Índices de qualidade aplicados a materiais para pavimentação

São várias as características designadas como índices de qualidade de agregados para uso rodoviário. Algumas delas podem ser correlacionadas com solicitações de carga estática, como, resistência ao esmagamento, resistência à compressão simples, ensaio dos 10% de finos. Outras podem ser correlacionadas com cargas dinâmicas, como, Treton, e Índice de degradação após o Proctor. Outras, ainda, podem ser ligadas aos fatores ambientais, como perda de massa após fervura e expansibilidade (IPR, 1998). Em virtude do agregado reciclado de telha ser um material ainda não estudado, decidiu-se submetê-lo aos diversos ensaios conhecidos no meio técnico, com o objetivo de melhor caracterizá-lo.

Aplica-se nesta tese, então, os conceitos e ensaios encontrados em IPR (1998) que consolidou as pesquisas realizadas com rochas naturais para emprego em pavimentos.

4.7.4.1 Abrasão Los Angeles

A característica relacionada como um índice de qualidade de agregados, tradicionalmente especificada e consagrada no meio rodoviário, é a resistência ao desgaste por abrasão “Los Angeles”, que faz parte das especificações nacionais e internacionais para materiais de base e sub-base de pavimentos rodoviários.

Embora seja um ensaio clássico, utilizado na escolha e seleção de agregados destinados à pavimentação, diversos países não o têm recomendado para este fim. No

Brasil, o DNER entendeu que devem ser desenvolvidos ensaios tecnológicos novos, e/ou adaptados às condições ambientais brasileiras, em virtude de sua vasta experiência na região sudeste do país com rochas gnáissicas de origem metamórficas, usadas como agregado em pavimentação apesar de apresentarem valores de desgaste Los Angeles acima dos recomendados nas especificações (IPR, 1998).

Por outro lado, na região sul do país, o basalto associado aos derrames de rocha básica, de origem ígnea, apesar de apresentar valor de desgaste Los Angeles dentro dos valores especificados pelo DNER, tem motivado várias vezes a degradação em pavimentos, em função da presença de minerais expansivos que em presença de água ou umidade se degradam em pouco tempo (IPR, 1998).

Estas e outras constatações motivaram extenso projeto de pesquisa26 contratado pelo Ministério dos Transportes (edital 1070/96-00 de 29/08/97) e executado pela ECL – Engenharia, Consultoria e Economia S.A., do Rio de Janeiro, sob a direção do Engenheiro João Menescal Fabrício, com o objetivo de estabelecer critérios de qualidade para aceitação de rochas de pedreiras para uso rodoviário, através da fixação de limites-tentativa (IPR, 1998).

O valor da resistência ao desgaste Los Angeles, é considerado um índice de qualidade relacionado à resistência que o agregado apresentará quando submetido às ações dos equipamentos de compactação e posteriormente do tráfego. Caso o agregado apresente degeneração da granulometria sob estas ações, o resultado poderá ser a ruína do pavimento, pois não atenderá mais às condições impostas para a sua aceitação (SENÇO, 1997). Por outro lado, nem sempre se pode garantir que um agregado que atenda à especificação do limite Los Angeles, não estará sujeito á alteração granulométrica, porquanto as condições do arranjo, a porosidade, e a forma dos grãos vão interferir no seu desempenho frente à ação das cargas, ou seja, pode-se inferir que, isoladamente o valor do desgaste por abrasão não garante o bom desempenho do agregado na camada do pavimento.

4.7.4.2 Tenacidade Treton e Índice de degradação após o Proctor Estes dois ensaios se correlacionam com cargas dinâmicas (IPR, 1998).

O índice de tenacidade Treton representa a resistência ao impacto oferecida pelo agregado quando submetido aos impactos padronizados pelo ensaio. É considerado um índice muito importante para utilização em lastro de ferrovia, onde as tensões aplicadas são muito altas.

O ensaio de tenacidade Treton consiste em submeter determinada quantidade de grãos do agregado a dez golpes de um peso de 15,8 kg, caindo de altura fixa de 38,4 cm (Ilustração do equipamento Treton e do ensaio no Anexo H). A resistência ao impacto Treton é a relação percentual entre a diferença do peso inicial (20 fragmentos) e final (peso retido após lavagem sobre a peneira de malha 1,68 mm) dividida pelo peso inicial, em porcentagem. Quando apresenta perdas abaixo de 20% é considerado adequado para lastro de ferrovia (QUEIRÓZ, s.d.27).

Pode-se dizer que este ensaio mede a resistência ao impacto, mas de grãos do material que resistirão isoladamente. Portanto é limitada sua correspondência com a situação de emprego do agregado em camadas de pavimentos.

O ensaio de Índice de degradação após o Proctor (IDp) foi elaborado por IPR (1998) e proposto ao DNER para se constituir em método de ensaio para avaliação de agregados de rochas naturais. Preconiza que o agregado deve obedecer a uma distribuição granulométrica padrão conforme a tabela a seguir.

As curvas de distribuição granulométrica correspondentes a esta especificação e àquela que representa a expressão de Fuller para n igual a 0,45, são ilustradas na figura seguinte. Observa-se que há uma aproximação da curva especificada com a de Fuller.

