UTILIZAÇÃO DO PROCESSAMENTO DIGITAL DE IMAGENS PARA CARACTERIZAÇÃO DE MATERIAL FRESADO
Victor Mosca de Carvalho Araujo1 Iuri Sidney Bessa2
Verônica Teixeira Franco Castelo Branco1 Jorge Barbosa Soares1
1Universidade Federal do Ceará
Departamento de Engenharia de Transportes, Laboratório de Mecânica dos Pavimentos 2Escola Politécnica da Universidade de São Paulo
Departamento de Engenharia de Transportes, Laboratório de Tecnologia de Pavimentação
RESUMO
É consolidado na área de engenharia de pavimentação que as propriedades de forma dos agregados estão relacionadas com os principais tipos de defeitos encontrados em pavimentos asfálticos. Entre os diversos agregados que podem ser utilizados em misturas asfálticas estão os agregados reciclados, capazes de substituir os agregados naturais, cada vez mais escassos. O presente estudo investiga a influência do processo de fresagem asfáltica nas características de forma desses materiais, através do Processamento Digital de Imagens (PDI). Os materiais utilizados foram obtidos em um trecho urbano localizado na cidade de Fortaleza, por meio de técnicas de escarificação e de fresagem, esta última operando com configurações variadas: a 23% e a 46% da velocidade máxima do equipamento (30m/min). Os materiais fresados foram ainda analisados antes e após a extração do Cimento Asfáltico de Petróleo (CAP). As análises foram realizadas utilizando o Aggregate Image Measurement
System, equipamento desenvolvido para analisar a forma, a angularidade e a textura superficial de agregados. Os
resultados encontrados foram comparados, possibilitando a verificação das mudanças nos parâmetros de forma dos agregados quando a velocidade utilizada na fresagem foi alterada. Quanto às propriedades de forma das partículas, a velocidade pouco interferiu nos parâmetros analisados, mesmo quando o material fresado foi comparado ao material escarificado. A presença do CAP interferiu mais nas características de textura superficial do material fresado, cujos valores foram menos da metade para os agregados após a extração.
ABSTRACT
It is established on pavement engineering that aggregate shape properties are related to the main asphalt pavement distresses. Among the various aggregates that can be used in asphalt mixtures, the recycled asphalt pavement (RAP) material can be mentioned as an important source to replace natural aggregates, which are becoming rare. The present study investigates the influence of asphalt milling on shape characteristics of the RAP materials by using digital image processing (DIP) techniques. The materials investigated were obtained by milling a pavement urban section located in Fortaleza-CE, by using scarification techniques, and also changing the configuration of the milling machine: at 23% and at 46% of the equipment’s maximum speed (30m/min). The milled materials were also analyzed before and after the asphalt cement (AC) extraction. The analyses were performed by using the Aggregate Imaging Measurement System (AIMS). This equipment was developed to analyze form, angularity and surface texture properties of aggregates through image techniques. The results were then compared in order to verify the changes on the aggregates’ shape parameters and the influence of the milling speed on the production of these materials. In relation to the particles’ shape properties, the milling speed did not have a great influence on the parameters analyzed, even when compared to the scarified material. The presence of AC had a greater effect most on the RAP properties of surface texture, resulting on values that were less than the half for the aggregates after the extraction.
1. INTRODUÇÃO
O crescimento populacional e industrial nos centros urbanos gera a necessidade de investimentos em infraestrutura. Entre os elementos de infraestrutura, a construção e a manutenção de vias pavimentadas são pontos essenciais, uma vez que possibilitam o transporte de cargas e de pessoas, fator essencial para o desenvolvimento socioeconômico. Apesar disso, a engenharia de pavimentação utiliza técnicas que provocam danos ao meio ambiente, dentre os quais é possível citar os desmatamentos nas áreas de construção, exploração de jazidas e de pedreiras, além da extração e do refino do petróleo. Durante o uso das vias construídas, o processo de degradação é inevitável, acarretando a necessidade de
manutenção do pavimento com o intuito de garantir a segurança dos usuários da via. Umas das ações adotadas para garantir a funcionalidade do pavimento é o recapeamento, que pode, no entanto, ocasionar o aumento do greide das faixas de rolamento, gerando desníveis em relação aos outros elementos do pavimento como a faixa de acostamento e o sistema de drenagem. O recapeamento pode assim não ser a melhor solução para pavimentos em processo de desgaste avançado. Para esses casos, a fresagem asfáltica pode ser utilizada. Trata-se da técnica que retira a camada de rolamento do pavimento asfáltico, ou parte dela, através do uso de fresadora asfáltica, de maneira a garantir a integridade estrutural das outras camadas do pavimento. Este processo gera um resíduo designado comumente de fresado.
