SELEÇÃO DE LIGANTES ASFÁLTICOS COM BASE NA METODOLOGIA SUPERPAVE-PG PARA O ESTADO DO RIO GRANDE DO SUL

Informações do autor

Cléber Faccin

https://orcid.org/0000-0003-4242-4453
  • crfaccin@gmail.com
  • Universidade Federal de Santa Maria
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Luciano Pivoto Specht

https://orcid.org/0000-0002-8709-6273
  • luspecht@ufsm.br
  • Universidade Federal de Santa Maria
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Deividi da Silva Pereira

https://orcid.org/0000-0002-7200-7813
  • dsp@ufsm.br
  • Universidade Federal de Santa Maria
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Pedro Orlando Borges de Almeida Júnior

https://orcid.org/0000-0002-8428-5853
  • pedro.junior@ufsm.br
  • Universidade Federal de Santa Maria
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Resumo

A seleção adequada dos ligantes asfálticos é uma etapa importante no projeto de pavimentos asfálticos, sendo a metodologia Superpave uma alternativa racional nesse processo. A especificação estabelece que o ligante asfáltico deve ser selecionado para atender, durante a vida útil do pavimento, às temperaturas máximas e mínimas da camada asfáltica em serviço operacional, além das condições de tráfego. Nesse contexto, o presente artigo objetiva calcular as temperaturas da classificação PG (Perfomance Grade) para nove locais no Estado do Rio Grande do Sul (RS), realizando uma análise dos modelos de cálculo das temperaturas do pavimento e da metodologia. Para isso, foram utilizados dados climáticos locais e quatro diferentes modelos para cálculo das temperaturas do pavimento. Pode-se observar uma variabilidade climática importante no estado, impactando os resultados da temperatura de alta do PG. Com base nas análises realizadas, são recomendados valores de PG de alta variando de 58 °C a 70 °C, e de baixa igual a -10 °C, para 98 % de confiabilidade, resultados coerentes com as características dos locais avaliados. Pode-se concluir que a metodologia Superpave-PG pode ser implementada no RS, considerando-se modelos numéricos para o cálculo das temperaturas dos pavimentos e incorporando as características de tráfego do projeto. A metodologia representa um avanço substancial em relação às especificações vigentes, que são baseadas em ensaios empíricos e sem critérios técnicos para seleção dos ligantes asfálticos.


Referências

  • AASHTO. (2017). AASHTO M 323: Standard Specification for Superpave Volumetric Mix Design. In Standard Specifications for Transportation Materials and Methods of Sampling and Testing (Issue AASHTO).
  • AASHTO. (2021). AASHTO M 320: Standard Specification for Performance-Graded Asphalt Binder. In Standard Specifications for Transportation Materials and Methods of Sampling and Testing and Provisional Standards.
  • AASHTO M 332. (2020). AASHTO M 332 :Specification for Performance-Graded Asphalt Binder Using Multiple Stress Creep Recovery (MSCR) Test. In AASHTO.
  • AENLLE, A. A.; FOURNIER, J. M.; ACOSTA, C. G.; HERNÁNDEZ, D. O. A.; ROJO, T. E. M. Determinación y zonificación del grado de desempeño de los asfaltos para Cuba según metodología Superpave. Revista Científica Ingeniería y Desarrollo, 2020 38(2), 400–419. https://doi.org/10.14482/INDE.38.2.620.19
  • ALI HUSSAIN, G. M.; ABDULAZIZ, M. A. G.; XIANG, Z. N.; AL-HAMMADI, M. A. Asphalt Binder Performance Grading for the Republic of Yemen Based on Superpave Asphalt Mix-Design. The Open Civil Engineering Journal, 2020, 14(1), 365–379. https://doi.org/10.2174/1874149502014010365
  • ALLEN, R. G.; PEREIRA, L. S.; RAES, D.; SMITH, M. Crop evapotranspiration-Guidelines for computing crop water requirements. 1998. FAO Irrigation and drainage paper 56. Disponível em: https://appgeodb.nancy.inra.fr/biljou/pdf/Allen_FAO1998.pdf. Acesso em: 3 jan. 2024.
