Características funcionais e mecânicas de misturas asfálticas para revestimento de pavimentos aeroportuários

Abstract

Esta dissertação apresenta um estudo sobre misturas asfálticas para fins aeroportuários. Foram analisadas três misturas enquadradas na faixa granulométrica denominada Faixa 2, proposta na Especificação de Serviço da Diretoria de Engenharia da Aeronáutica (DIRENG). Estas misturas foram denominadas AZR, DZR e BZR, quando suas curvas granulométricas passavam, respectivamente, acima, dentro ou abaixo da zona de restrição da metodologia Superpave. A seleção e caracterização dos materiais seguiram, de um modo geral, os procedimentos e atenderam os requisitos mínimos normatizados pelo Departamento Nacional de Infraestrutura de Transporte (DNIT) e pela DIRENG. A avaliação da aderência pneupavimento foi realizada por meio da avaliação da macrotextura (método Mancha de Areia), microtextura (atrito medido com Pêndulo Britânico) e drenabilidade (Vazão obtida com Drenômetro). Estes ensaios foram realizados em placas especialmente compactadas no laboratório para esta finalidade. As misturas foram caracterizadas por meio de suas propriedades mecânicas, dadas pela resistência à tração por compressão diametral (RT), pelo módulo de resiliência (MR) e pela vida de fadiga. Estes ensaios foram realizados em amostras cilíndricas compactadas na prensa Marshall. Os experimentos conduziram a revestimentos asfálticos satisfatórios em relação às características funcionais e mecânicas. Com os valores de módulo de resiliência e a vida de fadiga determinados em laboratório, foram definidos os parâmetros necessários a um projeto de pista aeroportuária baseado em critérios mecanísticos de acordo com o método da FAA (Federal Aviation Administration), codificado no programa FAARFIELD (Pavement Airport Design). Para tanto, tomou-se como estudo de caso a segunda pista do Aeroporto Internacional de Brasília inaugurada em 2005, analisando-se sua estrutura de projeto e o revestimento com os três tipos de misturas formuladas em laboratório, além da mistura de fato aplicada na pista. As respostas das estruturas simuladas com o programa foram comparadas com a obtida no método de dimensionamento tradicional baseado no CBR, utilizada no projeto executivo. A análise mecanística revelou que a aeronave A319-100 e a que produz mais danos às estruturas analisadas, enquanto que a metodologia tradicional prescreve a aeronave MD-11 com base no seu maior peso bruto. Para a estrutura atual e, considerando-se o tráfego projeto e os parâmetros mecânicos adotados, previu-se uma vida de fadiga total de cerca de oito anos. Para as três misturas estudadas, os resultados mostram um melhor desempenho da mistura DZR para as condições de tensão geradas pelo tráfego previsto e a espessura adotada de 14 cm no projeto. Entretanto é possível se projetar pistas com qualquer das três misturas, adotando-se uma espessura adequada aos seus respectivos critérios de fadiga. _______________________________________________________________________________ ABSTRACT

This dissertation presents the results of a study about hot ix asphalts (HMA) to be used as surface course of airport pavements. Three mixes were designed according to the specifications for dense mixtures (Grade 2) of the Brazilian Bureau for Aeronautics Engineering (DIRENG). The mixes were designated as AZR, DZR and BZR, if their grading curve passed above, through or below the restriction zone of the Superpave methodology, respectively. The materials were characterized using the norms prescribed by DIRENG and by the Brazilian Department of Infrastructure for Transports (DNIT) and the results satisfied the limit values required by these institutions. The functional characteristics related to tirepavement adhesion were investigated by means of tests to evaluate macrotexture (Sand Patch Test), microtexture (British Pendulum Test) and surface drainability using the Flowmeter. These tests were carried out on slabs specially compacted in the laboratory. The mechanical characteristics of the three mixes were evaluated by means of Indirect Tensile Strength, Resilient Modulus and Fatigue tests on Marshall samples. All designed and tested mixes presented satisfactory results with respect to their functional and mechanical characteristics. The mechanical properties obtained from laboratory and field tests were used as input of mechanistic analyses using the new method proposed by the Federal Aviation Administration (FAA) of the USA, which is coded in a program called FAARFIELD (Pavement Airport Design). The second runway of Brasilia International Airport, which was inaugurated in 2005, was used as a case study. Its structured was reanalyzed using the as built project and the three HMA designed in laboratory. The response obtained from the mechanistic approach was compared with the results predicted with the conventional method based on the California Bearing Ratio (CBR), used in the original design. The tensional analyses revealed that most of the fatigue damage impaired to the runway was due the airbus A319-100, contracting the project aircraft MD-11 adopted in the conventional CBR method, which is based on the gross weight of the airplane. The analyses forecasted a fatigue life of about eight years for the new runway, considering the traffic estimates and material parameters adopted in the project. Among the mixes designed in laboratory, that designated as DZR showed the best performance considering the level of stresses generated by the predicted aircraft traffic and the HMA layer thickness of 14 cm adopted in the project. However, it is possible to apply any of three the mixes if the appropriate surface layer thickness is computed according to the fatigue life curves for each mixture.