A utilização de resíduos, provenientes de diversos tipos de indústrias e que originalmente não possuem uma destinação adequada, na pavimentação asfáltica já vem sendo estudada há algum tempo: Castelo Branco (2004) utilizou escória de aciaria, Oliveira et al. (2009) estudaram a aplicação de Resíduo de Construção e Demolição (RCD), Saraiva et al. (2011) verificaram o uso de Solo Contaminado por Derivados de Petróleo (SCDP). Muitos estudos têm analisado a incorporação do fresado em misturas asfálticas. Vasconcelos e Soares (2003) estudaram o uso de 50% de material fresado em misturas do tipo Concreto Asfáltico (CA) e obtiveram valores de Resistência à Tração (RT) e Módulo de Resiliência (MR) mais de 30% superiores para essas misturas, em comparação às misturas que continham apenas agregados convencionais. Rocha Segundo et al. (2012) estudaram a utilização de 15% de fresado em misturas asfálticas do tipo CA e obtiveram resultados de RT, de MR e de Estabilidade Marshall em média 39%, 32% e 23% mais elevados, respectivamente, quando comparados aos resultados obtidos para o CA produzido sem adição de material fresado.
Uma das preocupações ao se inserir resíduos em uma mistura asfáltica é garantir que o desempenho mecânico da mesma seja o mais próximo possível de uma mistura sem resíduo. Para isso, é importante que o resíduo apresente características adequadas de forma, já que as propriedades de forma dos agregados afetam diretamente o desempenho da mistura asfáltica em relação aos principais tipos de defeitos que ocorrem nos pavimentos (Bessa, 2012). As propriedades físicas dos agregados naturais, como resistência, abrasão e dureza são determinadas pelas características da rocha que os originou. No entanto, o processo de produção desses materiais pode afetar significativamente a característica dos agregados pela eliminação das camadas mais fracas da rocha, pelo efeito da britagem na forma das partículas e na granulometria dos agregados (Marques, 2001). O material fresado também tem suas características de forma relacionadas aos processos de produção, sendo as características da fresadora asfáltica, como o espaçamento entre os dentes de corte, a velocidade de passagem da fresadora sobre o pavimento e a profundidade de corte, fatores importantes que podem influenciar as propriedades do material final gerado.
Os ensaios tradicionais utilizados para a obtenção das propriedades de forma de agregados podem ser trabalhosos, subjetivos e limitados quando se relacionam com parâmetros de desempenho de pavimentos. Com isso, avanços vêm ocorrendo através do uso de técnicas de Processamento Digital de Imagens (PDI) para a obtenção dessas propriedades. Existem métodos simples, através do uso de scanners e softwares computacionais, e técnicas mais sofisticadas, como o uso do Aggregate Imaging Measurement System (AIMS) (Bessa, 2012).
Neste trabalho, foram avaliados os parâmetros de forma de cinco materiais distintos: um material escarificado após a extração do Cimento Asfáltico de Petróleo (CAP) (Material
Original), além de dois tipos de materiais fresados. Ambos os tipos de fresado foram estudados antes e após a extração do CAP, diferindo por terem sido coletados ao se utilizar velocidades distintas da fresadora durante sua obtenção. A primeira delas foi realizada com 23% da velocidade máxima do equipamento (Fresado I), e a segunda com 46% dessa velocidade (Fresado II). Os materiais foram retirados da Avenida Raul Barbosa, localizada na Região Metropolitana de Fortaleza (RMF), no estado do Ceará.
2. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA 2.1. Reciclagem de misturas asfálticas
Pavimentos que estejam em condições avançadas de deterioração precisam ser recuperados. Um dos processos que possibilitam essa recuperação é a reciclagem de misturas asfálticas. Esta reciclagem é feita com a retirada de parte do pavimento, e o material fresado pode ser aproveitado juntamente com materiais virgens, obtendo-se uma nova mistura com características que atendam as necessidades funcionais e estruturais do pavimento.