  • ALMEIDA JUNIOR, P. O.; BOEIRA, F. D.; SPECHT, L. P.; CERVO, T. C.; PEREIRA, D. DA S.; CENTOFANTE, R.; JR, V. DOS S. B.; SILVA, C. F. C. Avaliação laboratorial do tipo e teor de ligante e da granulometria na deformação permanente de misturas asfálticas. 2018. TRANSPORTES, 26(2), 1–15. https://doi.org/10.14295/TRANSPORTES.V26I2.1407
  • ALVARES, C. A.; STAPE, J. L.; SENTELHAS, P. C.; DE MORAES GONÇALVES, J. L.; SPAROVEK, G. Köppen’s climate classification map for Brazil. Meteorologische Zeitschrift, 2013, 711–728. https://doi.org/10.1127/0941-2948/2013/0507
  • BALUSHI, A.; METWALLY, M.; AL-RASHDI, M. H. Development of Oman Performance Grade Paving Map for Superpave Asphalt Mix Design. The 19th Annual International Conference on Highway, Airports Pavement Engineering, Infrastructures & Asphalt Technology. 2020. https://doi.org/doi 10.1515ijpeat-2016-0033
  • BARROS, L. M. de. Deformação permanente de misturas asfálticas : avaliação do desempenho conforme critério de flow number de misturas quentes e mornas. Dissertação de mestrado – Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Porto Alegre, 2017.
  • BRYCE, J.; CHATTOPADHYAY, A.; ESMAEILPOUR, M.; IHNAT, Z. E. Detailing an improved heat transfer model for pavements. Transportation Research Record, 2021, 2675(7), 153–165. https://doi.org/10.1177/0361198121994847
  • BRYCE, J.; IHNAT, Z. Improved models of solar radiation and convective heat transfer for pavement temperature prediction. International Journal of Pavement Engineering, 2022, 23(7), 2123–2134. https://doi.org/10.1080/10298436.2020.1843037
  • CERATTI, J. A. P.; BERNUCCI, L. L. B.; SOARES, J. B. Utilização de ligantes asfálticos em serviços de pavimentação: guia técnico (Abeda), 2015.
  • CHANG, S.; ZHANG, L.; LI, S.; GHARAIBEH, N.; EPPS MARTIN, A.; HAZLETT, D. Evaluation of the causal effect of the surface performance-graded (SPG) specification for chip seal binders on performance. Construction and Building Materials, 2021, 304, 124518. https://doi.org/10.1016/J.CONBUILDMAT.2021.124518
  • CHAROENTHAM, N.; KANITPONG, K. Development of a Performance Grading System for Asphalt Binders Used in Thailand. Asian Transport Studies, 2012, 2(2), 121–138. https://doi.org/10.11175/EASTSATS.2.121
  • CHEN, J.; WANG, H.; XIE, P. Pavement temperature prediction: Theoretical models and critical affecting factors. Applied Thermal Engineering, 2019, 158, 113755. https://doi.org/10.1016/J.APPLTHERMALENG.2019.113755
  • CUNHA, M. B.; ESCALANTE ZEGARRA, J. R.; FERNANDES JÚNIOR, J. L. Revisão da seleção do grau de desempenho (PG) de ligantes asfálticos por estados do Brasil. Congresso de Pesquisa e Ensino Em Transportes, 2007.