Tabela 4-5 Granulometria padrão do IDP (IPR, 1998)

Peneira (mm) 19,0 9,5 4,8 2,0 0,425 0,075 <0,075 Total

% Retida 15 20 15 15 15 15 5 100

Quantidade (g) 900 1200 900 900 900 900 300 6000

0 20 40 60 80 100 0,01 0,1 1 10 100 peneiras (mm)

% p

a

ssant

e

Padrão ensaio IDp Fuller (n = 0,45)

Figura 4.11 Distribuição granulométrica padrão do ensaio × curva obtida com a expressão de Fuller para n = 0,45

A determinação do Índice de Degradação após o Proctor (IDp) consiste na apuração da média das diferenças das porcentagens que passam da situação inicial pelas que passam no final após a compactação Proctor com 26 golpes. O valor médio de três amostras com granulometria inicial padronizada representa o IDp em porcentagem. Sobre este ensaio, pode-se perceber a preocupação em fixar uma distribuição granulométrica padrão e verificar o efeito da carga dinâmica sobre o esqueleto granular formado pelo agregado nesta granulometria. Há que se ressaltar que os efeitos da forma dos grãos não são aqui contemplados.

4.7.4.3 Resistência ao esmagamento e resistência pelo método 10% de finos Estes dois ensaios são correlacionados com cargas estáticas (IPR, 1998).

A resistência ao esmagamento consiste na determinação da diferença da massa inicial de um agregado (fração 12,5 mm/9,5 mm), obtida pelo preenchimento do cilindro de ensaio em três camadas apiloadas com 25 golpes da haste de socamento, pela massa final retida na peneira de 2,4 mm, após a aplicação da carga de 400 kN, em porcentagem da massa inicial. Representa a mudança granulométrica que ocorre após submeter o agregado à solicitação de carga estática.

O método de determinação da resistência mecânica pelos 10% de finos consiste na determinação da carga que provoca uma produção percentual de finos (aqueles que passam pela peneira de 2,4 mm) de 10%, de uma amostra composta pela fração 12,5mm/9,5mm. No procedimento de ensaio é imposta uma penetração do êmbolo de

15 mm, 20 mm, ou 24 mm, conforme a característica do agregado. Para agregados mais leves, que apresentem vesículas em seu interior, usa-se a penetração de 24 mm. Este ensaio expressa a mudança granulométrica que ocorre quando o agregado é submetido a uma ação de esmagamento e há uma tendência em utilizar este teste, ao invés do ensaio de esmagamento, para agregados fracos para os quais a força de 400 kN poderia moer muito ou todo o agregado.

4.7.4.4 Desgaste após fervura (IPR, 1998)

Consiste em avaliar a perda de massa após fervura sob pressão de 0,098 MPa, por 15 minutos, de amostra de agregado com granulometria passando na peneira de 19 mm e retida na peneira de 2,0 mm. Após a fervura a amostra é mantida na água até atingir temperatura abaixo de 27°C e é agitada sobre um agitador de peneiras. Determinam- se posteriormente as diferenças das massas retidas nas peneiras de n°10 (2,0 mm) e nº40 (0,425 mm) com relação à massa inicial e, em seguida o percentual correspondente. O ensaio simula os efeitos das condições ambientais de forma acelerada sobre a mudança granulométrica.

A aplicação deste ensaio aos materiais agregados artificiais obtidos de queima de argilas é considerado de grande importância por Moore (1969), que considera que argilominerais de-hidratados (desidroxilados) se tornam quimicamente estáveis para uso em construção de estradas. Este pesquisador afirma que a maioria dos solos tipicamente argilosos, que têm uma resistência relativamente alta quando secos, pode ser queimada para produzir agregados duros e duráveis adequados ao emprego em base flexível e concreto asfáltico. Sugere o autor que o nível de desidroxilação pode ser detectado pelo teste da fervura.

Em sua pesquisa, estudou algumas argilas queimadas em diferentes temperaturas e as comparou com agregados artificiais produzidos comercialmente (argilas expandidas), concluindo que argilas calcinadas acima de 760°C apresentaram perdas por fervura dentro da faixa de perdas dos agregados produzidos comercialmente, como indicado na Figura 4.12. Verifica-se nesta figura o valor limite de 10% de perda após fervura para os agregados produzidos comercialmente; e que os três tipos de argila calcinados se enquadraram abaixo deste limite após atingirem a temperatura de queima de 760º C.

A técnica de queimar argila para obtenção de agregados para uso rodoviário é relativamente antiga, havendo descrições de Grainger (1951) sobre essa atividade na Guiana Inglesa na década de trinta; este autor menciona que somente em temperaturas acima de 500ºC obtinha-se agregado com boa resistência, segundo Vieira (2000). Este autor revela que desde a década de 50 no Texas, se estuda o emprego de argila expandida na execução de tratamentos superficiais e de camadas anti-derrapantes. Comenta que os elevados custos de produção desse agregado têm limitado seu emprego à produção de artefatos de concreto leve, isso no Brasil.