A reciclagem na área de pavimentação iniciou devido às dificuldades em explorar e armazenar novos materiais, além da necessidade de reduzir custos. Inicialmente, esta era realizada através da escarificação do pavimento, porém o material obtido geralmente era heterogêneo e apresentava dimensões que impossibilitavam a sua utilização em novos revestimentos. Com a necessidade de se utilizar técnicas que possibilitassem a reutilização desse material, surgiram as fresadoras asfálticas, equipamentos que possibilitam o corte do pavimento em espessuras pré-estabelecidas. A fresadora é dotada de um cilindro contendo dentes de corte, que podem ser fixos ou móveis e que, ao rotacionar sobre o pavimento, retiram a camada deteriorada. O material fresado, geralmente, é depositado em caçambas através de uma esteira. Esse processo gera a quebra dos agregados utilizados nas camadas do pavimento, deixando comumente a granulometria do material mais fina quando comparada à granulometria original do mesmo. Além da diferença entre as curvas granulométricas, o agregado do pavimento pode sofrer mudanças em relação a outras características, como forma, angularidade e textura, sendo as intempéries e a velocidade da fresadora alguns dos principais fatores que causam essas mudanças.
2.2. Propriedades de forma de agregados
As propriedades de forma de agregados podem ser relacionadas com os principais defeitos encontrados em pavimentos. Alguns pesquisadores têm analisado os impactos dessas propriedades nas características mecânicas de misturas asfálticas. Basicamente, existem três características independentes de forma que podem ser analisadas para agregados de misturas asfálticas: forma propriamente dita, angularidade e textura superficial. De acordo com Al Rousan (2004), a forma é a proporção entre as dimensões, a angularidade representa as quinas, enquanto que a textura superficial descreve as irregularidades da superfície de uma partícula. Essas características podem interferir diretamente nas propriedades mecânicas dos materiais utilizados nas camadas de um pavimento.
A forma do agregado pode ser quantificada pela lamelaridade, que envolve as razões entre as dimensões de suas partículas. Agregados achatados ou alongados em misturas asfálticas estão mais sujeitos a quebras durante o processo de compactação, podendo alterar a composição granulométrica da mistura asfáltica. Além disso, agregados planos tendem a repousar no pavimento reduzindo o intertravamento e a resistência a derrapagem. Outra propriedade relacionada à forma é a esfericidade, que quantifica o grau de arredondamento das partículas
de agregados. No geral, espera-se que as partículas de agregados que compõem misturas asfálticas possuam a forma mais cúbica possível. A angularidade está relacionada com o grau de arredondamento das quinas de um agregado. Agregados com cantos arredondados apresentam baixos valores de angularidade, enquanto que altos valores para este parâmetro representam agregados com cantos mais agudos. Por fim, a textura superficial está relacionada às irregularidades na superfície de uma partícula de agregado, em escala tão pequena, que esta é incapaz de afetar significativamente a forma do agregado (Al Rousan, 2004). O agregado mais rugoso propicia um maior atrito entre suas partículas, tornando a estrutura da mistura asfáltica mais resistente à compactação.
2.3. Processamento Digital de Imagens (PDI)
Na área de pavimentação, o PDI vem sendo utilizado também como uma nova opção para a obtenção de propriedades de forma, substituindo a análise tradicional dos agregados em laboratório, que utiliza equipamentos simples, porém demanda bastante tempo devido ao fato de que alguns ensaios precisam de medição quantitativa manual para cada partícula de uma amostra considerada representativa. Além disso, os ensaios realizados em laboratório determinam índices globais baseados em médias, não levando em conta a distribuição cumulativa de propriedades (Masad, 2004).
As técnicas mais modernas de PDI utilizam câmeras ou scanners para capturar as imagens, e computadores, onde são instalados software que realizam o tratamento dos dados em bases estatísticas. A literatura que trata de PDI vem crescendo e ganhando mais atenção nos últimos anos. Rezaei et al. (2011) utilizaram o AIMS para avaliar a textura da superfície de misturas asfálticas em laboratório e compararam esses resultados com aqueles obtidos através do uso de métodos de campo, obtendo correlações entre as duas metodologias, com regressões que geraram valores de coeficiente de determinação variando de 0,71 a 0,93, a depender do tamanho do agregado analisado. Wnek et al. (2012) avaliaram propriedades de forma, de angularidade e de textura de agregados para uso em lastros de ferrovias utilizando técnicas de PDI através do uso de um equipamento chamado University of Illinois Aggregate Image Analyzer (UIAIA). Neste estudo, os citados autores concluíram que lastros compostos por agregados mais angulares geram maiores resistências e que agregados mais longos e planos tendem a quebrar mais facilmente quando utilizados nesse tipo de estrutura. Bessa (2012) investigou, através do uso do AIMS, agregados provenientes de diferentes fontes mineralógicas em relação a suas características de forma, de angularidade e de textura e concluiu que estes possuíam propriedades semelhantes, provavelmente devido a similaridade entre os processos de britagem. Anochie-Boateng et al. (2013) utilizaram uma técnica de PDI através do uso de um scanner de varredura 3D a laser pra avaliar a forma de agregados de diferentes fontes na África do Sul. Os resultados foram comparados com aqueles obtidos através do uso de métodos manuais. Esses autores relataram que esse método pode fornecer resultados mais confiáveis em relação aos tradicionais métodos manuais, por este não ter influência da subjetividade relacionada ao fator humano presente nos métodos convencionais.