  • Delgadillo, R., Arteaga, L., Wahr, C., & Alcafuz, R. (2018). The influence of climate change in Superpave binder selection for Chile. Road Materials and Pavement Design, 21(3), 607–622. https://doi.org/10.1080/14680629.2018.1509803
  • DELGADILLO, R.; SEGOVIA, M.; WAHR, C.; THENOUX, G. Superpave zoning for Chile. Revista Ingenieria de Construccion, 2017, 32(1), 25–35. https://doi.org/10.4067/s0718-50732017000100003
  • DEMPSEY, B. J. A heat-transfer model for evaluating frost action and temperature relatedeffects in multilayered pavement systems, 1969. ProQuest. https://www.proquest.com/openview/979236f811380ae5082e695600ace434/1?pq-origsite=gscholar&cbl=18750&diss=y
  • DENNEMAN, E.; EDMUNDS, A.; ALEX, P.; WILSON, G. Application of pavement temperature prediction algorithms in performance grade (PG) binder selection for Australia. Australian Journal of Civil Engineering, 2022. https://doi.org/10.1080/14488353.2022.2082632
  • DONG, C.; FENG, L.; XU, Y. Performance Zoning of Asphalt Pavement and Performance Grade (PG) of Asphalt Binder in Karamay: A Case Study of Xinjiang, China. Sustainability 2023, Vol. 15, Page 9742, 15(12), 9742. https://doi.org/10.3390/SU15129742
  • Durham, S. A.; Cetin, B.; Schwartz, C. W.; Forman, B. A.; Alam-Khan, S. Improvement of Climate Data for Use in MEPDG Calibration and Other Pavement Analysis – Phase II. 2021. https://doi.org/10.21949/1503647
  • FACCIN, C.; SCHUSTER, S. L.; ALMEIDA JUNIOR, P.O.B; VESTENA, P.M.; SPECHT, L.P; BUENO, L.D.; L.M.F. Mapas de Grau de Desempenho (PG) de ligantes asfálticos para o Brasil. 35o Congresso de Pesquisa e Ensino Em Transportes, 2021a.
  • FACCIN, C.; SPECHT, L. P.; SCHUSTER, S. L.; BOEIRA, F. D.; BUENO, L. D.; BRONDANI, C.; PEREIRA, D. DA S.; NASCIMENTO, L. A. H. do. Flow Number parameter as a performance criteria for asphalt mixtures rutting: evaluation to mixes applied in Brazil Southern region. International Journal of Pavement Engineering, 2021b. https://doi.org/10.1080/10298436.2021.1880580
  • FACCIN, C.; SPECHT, L.P.; PACHECO, L.C.; PEREIRA, D.S.; BUENO, L.D.; ALMEIDA JUNIOR, P.O.B.; SCHUSTER, S. L.; CARVALHO, G.F. Plataforma online para aquisição dos dados climáticos da reanálise MERRA-2 da nasa a serem utilizados em projetos de pavimentação. 25o Encontro Nacional de Conservação Rodoviária (ENACOR) 48a Reunião Anual de Pavimentação (RAPv), 2023. https://doi.org/10.29327/1304307.48-10
  • FRITZSONS, E.; MANTOVANI, L. E.; WREGE, M. S. Relação entre altitude e temperatura: uma contribuição ao zoneamento climático no estado de santa catarina, brasil. Revista Brasileira de Climatologia, 2016, 18(0). https://doi.org/10.5380/ABCLIMA.V18I0.39471
  • GOPISETTI, L. S. P.; CETIN, B.; FORMAN, B. A.; DURHAM, S.; SCHWARTZ, C. W.; CEYLAN, H. (2019). Evaluation of four different climate sources on pavement mechanistic-empirical design and impact of surface shortwave radiation. International Journal of Pavement Engineering, 2019. https://doi.org/10.1080/10298436.2019.1665180
  • GOPISETTI, P.; CEYLAN, H.; CETIN, B.; KIM, S. Assessment of satellite-based MERRA climate data in AASHTOWare pavement mechanistic-empirical design. Road Materials and Pavement Design, 2021. https://doi.org/10.1080/14680629.2021.2009010
  • GUI, J.; PHELAN, P. E.; KALOUSH, K. E.; GOLDEN, J. S. Impact of Pavement Thermophysical Properties on Surface Temperatures. Journal of Materials in Civil Engineering, 2007, 19(8), 683–690. https://doi.org/10.1061/(ASCE)0899-1561(2007)19:8(683)
  • HALL, M. R.; DEHDEZI, P. K.; DAWSON, A. R.; GRENFELL, J.; ISOLA, R. Influence of the Thermophysical Properties of Pavement Materials on the Evolution of Temperature Depth Profiles in Different Climatic Regions. Journal of Materials in Civil Engineering, 2011, 24(1), 32–47. https://doi.org/10.1061/(ASCE)MT.1943-5533.0000357
  • HAN, R.; JIN, X.; GLOVER, C. J. Modeling Pavement Temperature for Use in Binder Oxidation Models and Pavement Performance Prediction. Journal of Materials in Civil Engineering, 2011, 23(4), 351–359. https://doi.org/10.1061/(ASCE)MT.1943-5533.0000169
  • HUBER, G. A. Weather Database for the Superpave Mix Design System. Report Number: SHRPA-648ª, 1994.