Mas para emprego em pavimentação, o agregado artificial de argila não necessariamente precisa ser expandido, este autor produziu agregados calcinados com quatro solos argilosos típicos da região amazônica, os quais apresentaram resultados no ensaio de flexão estática (ensaio cerâmico) superiores à quele indicado como mínimo para seu emprego na fabricação de cerâmica vermelha (que é de 2,0 MPa). Os agregados produzidos com essas argilas (pelotizados) foram calcinados nas temperaturas de 800ºC até 1300ºC. Concluiu através do ensaio de perda de massa após fervura que aqueles calcinados entre 900 e 1000ºC tiveram melhor desempenho, com perda abaixo de 6%, valor que ele indica como máximo admitido. Comenta que, os queimados acima de 1000ºC mostraram-se frágeis e quebradiços.

Parece então, das experiências relatadas, que este ensaio de perda de massa após fervura tem relativa importância para avaliar agregados originados da calcinação de solos argilosos.

4.7.4.5 Valores limites sugeridos

Apresentam-se na tabela a seguir os principais ensaios e os valores indicados como limites-tentativa segundo IPR (1998), para avaliar a qualidade de agregados de rochas de pedreiras para uso nos trabalhos da pavimentação rodoviária. Nesta pesquisa dirigida procuraram utilizar métodos de ensaio que pudessem simular os efeitos da degradação na fase da construção. Após extensa pesquisa de laboratório propuseram os valores limites apresentados na Tabela 4-6.

Tabela 4-6. Valores limites para agregados28 sugeridos por IPR (1998)

Nº Método de ensaio Valores Limites -tentativa

1 (LA) Desgaste por Abrasão Los Angeles (DNER-ME-35/94) LA ≤ 65%

2 (T) Perda ao choque Treton (DNER-ME) T ≤ 60%

3 (IDp) Índice de degradação após o Proctor (DNER-ME) IDp ≤ 6

4 (10%F) Resistência mecânica: 10% de finos (DNER-ME-096/98) 10% finos ≥ 60 kN

5 (E) Resistência ao esmagamento (DNER-ME-197) E ≥ 60%

6 (D.F.) Desgaste após fervura (DNER-ME) Peneira nº 10 ≤ 5 % Peneira nº 40 ≤ 10 % A Tabela 4-7 apresenta somente alguns dos resultados relatados nesta pesquisa do IPR (1998) com a aplicação desses ensaios a diversos agregados de rochas naturais, a título de referencial de valores.

Os autores desta pesquisa publicada em IPR (1998), tentaram correlacionar os resultados dos diversos ensaios entre si, mas concluíram que os coeficientes de correlação foram baixos não permitindo nenhuma correlação consistente.

Tabela 4-7 Resultados agregados naturais-amplitude de valores, IPR (1998) Nº → 1 - (LA) (%) 2 - (T) (%) 3-(IDp) (nº) 4-(10%F) (kN) 5 - (E) (%) 6-(D.F.) (#10) Gnaisses 56 a 74 47 a 70 4,2-6,9 63-112 62 a 70 4,3-9,2 Basaltos 10 a 36,2 11 a 42,3 1,2-1,9 162-402 81 a 90 1,2-6,9 Granitos 36 a 59 41 a 50 3,9-4,6 91-169 69 a 74 1,3-28,5 Cinco rochas de natureza diferente também foram investigadas por Ribeiro et al.(2002). Alguns resultados obtidos para gnaisse e granito cinza, por exemplo, são apresentados na Tabela 4-8.

Tabela 4-8 Resultados agregados naturais (RIBEIRO et al., 2002)

Gnaisse Gnaisse Granito cinza

Los Angeles (%) (B1) 65 (B2) 51,2 (B1) 43; (B2) 55,4 (B1) 64,7; (B2) 52,5

Treton (%) 45 37 49

Esmagamento (%) 7,9 10,9 12,1

Índice de forma cúbico cúbico cúbico

A aparente discrepância entre os valores de IPR (1998) e Ribeiro et al.(2002), relacionados ao esmagamento de gnaisses e granitos, pode ser explicada pela forma de apresentação dos resultados. O primeiro autor deve ter relacionado a massa final dividida pela massa inicial; já o segundo deve ter calculado a diferença entre essas massas e dividido pela massa inicial. Desta forma, os valores de um podem ser comparados com complementar para 100% do outro.

Como se pode observar, em todos os ensaios relacionados com a obtenção de índices de qualidade dos agregados, existe a preocupação com a manutenção da granulometria inicial do material, que se mantida dentro de limites aceitáveis resulta em material adequado ao uso em camadas de pavimento rodoviário, ou seja, os esforços aplicados não degradam a distribuição granulométrica do agregado.

Estes ensaios serão aplicados ao ART na tentativa de qualificá-lo para o uso pretendido e também comparar seu desempenho frente aos outros materiais empregados em pavimentação.

No entanto, nenhum destes ensaios relatados consegue reproduzir as solicitações que ocorrem no campo, indicando então que o resultado de um determinado ensaio isolado deve ser encarado com reservas, de preferência deve ser avaliado associado a outras determinações e, além disso, o desempenho no campo deve ser levado em consideração.