3. MATERIAIS E MÉTODOS 3.1. Granulometria dos materiais
Nesta pesquisa, foram estudados cinco agregados distintos. O primeiro deles é um material escarificado. Dois deles correspondem ao material fresado obtido ao se utilizar 23% da velocidade máxima da fresadora, antes e após a extração do ligante asfáltico (Fresado I – antes e após). Os dois últimos correspondem ao material fresado obtido quando a fresadora
trabalhava a 46% de sua velocidade máxima, antes e após a extração do ligante asfáltico (Fresado II – antes e após). Os Fresados I e II foram obtidos através da técnica de fresagem asfáltica. O Escarificado foi obtido através da técnica de escarificação, preservando a granulometria original do material utilizado na camada de rolamento do pavimento.
Para a obtenção do material escarificado, foi utilizada marreta e picareta, e para a obtenção do material fresado, uma fresadora do tipo W130F, que possui potência de 227kW, velocidade máxima de 30m/min e capacidade de fresagem de até 32cm de profundidade. Para este estudo, foi fresada uma espessura de 5cm do pavimento. Todas as análises das propriedades de forma (forma, angularidade e textura) dos materiais foram feitas utilizando o AIMS. A Figura 1 apresenta as amostras analisadas neste trabalho.
(a) Escarificado antes (b) Fresado I antes (c) Fresado II antes
(d) Escarificado após (e) Fresado I após (f) Fresado II após
Figura 1: Materiais utilizados na pesquisa: (a) Material Escarificado
antes da extração; (b) Fresado I antes da extração; (c) Fresado II antes da extração; (d) Material Escarificado após a extração; (e) Fresado I
após a extração; e (f) Fresado II após a extração
Foram realizados ensaios de granulometria em todos os agregados estudados. As granulometrias dos Fresados I e II foram realizadas antes e após a extração do CAP, enquanto que, para o material escarificado, a granulometria só pôde ser feita após a extração do CAP. Essa extração foi realizada por meio da utilização do equipamento Rotarex (DNER-ME 053-94). A Figura 2 apresenta as curvas granulométricas dos diversos materiais utilizados.
Nota-se que a fresagem provocou um deslocamento das curvas granulométricas em relação à curva do material que foi apenas escarificado. Como era de se esperar, as curvas granulométricas dos Fresados I e II antes da extração do CAP estão situadas abaixo (aparentemente mais graúdas) da curva do material escarificado e dos Fresados I e II após a extração do CAP. Isso ocorre devido à presença dos grumos formados por partículas aderidas umas nas outras pelo CAP. A curva do Fresado II, antes da extração de CAP, está acima da curva do material escarificado até a peneira #4 (4,75mm), diferente da curva do Fresado I. Isso pode ter ocorrido devido à maior quantidade de agregados graúdos quebrados por causa do aumento da velocidade da fresadora. Já as curvas granulométricas dos Fresados I e II após a extração do CAP estão posicionadas acima da curva do material escarificado devido, provavelmente, a ocorrência de quebra de parte dos agregados durante a passagem da fresadora. Outro ponto que deve ser ressaltado é que o aumento da velocidade da fresadora provocou um aumento na quantidade de materiais miúdos se os materiais antes e após a
extração de CAP, para ambos os Fresados, forem comparados. O Fresado II apresentou um aumento de aproximadamente 10% na quantidade de partículas passantes na peneira #4 (4,75mm) quando comparado ao Fresado I. Isso indica que o aumento da velocidade da fresadora aumenta também a quantidade de agregados quebrados.
Figura 2: Granulometria dos materiais
Bonfim (1999) obteve curvas granulométricas de material escarificado e de materiais fresados antes e após a extração do CAP, com variação na velocidade da fresagem. Seus resultados mostraram que o material escarificado possuía granulometria intermediária, ou seja, entre as granulometrias do fresado antes e após a extração de CAP. Esse fato também foi observado no presente estudo. No caso da diferença entre as velocidades de fresagem, quando se dobrava seu valor de 3 para 6m/min, era possível perceber que o fresado obtido com a maior velocidade da fresadora apresentava, no geral, uma granulometria mais fina, o que se assemelha ao que foi constatado no presente trabalho.