  • INSTITUTO MEXICANO DEL TRANSPORTE. N·CMT·4·05·004/18 - Calidad de Cementos Asfálticos según su Grado de Desempeño (PG), 2018. Disponível em: https://normas.imt.mx/normativa/N-CMT-4-05-004-18.pdf. Acesso em: 3 jan. 2024
  • KARKI, P.; MRAIZA, Z.; KARNEI, E.; HU, S. Performance-graded asphalt binder selection catalog for asphalt overlays. Construction and Building Materials, 2022, 319, 126012. https://doi.org/10.1016/J.CONBUILDMAT.2021.126012
  • KENNEDY, T. W.; HUBER, G. A.; HARRIGAN, E. T.; COMINSKY, R. J.; HUGHES, C. S.; QUINTUS, H. VON; MOULTHROP, J. S. Superior Performing Asphalt Pavements (Superpave): the product of the SHRP asphalt research program. Report SHRP-A-410. Strategic Highway Research Program, National Research Council, 1994, Washington D.C, 156.
  • KHEDR, S.; SAUDY, M.; KHAFAGY, M. Development Of Asphalt Binder Performance Grades. Sustainable Solutions in Structural Engineering and Construction, 2014.
  • Lanamme UCR. Grau de Desempenho (PG) para Seleção de Asfalto. 2023. Disponível em: https://www.lanamme.ucr.ac.cr/index.php?option=com_content&view=article&id=364&Itemid=468. Acesso em: 3 jan. 2024
  • LEE, J. S.; KIM, J. H.; KWON, O. S.; LEE, B. D. Asphalt binder performance grading of North Korea for Superpave asphalt mix-design. International Journal of Pavement Research and Technology, 2018, 11(6), 647–654. https://doi.org/10.1016/j.ijprt.2018.06.004
  • LEITE, L. F. M.; TONIAL, I. A. Qualidade dos cimentos asfálticos brasileiros segundo as especificações SHRP. 12o Encontro Do Asfalto Do Instituto Brasileiro de Petróleo, 1994.
  • LEKEA, A.; STEYN, W. J. VD M. Performance of Pavement Temperature Prediction Models. Applied Sciences 2023, Vol. 13, Page 4164, 13(7), 4164. https://doi.org/10.3390/APP13074164
  • Manitoba Infrastructure. (2020). MEB- P026 - Pay Adjustment for Performance Graded Asphalt Cement. Disponível em: https://www.gov.mb.ca/mti/mateng/meb/meb_p026.pdf. Acesso em: 3 jan. 2024
  • MATIC, B.; SALEM, H. A. Development of PG for asphalt binders on Libyan desert road network. Advances in Materials and Pavement Performance Prediction. Proceedings of the International AM3P Conference, 2018, 177–180. https://doi.org/10.1201/9780429457791-44
  • MAZZONI, L. N.; TAKAHASHI, M. M.; VASCONCELOS, K. L.; BERNUCCI, L. Avaliação da influência do envelhecimento e da temperatura nas características viscoelásticas de ligantes asfálticos. TRANSPORTES, 2020, 28(1), 135–146. https://doi.org/10.14295/TRANSPORTES.V28I1.1897
  • MOHSENI, A. LTPP Seasonal Asphalt Concrete (AC) Pavement Temperature Models. Report No. FHWA-RD-97-103. 1998.
