Fadiga dos Revestimentos

Quando da passagem de um caminhão sobre uma rodovia, as camadas do pavimento ficam submetidas a um estado variável de tensões que se caracteriza por ser dinâmico e repetitivo ao longo da vida útil da rodovia. A Figura 1 apresenta, simplificadamente, as principais solicitações a que um pavimento está submetido durante a passagem das cargas de tráfego, que são representadas pelas deformações de tração (εt) nas camadas asfálticas e pela tensão de compressão (σz) na camada final de terraplenagem.


Devido à magnitude e repetição destas solicitações, com o passar do tempo desenvolvem-se patologias na estrutura do pavimento, notadamente na camada de revestimento asfáltico. As principais patologias que ocorrem nas camadas asfálticas dos pavimentos brasileiros são: a deformação permanente, que tem como efeito a manifestação de trilhas-de-roda, e a fadiga, responsável pelo trincamento da mistura asfáltica que resulta, em seu estágio final, no aparecimento dos buracos e panelas.
Tradicionalmente o fenômeno de fadiga é descrito como um processo de deterioração estrutural que um material sofre quando submetido a um estado de tensões e de extensões repetidas, resultando no aparecimento de fissuras no material que evoluem para trincas ou ruptura completa, após um número suficiente de repetições de carregamento. Ou seja, é a deterioração do material quando solicitado repetidamente por um carregamento. Na estrutura ilustrada na Figura 1, quanto maior o nível da deformação a que o revestimento estiver submetido, tanto pela magnitude do carregamento atuante ou pela deficiência estrutural das camadas inferiores, menor será o número de ciclos de carregamento necessários para a manifestação da ruptura por fadiga da mistura.
O primeiro estágio do início desta ruptura é caracterizado pelo aparecimento de trincas longitudinais isoladas no sentido do tráfego (as deformações de tração transversais tendem a serem maiores que as longitudinais). Posteriormente, a união de trincas transversais e longitudinais forma um reticulado conhecido no meio rodoviário como “couro de jacaré”. Neste estágio, ainda se tem uma certa transferência de tensões entre as interfaces das trincas. Entretanto, com a contínua ação do tráfego e em presença de água nas trincas, tem-se a erosão dos bordos das placas, como ilustra a Figura 2. Com essa erosão, as placas ficam sem confinamento, sendo facilmente arrancadas pela ação do tráfego, notadamente quando em presença de água, originando os buracos e panelas.

Figura 2 – Trincas tipo “couro de jacaré”

Em pavimentos bem dimensionados, este padrão de trincamento será observado entre o nono e décimo ano do ciclo de vida e em cerca de 10 a 15% da superfície. Assim, o aparecimento prematuro do fenômeno de fadiga pode estar relacionado à deficiência de projeto, da mistura ou do processo construtivo. Entretanto, pode ser também um indicativo de que o pavimento já recebeu o número de aplicações de carga previsto em projeto.
Desta forma, a quantificação da resistência à fadiga da mistura asfáltica é de fundamental importância para o dimensionamento racional de um pavimento. Os principais fatores que afetam esta resistência estão ligados à qualidade e percentagem do ligante, a eficiência das ligações químicas e de adesividade que se estabelecem entre o ligante e o agregado, ao volume de vazios da mistura e ao controle tecnológico do processo de industrialização e aplicação da mistura.
A estimativa da vida de fadiga de uma mistura asfáltica, ou seja, a determinação do número de solicitações (Nf) que a mistura vai resistir até se alcançar o colapso pode ser avaliada através de ensaios de laboratório ou de campo. A partir dos resultados destes ensaios, é estabelecido um comportamento de fadiga que normalmente relaciona a deformação de tração inicial induzida ou tensão de tração aplicada com o correspondente número admissível de aplicações de carga.
Particularmente, para estudos de fadiga em laboratório, o carregamento pode ser aplicado à tensão controlada, em que a carga ou a amplitude da tensão permanece constante durante o ensaio ou em deformação controlada, onde a deformação ou a amplitude da deformação são mantidas constantes durante o ensaio. Desta maneira, no ensaio de deformação controlada se tem em cada ciclo uma menor energia aplicada ao corpo-de-prova e, portanto, um número maior de ciclos deverá ser aplicado para que a mistura entre em colapso. A escolha do tipo de carregamento a ser aplicado vai depender da estrutura do pavimento que está sendo projetada. Freqüentemente o trincamento é considerado um fenômeno que ocorre à tensão controlada em pavimentos com revestimentos espessos e um fenômeno à deformação controlada em revestimentos esbeltos.
Geralmente, o critério convencional para definição da vida de fadiga de um corpo-de-prova, em laboratório é a redução do seu módulo de rigidez para a metade do seu valor inicial (50% da redução na rigidez). Assim, caso se tenha um comportamento elástico linear do material, nos ensaios a tensão controlada, o valor da deformação irá duplicar, enquanto que nos ensaios a deformação controlada, o valor da tensão irá reduzir-se para a metade do seu valor inicial.
No nosso próximo informativo, iremos detalhar as principais formas de carregamento e os tipos de ensaios mais utilizados para a avaliação do fenômeno de fadiga.

Leia a matéria completa no informativo Fatos&Asfaltos nº10

Dr. Glicério Trichês – Professor da Universidade Federal de Santa Catarina
Eng.ª Liseane P. T. da Luz Fontes – Doutoranda da Universidade Federal de Santa Catarina – Universidade do Minho, Portugal.
Eng. Armando Morilha Júnior – Diretor Técnico da GRECA ASFALTOS
tecnologia@grecaasfaltos.com.br

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