3.2. Metodologia de uso do AIMS
O AIMS (Figura 3) foi usado para avaliar propriedades de forma, de angularidade e de textura de agregados através da obtenção e análise de imagens, com diferentes resoluções. A partir dessas imagens, o software do equipamento faz a coleta de dados das propriedades dos agregados avaliados e fornece uma distribuição cumulativa destes valores.
(a) (b)
Figura 3: AIMS: (a) visão geral e (b) visão interna
Para agregados retidos na peneira #4 (4,75mm) (agregados graúdos), o AIMS realiza análises de forma tridimensional (esfericidade), angularidade, textura superficial e gera as relações
0 20 40 60 80 100 0,01 0,1 1 10 100 P a ss a nte ( %)
Abertura das Peneiras (mm)
Material escarificado Fresado I (antes) Fresado I (após) Fresado II (antes) Fresado II (após)
entre o achatamento e o alongamento (lamelaridade). Para esses agregados (graúdos), a análise deve ser realizada para um mínimo de 50 partículas de modo que a amostra seja considerada representativa. Para agregados passantes na peneira #4 (4,75mm) e retidos na peneira #200 (0,074mm) (miúdos), o AIMS analisa a forma bidimensional e a angularidade dos mesmos. De acordo com o manual do equipamento, é necessário avaliar 150 partículas de agregados miúdos para que seja possível obter um resultado que represente adequadamente as propriedades do material analisado. Após a realização das análises das imagens no AIMS, o software gera planilhas com todos os resultados e gráficos para os parâmetros investigados. A partir dos dados fornecidos pelo AIMS, é possível classificar os valores obtidos para as propriedades de forma. Al Rousan (2004) investigou vários agregados oriundos de diferentes fontes mineralógicas em relação a suas características de forma, variando também o tamanho desses materiais, com o objetivo de desenvolver uma metodologia de classificação dos agregados de acordo com os valores dos parâmetros fornecidos pelo AIMS. O parâmetro de forma 2D, que varia entre 0 e 20, quantifica a forma dos agregados miúdos. Partículas com valores próximos de 0 são circulares. Para os agregados graúdos, o parâmetro de esfericidade varia de 0 a 1 e avalia a tridimensionalidade de suas partículas, que possuem valores próximos de 1 quando possuem forma mais próxima de um cubo. Em termos de angularidade, aplicada tanto para graúdos como para miúdos, os valores vão de 0 a 10.000. Quanto maior o valor dessa propriedade, mais angular será uma partícula de agregado. Por fim, a textura superficial é calculada para agregados graúdos e varia de 0 a 1.000. Um agregado totalmente polido apresenta, para esse parâmetro, valor igual a 0.
É importante deixar claro que, em relação à lamelaridade, a metodologia Superpave exige que no máximo 10% das partículas de um agregado possuam razão de lamelaridade de até 5:1, ou seja, que a sua maior dimensão (comprimento) seja no máximo cinco vezes maior do que a sua menor dimensão (espessura) (SHRP, 1994). Existem alguns autores que afirmam que a razão a ser considerada deve ser de 3:1, para garantir melhores propriedades.
4. DISCUSSÃO DOS RESULTADOS
4.1. Análise das propriedades de forma do fresado no AIMS
A Tabela 1 apresenta um resumo dos resultados obtidos com o AIMS, através dos parâmetros estatísticos de média, desvio padrão e Coeficiente de Variação (CV). Esses parâmetros estatísticos estão relacionados ao total de agregados analisados e não considera a distribuição destes peneira a peneira. É apresentada, ainda, a classificação dos agregados em relação a cada uma das propriedades, levando em conta as médias dos resultados de cada material. Alguns valores encontrados para o CV foram elevados (acima de 30%), indicando que a média pode não representar bem as propriedades de um agregado quando se leva em consideração todos os seus tamanhos.