  • MOHSENI, A.; CARPENTER, S.; D’ANGELO, J. Development of SUPERPAVE High-Temperature Performance Grade (PG) Based on Rutting Damage (With Discussion and Closure). Journal of the Association of Asphalt Paving Technologists, 2005, 74.
  • MOKOENA, R.; MTURI, G.; MARITZ, J.; MATEYISI, M.; KLEIN, P. African Case Studies: Developing Pavement Temperature Maps for Performance-Graded Asphalt Bitumen Selection. Sustainability 2022, Vol. 14, Page 1048, 14(3), 1048. https://doi.org/10.3390/SU14031048
  • OLIVEIRA, J. S. de; BURIOL, G. A.; SWAROWSKY, A.; ESTEFANEL, V. Disponibilidade de irradiância solar para geração de energia elétrica na Alemanha e no estado do Rio Grande do Sul. Disciplinarum Scientia | Naturais e Tecnológicas, 2013, 14(2), 205–212. https://periodicos.ufn.edu.br/index.php/disciplinarumNT/article/view/1330
  • ONGEL, A.; HARVEY, J. Analysis of 30 Years of Pavement Temperatures using the Enhanced Integrated Climate Model (EICM). 2004. Disponível em: https://www.researchgate.net/publication/252682523. Acesso em: 3 jan. 2024
  • OSMARI, P. H. Characterization Of The Fatigue Damage Behavior Of Asphaltic Materials Based On Experimental Multiscale Approaches And On The S-Vecd Theory. Tese de Doutorado. Universidade Federal do Rio de Janeiro, 2021.
  • PIRES, D. M. Estudo da deformação permanente de concretos asfálticos aplicados em campo. Dissertação de mestrado – Universidade Federal de Santa Maria, Santa Maria, 2020.
  • Possebon, E. P.; Specht, L. P.; Pereira, D. S.; Ferraz, L. M. R.; Nascimento, P. C.; Aragão, F. T. S. PAHs emissions by 12 Brazilian bitumens: procedure and results. Road Materials and Pavement Design, 2003, 20(6), 1481–1499. https://doi.org/10.1080/14680629.2018.1447502
  • POSSEBON, E. P. Advanced Characterization Of Brazilian Bitumens And Mixtures. Tese de Doutortado – Universidade Federal de Santa Maria, Santa Maria, 2021.
  • QUINTERO, N. M. Validation of the Enhanced Integrated Climatic Model (EICM) for the Ohio SHRP Test Road at U.S. 2007. Disponível em: https://etd.ohiolink.edu/acprod/odb_etd/ws/send_file/send?accession=ohiou1195142855&disposition=inline. Acesso em: 3 jan. 2024
  • RAHMAN, M. A.; HARVEY, J. T.; ELKASHEF, M. (2023). Update of the PG Binder Map in California Using the Enhanced Integrated Climate Model (EICM) and LTTPBind Online. Airfield and Highway Pavements 2023: Design, Construction, Condition Evaluation, and Management of Pavements - Selected Papers from the International Airfield and Highway Pavements Conference 2023, 1, 429–441. https://doi.org/10.1061/9780784484890.039
  • R Core Team. (2024). R: The R Project for Statistical Computing. Disponível em: https://www.r-project.org/. Acesso em: 3 nov. 2023
  • RAMOS, V. N. Proposta para seleção de ligantes e misturas asfálticas considerando deformação permanente e fadiga. Dissertação de mestrado – Universidade Federal de Santa Maria, Santa Maria, 2023.
  • ROSE, L. S.; LEVINSON, R. Analysis of the effect of vegetation on albedo in residential areas: case studies in suburban Sacramento and Los Angeles, CA. GIScience & Remote Sensing, 2013, 50(1), 64–77. https://doi.org/10.1080/15481603.2013.778557
  • SALEH, A. M. M.; TRAD, M. A. Generation of asphalt performance grading map for Egypt based on the SUPERPAVETM program. Construction and Building Materials, 2011, 25(5), 2248–2253. https://doi.org/10.1016/J.CONBUILDMAT.2010.11.009
  • SALIKO, D.; AHMED, A.; ERLINGSSON, S. Development and validation of a pavement temperature profile prediction model in a mechanistic-empirical design framework. Transportation Geotechnics, 2023, 40, 100976. https://doi.org/10.1016/J.TRGEO.2023.100976
  • SCHUSTER S.L.; F. C. ; B. C. B. L. D. ; A. J. P. O. B. ; P. L. C. ; D. S. P. D. S. L. P. Impacto das mudanças climáticas nas temperaturas máximas de pavimentos e no grau de desempenho exigido para ligantes asfálticos: projeções futuras para o Rio Grande do Sul. Revista Estradas, 2022, 27.
