Resistência à Fadiga de Misturas Betuminosas

  A evolução das propriedades de uma mistura betuminosa colocada num pavimento é uma matéria de grande complexidade, uma vez que o seu comportamento é influenciado sempre que a mistura é solicitada, ou seja, quando uma nova acção é aplicada, seja ela mecânica ou térmica, o material passa a possuir características diferentes das que tinha antes da aplicação dessa acção, levando a que a resposta da mistura a um novo estímulo, seja diferente de respostas anteriores.

A degradação estrutural dos pavimentos flexíveis está associada ao aparecimento das seguintes patologias: fendilhamento, deformações permanentes, desagregação superficial e migração de materiais nas camadas ou entre camadas. Por outro lado, os estados de fendilhamento que ocorrem nas camadas ligadas com betume podem ser devidos a diversos factores:
­ Inadequabilidade dos materiais face às acções a que o pavimento está sujeito;
- Deficiências na execução dos trabalhos;
­- Variações térmicas;
- Fenómenos de fadiga.
Os dois primeiros factores podem ser evitados, ou pelo menos minimizada a sua ocorrência, se forem consideradas metodologias ligadas aos processos da qualidade em todas as fases da obra, nomeadamente em fase de projecto e em fase de execução, no controlo dos produtos e dos processos de fabrico e na verificação da conformidade. Por outro lado, o clima temperado que se faz sentir no nosso país, não se verificando, salvo raras excepções, como por exemplo no Nordeste Transmontano ou no interior Alentejano, temperaturas muito baixas nem variações térmicas muito importantes, faz com que o efeito das acções térmicas nos nossos pavimentos não se faça sentir de forma significativa. Assim poder-se-á dizer que o fendilhamento dos pavimentos betuminosos portugueses está fundamentalmente associado a fenómenos de fadiga.
A resistência à fadiga de uma mistura betuminosa pode ser definida como sendo a capacidade que esse material possui de responder à aplicação repetida de cargas provenientes do tráfego, para determinadas condições de velocidade de tráfego e ambientais, nomeadamente em termos de temperatura, sem atingir a rotura. O conceito de rotura dos provetes nos ensaios de fadiga não implica necessariamente o total fendilhamento da mistura betuminosa, devendo considerar-se a ocorrência da rotura do provete quando a mistura que o constitui atingir valores residuais para as suas características mecânicas, nomeadamente o módulo de rigidez, que conduzam a um comportamento mecânico inadequado, mesmo que ainda não se tenha verificado o total fendilhamento do provete.

 

O dimensionamento de pavimentos flexíveis tem evoluído de modo muito significativo especialmente nas duas últimas décadas. Desde 1920 é reconhecida a extrema importância de dois parâmetros das misturas betuminosas: o volume de vazios da mistura e os vazios da mistura de agregados. Os métodos de cálculo desenvolvidos por Hubbard Field, na época da 1ª Grande Guerra e por Marshall e Hveem nas décadas de 30 e 40, e que ainda hoje são utilizados com algumas melhorias, têm por base propriedades volumétricas associadas à determinação de uma propriedade mecânica do tipo empírico. Tratam-se pois de métodos baseados em propriedades empíricas que, uma vez controladas, conduzem a formulações de misturas com grande probabilidade de apresentarem um bom comportamento no pavimento.

Desde então verifica-se intensa investigação no sentido de quantificar laboratorialmente as propriedades fundamentais, não só dos materiais em presença, betume e agregado, mas também das misturas betuminosas, e correlacioná-las com o comportamento dos materiais no pavimento. Essa investigação centrou-se inicialmente no estudo do comportamento ao corte das misturas betuminosas, com recurso aos equipamentos utilizados na geotecnia nos ensaios de corte e triaxiais de solos. As misturas betuminosas eram então consideradas como constituindo um sistema trifásico parcialmente saturado ou praticamente saturado análogo a um solo. No entanto esta aproximação veio a revelar­se grosseira uma vez que o betume é bem mais viscoso do que a água, nomeadamente para as gamas de temperatura de serviço, e as partículas constituintes do agregado possuem dimensões superiores às partículas dos Solos ensaiados por aqueles métodos.
Nos nossos dias, após o aperfeiçoamento de técnicas laboratoriais, é já possível quantificar de forma bastante precisa, as principais características mecânicas das misturas e, face aos resultados obtidos nos ensaios, prever o seu comportamento uma vez colocada no pavimento. Desta forma o dimensionamento de pavimentos é actualmente realizado com base em metodologias racionais que incluem o estudo do comportamento da estrutura sob dois aspectos distintos:
- comportamento funcional;
- comportamento estrutural.