Para os parâmetros relacionados à forma (forma 2D e esfericidade), todos os agregados analisados apresentaram propriedades similares, sendo classificados como tendo baixa esfericidade. Apenas o Fresado I foi classificado como semialongado com relação à esfericidade, porém com um resultado médio, em geral menos de 10% acima dos valores obtidos para os demais agregados. Em termos de angularidade, os agregados provenientes do material escarificado e os dois materiais fresados, analisados após a extração de CAP, foram classificados como subarredondados, enquanto que os agregados provenientes de ambos os materiais fresados, antes da extração do CAP, foram classificados como subangulares. No
caso do parâmetro de textura superficial, os agregados também foram classificados de forma distinta quando se compara os materiais fresados antes e após a extração do CAP. Os dois fresados analisados tiveram uma diminuição significativa (mais de 50%) no valor dessa propriedade após a extração do CAP, sendo classificados como pouco rugosos, enquanto que antes da extração esses mesmos agregados tinham sido classificados com alta rugosidade.
Tabela 1: Resultados das propriedades de forma
Propriedades Agregado Parâmetros Estatísticos Classificação Média Desvio Padrão CV(%)¹ Forma 2D (miúdo) Escarificado 7,46 2,07 27,75 Semicircular Fresado I (antes) 8,08 2,03 25,12 Semialongado Fresado I (após) 7,70 2,06 26,75 Semicircular Fresado II (antes) 7,90 1,88 23,80
Semicircular Fresado II (após) 7,58 2,00 26,39
Esfericidade (graúdo)
Escarificado 0,63 0,10 16,43 Baixa esfericidade Fresado I (antes) 0,64 0,08 12,50 Baixa esfericidade Fresado I (após) 0,66 0,09 13,14 Fresado II (antes) 0,67 0,09 13,08 Baixa esfericidade Fresado II (após) 0,69 0,09 12,34 Angularidade (graúdo e miúdo) Escarificado 3.162 1.110 35,10 Subarredondado Fresado I (antes) 4.037 1.365 33,81 Subangular Fresado I (após) 3.489 1.223 35,05 Subarredondado Fresado II (antes) 4.027 1.472 36,55 Subangular
Fresado II (após) 3.544 1.237 34,90 Subarredondado
Textura superficial (graúdo)
Escarificado 346 104 30,05 Baixa rugosidade Fresado I (antes) 724 184 25,41 Alta rugosidade Fresado I (após) 302 157 51,99 Baixa rugosidade Fresado II (antes) 725 219 30,21 Alta rugosidade
Fresado II (após) 272 117 43,01 Baixa rugosidade 1CV = desvio padrão dividido pela média.
4.1.1. Análise quanto à presença do CAP
É possível notar a influência da presença do CAP na determinação das propriedades de forma dos agregados quando os materiais fresados são comparados antes e após a extração do CAP. Para a forma 2D, nota-se que as partículas miúdas oriundas dos materiais fresados antes da extração do CAP geraram valores superiores quando comparados aqueles obtidos para as partículas dos materiais fresados após a extração do CAP, sendo estes últimos mais esféricos. Essa tendência também pôde ser observada para a forma das partículas dos agregados graúdos, uma vez que aquelas oriundas dos materiais fresados após a extração de CAP tiveram maiores valores de esfericidade, apesar de que a diferença em comparação aos valores encontrados para os materiais fresados analisados antes da extração do CAP não tenha sido tão significativa (cerca de 3%). Quanto à angularidade, pôde-se observar que a presença do CAP nos agregados provocou diferenças nos resultados obtidos para esta propriedade. Os materiais fresados analisados antes da extração do CAP possuem como resultado para essa
propriedade valores aproximadamente 14% superiores aos valores obtidos para os materiais fresados após a extração do CAP. Com relação à textura superficial, a diferença encontrada para os agregados com a presença e sem a presença do CAP foi elevada (superior ao dobro para os materiais antes da extração). O maior valor de textura superficial encontrado para os materiais fresados antes da extração do CAP é explicado, possivelmente, pelas várias partículas de agregados miúdos que estariam aderidas às partículas graúdas, o que pode ter contribuído para que os agregados se apresentassem mais rugosos
4.1.2. Análise das propriedades de forma quanto ao processo de fresagem asfáltica
Comparando os materiais escarificados com os materiais fresados, pôde-se observar que o processo de fresagem asfáltica pode modificar as propriedades de forma dos agregados. Quanto a forma 2D e a esfericidade, a fresagem asfáltica pouco modificou as características dos agregados, uma vez que os valores para essas propriedades variaram em no máximo 10%. No entanto, tornou as partículas miúdas mais alongadas, principalmente quando a fresadora operou com a velocidade mais baixa. Em relação às partículas graúdas, essas ficaram mais esféricas com a utilização da fresagem. A quebra dos agregados durante o processo de fresagem gerou materiais com quinas mais pontiagudas (agregados mais angulares), sendo que a velocidade da fresagem pouco interferiu nesse processo, variando o valor de angularidade em aproximadamente 1%. Em relação à textura superficial, houve uma diminuição nos valores encontrados para esse parâmetro a partir da realização do processo de fresagem. Além disso, o aumento da velocidade de fresagem provocou uma redução de cerca de 10% da textura dos agregados após da extração de CAP.