  • SOARES, W. R.; MARENGO, J. A.; NOBRE, C. A. Assessment of warming projections and probabilities for Brazil. Climate Change Risks in Brazil, 2018, 7–30. https://doi.org/10.1007/978-3-319-92881-4_2/COVER/
  • SPARKS, A. “nasapower: A NASA POWER Global Meteorology, Surface Solar Energy and Climatology Data Client for R.” ,The Journal of Open Source Software, 2018.
  • SPECHT, L. P.; BABADOPULOS, L. F. DE A. L.; DI BENEDETTO, H.; SAUZÉAT, C.; SOARES, J. B. Application of the theory of viscoelasticity to evaluate the resilient modulus test in asphalt mixes. Construction and Building Materials, 2017, 149, 648–658. https://doi.org/10.1016/J.CONBUILDMAT.2017.05.037
  • SPECHT, L.P.; BORGES L.H.P.; HELLMANN, P. A. Determinação das propriedades térmicas de concretos asfálticos com diferentes tipos de ligantes. Revista Tecnologia, 2008, 29(2), 198–210. https://ojs.unifor.br/tec/article/view/37
  • SWARNA, S. T.; HOSSAIN, K. Climate change impact and adaptation for highway asphalt pavements: a literature review. Canadian Journal of Civil Engineering, 2022. https://doi.org/10.1139/CJCE-2021-0209
  • TORRES, R.; SEBASTIAN, E. Metodología para la construcción de mapas de temperatura basada en la influencia termo -topográfica y el grado de desempeño (PG) aplicada en la selección de cementos asfálticos. 2018. Disponível em: http://bibliotecavirtual.dgb.umich.mx:8083/xmlui/handle/DGB_UMICH/3144. Acesso em: 3 nov. 2023
  • Tutu, K. A.; Ntramah, S.; Tuffour, Y. A. Superpave performance graded asphalt binder selection for asphalt mixture design in Ghana. Scientific African, 2022, 17, e01348. https://doi.org/10.1016/J.SCIAF.2022.E01348
  • TxDOT. (2023). Superpave Binder Materials Selection Procedures. Texas Departament of Transportation. Disponível em: https://ftp.txdot.gov/pub/txdot/mtd/pg-selection-process.pdf. Acesso em: 3 jan. 2024
  • UNDERWOD, S.B. Evaluation of Climate Input Issues in Pavement Perfomance Modeling. Transportation Research Board, 2022. Washington D.C
  • VESTENA, P. M. Segmentos experimentais na BR 116/RS empregando TLAFlex, HiMA e 55/75-E (SBS): caracterização avançada e monitoramento. Dissertação de mestrado – Universidade Federal de Santa Maria, Santa Maria, 2021.
  • VILJOEN. A. W. Estimating asphalt temperatures from air temperatures and basic sky parameters. 2001, Internal report, Transportek, CSIR, Pretoria.
  • ZEIADA, W.; LIU, H.; EZZAT, H.; AL-KHATEEB, G. G.; UNDERWOOD, S. B.; SHANABLEH, A.; SAMARAI, M. Review of the Superpave performance grading system and recent developments in the performance-based test methods for asphalt binder characterization. Construction and Building Materials, 2022, 319, 126063. https://doi.org/10.1016/J.CONBUILDMAT.2021.126063
  • XXX et al. (2024). Desenvolvimento de um modelo de previsão do perfil de temperatura de pavimento flexíveis. Submetido à publicação


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