enquanto os contendo poliéster em porcentagem majoritária pouco foram afetar pela quantidade de ligante;
3. a impregnação insuficiente pouco alterou o alongamento na ruptura, mas aumentou consideravelmente este alongamento no caso ideal para os geotêxtis não termofixo (apenas agulha);
4. a impregnação aumentou a rigidez a 5% de deformação, observando-se um maior aumento relativo para o geotêxtil tipo 2 (poliéster).

Quanto ao uso de Asfalto Diluído:

1. a impregnação praticamente não alterou a resistência à tração, à exceção da taxa ideal no geotêxtil tipo 2;
2. um maior alongamento na ruptura é observado para os geotêxtis tipos 2 e 3;
3. houve uma redução considerável da rigidez secante a 5% de deformação à exceção do geotêxtil tipo 5.

Quanto ao uso de CAP-7:

1. a impregnação pouco alterou a resistência à tração, mas aumentou o alongamento na ruptura, à exceção do geotêxtil tipo 5 que apresentou aumento de resistência à tração e praticamente o mesmo alongamento na ruptura quando impregnado à taxa ideal;
2. a rigidez secante a 5% de deformação praticamente dobrou para o geotêxtil tipo 2, mantendo-se ligeiramente superior à do corpo de prova sem impregnação para as taxas ideais nos geotêxtis tipos 3 e 5.
3. À exceção da impregnação com asfalto diluído, a impregnação tende a aumentar a rigidez secante a 5% de deformação, o alongamento na ruptura e a resistência à tração.

Permeabilidade

Foram realiza ensaios de permeabilidade normal ao plano sem confinamento em corpos de prova com 3 diferentes impregnações e dois tipos de ligantes (CAP-7 e Emulsão Asfáltica), com o objetivo de se analisar o comportamento geotêxtis perante diferentes taxas e tipos de ligantes, tendo sido utilizado o método da carga hidráulica constante, baseado na ISSO 11058 (1999) (projeto de norma NBR 02:153.19-008 2000, enviado para consulta pública).

A preparação corpos de prova seguiu as orientações da NBR 593 (1992). Cortaram-se cinco corpos de prova circulares com 7 cm de diâmetro (dimensões necessárias ao equipamento utilizado). Para este ensaio, foram analisar três tipos de geotêxtis e três taxas de ligante com emulsão asfáltica e dois tipos de geotêxtis com três taxas de ligante com CAP-7.

Os resulta ensaios de permeabilidade com os corpos de prova impregna com emulsão asfáltica e CAP-7 estão ilustra nas Figuras 9, 10 e 11.

Figura 11 Análise resulta de ensaios de permeabilidade com o geotêxtil Tipo 5 impregnado com emulsão asfáltica.

Através ensaios de permeabilidade, nota-se uma grande diminuição da permissividade quando se aumenta a taxa de ligante aplicada.

Os corpos de prova impregnam com CAP-7 tiveram um desempenho melhor frente aos impregna com emulsão asfáltica. A permissividade depende diretamente da espessura e da dimensão poros do geotêxtil. Poder-se-ia esperar uma maior permissividade do geotêxtil tipo 5 por ele ter uma menor espessura, mas a termo fixação reduz a dimensão poros. Este fato associado provavelmente a uma impregnação invertida mais eficiente pode fazer com que ele apresente permissividades menores. Vale salientar que tanto com Emulsão Asfáltica quanto com CAP-7 a permissividade variou pouco para taxas superiores a 77% e 87%, respectivamente.

Os ensaios de permeabilidade objetivaram demonstrar que a aplicação de taxas de ligante abaixo do recomendado podem não dar uma baixa permeabilidade ao pavimento. Já nos casos em que se obtém uma taxa ideal de aplicação de ligante e a utilização de CAP-7, a camada intermediária vai conferir uma baixa permeabilidade ao sistema geotêxtil-asfalto, e mesmo após o trincamento, a água proveniente da superfície não irá atingir as camadas de base.

A menor permeabilidade obtida ficou em torno de 10^-6 m/s para os corpos de prova impregna com Emulsão Asfáltica e em torno de 10^-7 m/s para os corpos de prova impregna com CAP-7, valores este relaciona a baixas permeabilidades.