Em termos de lamelaridade, os materiais foram caracterizados no que diz respeito à razão entre sua maior dimensão (comprimento) e sua menor dimensão (espessura). Além disso, foi obtida, através do AIMS, a quantidade de partículas que seriam indesejadas para o uso em misturas asfálticas, de acordo com o Superpave, ou seja, com razão de lamelaridade acima de 5:1, além da análise lamelaridade para a razão de 3:1. Os resultados citados encontram-se na Tabela 2.
Percebe-se que não há diferenças significativas em relação ao parâmetro de lamelaridade, uma vez que os valores obtidos para a razão entre a maior a menor dimensão das partículas analisadas tiveram uma diferença de no máximo 20%. Apesar disso, é possível perceber que uma maior velocidade da fresadora (46%) gerou agregados menos lamelares (cerca de 10%) em relação àqueles obtidos através do uso de fresadoras operando com menor velocidade (23%). Uma tendência que pôde ser observada para ambos os Fresados I e II é que, após a extração do CAP, os agregados resultantes tiveram lamelaridade cerca de 10% menor, ou seja, se apresentaram de forma menos achatada e alongada se comparados às partículas originais.
Em relação à porcentagem de agregados lamelares presentes nas amostras, nota-se que todos os materiais em estudo passariam pelo critério do Superpave em relação à razão de 5:1 (10%). O Fresado II foi o único que não apresentou partículas com essa razão (5:1) indesejável para o uso em misturas asfálticas. Quando se comparam os resultados para a razão de 3:1, observa-se que a mesma tendência foi seguida, ou seja, o material obtido com a menor velocidade de fresagem foi aquele que apresentou a maior quantidade de partículas lamelares. O valor de lamelaridade obtido para o material escarificado foi próximo aos valores obtidos para os demais materiais.
Tabela 2: Resultados de lamelaridade
Agregado Razão entre comprimento e
espessura Quantidade acima de 5:1 (%) Quantidade acima de 3:1 (%) Escarificado 2,80 3,0 31,0 Fresado I (antes) 2,90 1,0 43,0 Fresado I (após) 2,55 2,0 26,5 Fresado II (antes) 2,56 0,0 26,0 Fresado II (após) 2,32 0,0 14,3
4.2. Distribuições de propriedades de forma obtidas pelo AIMS
O AIMS é capaz de fornecer, além das médias de valores, gráficos com a distribuição cumulativa de cada uma das propriedades analisadas, com curvas independentes para cada fração retida nas diversas peneiras. Neste trabalho, devido ao grande número total de gráficos gerados, optou-se por selecionar apenas uma peneira (#8 ou 2,36mm para a forma 2D e #4 ou 4,75mm para as demais propriedades) para que as comparações entre os diversos materiais estudados pudessem ser feitas. A Figura 4 apresenta os exemplos de gráficos.
(a) (b)
(c) (d)
Figura 4: Distribuições das propriedades obtidas pelo AIMS: (a) forma 2D, (b)
esfericidade, (c) angularidade e (d) textura superficial 0 20 40 60 80 100 0 5 10 15 20 P o rc ent a g em a cum ula da Forma 2D Escarificado Fresado I (antes) Fresado I (após) Fresado II (antes) Fresado II (após) 0 20 40 60 80 100 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 P o rc ent a g em a cum ula da Esfericidade Escarificado Fresado I (antes) Fresado I (após) Fresado II (antes) Fresado II (após) 0 20 40 60 80 100 0 2.500 5.000 7.500 10.000 P o rc ent a g em a cum ula da Angularidade Escarificado Fresado I (antes) Fresado I (após) Fresado II (antes) Fresado II (após) 0 20 40 60 80 100 0 250 500 750 1000 P o rc ent a g em a cum ula da Textura superficial Escarificado Fresado I (antes) Fresado I (após) Fresado II (antes) Fresado II (após)
As curvas mostram que para as propriedades de forma 2D e de esfericidade, a distribuição cumulativa de valores foi próxima para todos os agregados analisados. Para a angularidade, observa-se que os materiais fresados antes da extração do CAP teriam entre 40 e 60% de suas partículas sendo classificadas como subangular ou angular (acima de 4.000), enquanto que para os materiais fresados após a extração do CAP e para o material escarificado menos de 20% das partículas seriam classificadas dessa mesma forma. Em relação à textura superficial, existe uma diferença entre a distribuição dessa propriedade para os Fresados I e II antes da extração do CAP. Aproximadamente 80% das partículas desses materiais seriam classificadas como muito rugosas (460). Para ambos os Fresados I e II após a extração do CAP e para o material escarificado, menos de 20% das partículas teriam esse valor de rugosidade elevado. Na comparação entre o impacto das diferentes velocidades de operação da fresadora para a obtenção dos materiais nas propriedades dos mesmos, não foi possível observar diferenças significativas a partir da obtenção das curvas de distribuição de propriedades.
5. CONSIDERAÇÕES FINAIS
Neste trabalho, foram avaliados agregados fresados coletados em uma avenida da cidade de Fortaleza, no estado do Ceará. Um deles foi obtido após a extração do CAP de uma placa retirada da pista por meio de escarificação, outro através de fresagem asfáltica realizada com uma velocidade de 23% da velocidade máxima da fresadora asfáltica e o último com a mesma fresadora, porém com uma velocidade de 46% da velocidade máxima. Esses dois últimos materiais foram analisados ainda em relação às suas propriedades de forma antes e depois da extração de ligante. Quanto à granulometria dos agregados, observou-se que a fresagem causa a quebra dos agregados, tornando o material mais fino quando comparado ao material que foi apenas escarificado. Quando a velocidade da fresadora aumenta, essa quebra é ainda maior, tornando o fresado ainda mais fino. Esse fator interfere diretamente nos custos de novas misturas asfálticas que reutilizam o material fresado, pois se este for mais fino precisará de mais agregados graúdos, como brita ¾” e ½”, em sua composição, para se enquadrar às faixas para CA estabelecidas pelo DNIT. Os agregados graúdos têm custos mais elevados se comparados aos materiais mais finos.
Através da análise realizada através do uso do AIMS, foi possível avaliar a interferência da velocidade da fresadora asfáltica nas propriedades de forma dos agregados. Essa velocidade implicou em algumas modificações nas propriedades desses materiais. Em relação aos parâmetros de forma, esfericidade e forma 2D, as mudanças ocorreram em pequena escala, sendo que, para a velocidade mais baixa da fresadora, o agregado miúdo ficou mais circular se comparado ao material fresado obtido através do uso de uma velocidade mais alta da fresadora. Para o agregado graúdo, o material fresado obtido a partir da velocidade mais alta apresentou uma maior esfericidade. O aumento encontrado para o parâmetro de angularidade referente aos materiais fresados foi provavelmente devido às quebras que ocorreram durante esses processos. Esse parâmetro foi pouco influenciado pelo processo de fresagem, uma vez que os valores obtidos foram quase os mesmos independente da velocidade utilizada. Em relação à textura superficial, a fresagem provocou um maior polimento nos agregados avaliados, e o aumento da velocidade diminuiu ainda mais a rugosidade dos mesmos. Quanto à lamelaridade, as mudanças podem ser consideradas pequenas (no máximo 20%), mas os resultados mostraram que a fresagem realizada com a velocidade mais baixa gerou agregados mais lamelares.
Para trabalhos futuros, sugere-se estudar materiais fresados provenientes de outras pistas e materiais fresados de pistas que utilizaram em seus projetos originais agregados de diferentes fontes. Isso se torna importante para verificar a influência das características dos agregados originais nas propriedades do novo material (fresado).
Agradecimentos
Os autores agradecem ao CNPq pelas bolsas concedidas ao primeiro e aos dois últimos autores, à CAPES pela bolsa concedida ao segundo autor e à empresa Insttale Engenharia pelo fornecimento do material utilizado.
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Victor Mosca de Carvalho Araujo¹ (mosca_victor@hotmail.com) Iuri Sidney Bessa² (iuribessa@usp.br)
Verônica Teixeira Franco Castelo Branco¹ (veronica@det.ufc.br) Jorge Barbosa Soares¹ (jsoares@det.ufc.br)
¹Laboratório de Mecânica dos Pavimentos, Departamento de Engenharia de Transportes, UFC Campus do Pici S/N – Bloco 703 – CEP: 60440-554 – Fortaleza, CE, Brasil.
²Laboratório de Tecnologia de Pavimentação, Departamento de Engenharia de Transportes, USP Av. Almeida Prado, Travessa 2 – N° 83 – CEP: 05508-070 – São Paulo, SP, Brasil.
