ADRIÉLI RAQUEL DA SILVA RÄDER
ESTUDO DA ADIÇÃO DE RESÍDUOS DE GARRAFAS PET
PÓS-CONSUMO EM MISTURAS ASFÁLTICAS À QUENTE
Ijuí 2018
ESTUDO DA ADIÇÃO DE RESÍDUOS DE GARRAFAS PET
PÓS-CONSUMO EM MISTURAS ASFÁLTICAS À QUENTE
Trabalho de Conclusão de Curso de Engenharia Civil apresentado como requisito parcial para obtenção do título de Engenheira Civil.
Orientador(a): Prof. Me. José Antônio Santana Echeverria
Ijuí /RS 2018
ESTUDO DA ADIÇÃO DE RESÍDUOS DE GARRAFAS PET
PÓS-CONSUMO EM MISTURAS ASFÁLTICAS À QUENTE
Este Trabalho de Conclusão de Curso foi julgado adequado para a obtenção do título de ENGENHEIRO CIVIL e aprovado em sua forma final pelo professor orientador e pelo membro da banca examinadora.
Ijuí, 12 de julho de 2018
Prof. José Antônio Santana Echeverria Mestre pela Universidade Federal do Rio Grande do Sul - Orientador Prof. Lia Geovana Sala Coordenadora do Curso de Engenharia Civil/UNIJUÍ BANCA EXAMINADORA
Prof. Carlos Alberto Simões Pires Wayhs (UNIJUÍ) Mestre pela Universidade Federal do Rio Grande do Sul
Aos meus pais, Lenir e Ana, meu eterno amor e gratidão.
proporcionando todo o suporte necessário sem medir esforços para que esta conquista fosse alcançada. Obrigada por todo apoio e confiança, amo vocês.
Ao meu namorado, pela paciência, compreensão e apoio durante toda essa caminhada. Obrigada por compartilhar comigo todos os momentos, onde muitos deles não foram os melhores. Amo você.
Ao meu orientador, José Echeverria, pelo auxílio, disponibilidade e também paciência. Obrigada por todos os conhecimentos passados, por instigar-me a buscar mais e acreditar em minha capacidade.
Aos colegas do grupo de pesquisa de pavimentação do grupo PET, por toda a colaboração, disponibilidade e também descontração durante este semestre. Diego, Gabriela e Alifer vocês foram fundamentais. E também aos colegas já formados, especialmente a Bruna Diniz, pelo auxílio no início dos ensaios. Além da colaboração do estagiário Stéfano e do colega Diego Consatti na execução das moldagens, obrigada.
Ao laboratório de Engenharia Civil da Unijuí (LEC), em especial ao Luiz Donato, por todo o suporte durante a realização dos ensaios, e também ao laboratório da UFSM.
À empresa Masterflake da cidade de Guaíba-RS pela doação do resíduo utilizado nesta pesquisa.
Por fim, agradeço a todos meus amigos, familiares e professores que estiveram envolvidos direta ou indiretamente na realização deste trabalho e durante toda minha caminhada acadêmica.
O sucesso é ir de fracasso em fracasso sem perder entusiasmo. Winston Churchill
RÄDER, A. R. S. Estudo da adição de resíduos de garrafas pet pós-consumo em misturas asfálticas à quente. 2018. Trabalho de Conclusão de Curso. Curso de Engenharia Civil, Universidade Regional do Noroeste do Estado do Rio Grande do Sul – UNIJUÍ, Ijuí, 2018. A busca por melhorias tecnológicas e alternativas mais econômicas para a pavimentação asfálticas tem fomentado a realização de pesquisas no que tange a utilização de resíduos nas camadas de revestimentos dos pavimentos. O presente estudo baseia-se na análise laboratorial das propriedades de misturas asfálticas modificadas com determinados teores de resíduos provenientes da moagem de garrafas PET pós-consumo, em substituição de uma fração do agregado miúdo. Foram utilizados dois materiais diferentes, o pó e o flake de PET, onde o primeiro passou por um processo de peneiramento, sendo empregado o material passante na peneira 2mm e retido na 0,42mm, já o flake foi utilizado de acordo com sua forma comercial. As cinco diferentes misturas asfálticas desenvolvidas neste trabalho foram enquadradas na faixa C do DNIT, sendo denominadas como mistura referência, mistura com 0,7% de pó de PET, mistura com 0,7% de flake de PET, mistura com 1,5% de pó de PET e mistura com 1,5% de flake de PET. Todas as misturas constituíram-se basicamente de agregados graúdos, agregados miúdos, cal dolomítica e ligante asfáltico (CAP 50/70), distinguindo-se apenas pelo teor e tipo de PET. Todos os materiais foram submetidos a realização da análise granulométrica e densidades. O método de dosagem seguiu a metodologia Marshall, onde resultaram em teores de ligante diferentes para cada quantidade de resíduo, sendo 5,4% para a mistura referência, 5,2% para as misturas com 0,7% de PET e 5,7% para as misturas com 1,5% de PET. As misturas foram submetidas aos ensaios de estabilidade, fluência e relação estabilidade/fluência Marshall, resistência a tração por compressão diametral (RT), dano por umidade induzida e módulo de resiliência (MR). A estabilidade teve resultados superiores ao mínimo dito pela literatura, porém houve queda com a adição do resíduo; para a fluência as misturas com 1,5% de PET ficaram acima da faixa inscrita pela norma, consequentemente a relação estabilidade/fluência mostrou que apenas as misturas com 1,5% de resíduo obedeceram a norma. Para a resistência houve uma relação inversamente proporcional com a maior quantidade de PET, para os dois tipos de resíduo, contudo os resultados apresentaram-se aceitáveis. Os valores de MR diminuíram com a maior quantidade de PET, enquanto que para os teores de 0,7% este valores aumentaram. Para o ensaio da dano por umidade induzida, todas as misturas modificadas apresentaram melhor comportamento, em especial aquelas com 1,5% de PET. No geral, tem-se que as misturas com 0,7% do resíduo apresentaram melhores resultados, além de tornarem-se mais econômicas pelo fato de consumirem menor teor de ligante.
RÄDER, A. R. S. Estudo da adição de resíduos de garrafas pet pós-consumo em misturas asfálticas à quente. 2018. Trabalho de Conclusão de Curso. Curso de Engenharia Civil, Universidade Regional do Noroeste do Estado do Rio Grande do Sul – UNIJUÍ, Ijuí, 2018.
The quest for technological enhancement and more economical alternatives for asphalt pavement has encouraged research on the use of waste in the layers of floor coverings. This current research is based on lab analysis of proprieties of altered asphalt mixtures with certain residue levels resulting of PET bottles milling post-consumer, on replacement a fraction of the small aggregate. It was used two (2) diferente matrials, PET’s powder and flake, the first one sieving process, it was used the passing material in the sieve 2mm and retained on 0,42mm, already the flake was used according with the comercial form. The five (5) diffetents asphalt mixtures developed on this research were adhere to C track of DNIT, being denominated as reference mixture, mixing with 0.7% PET powder, mixing with 0.7% PET flake, mixing with 1.5% PET powder and mixing with 1.5% PET flake. All the mixtures consisted of large aggregates, small aggregates, dolomite lime and asphalt binder (PAC 50/70), distinguished only by the content and type of PET. All material were submitted to accomplishment analysis and densities. The dosing procedure follow the Marshall methodology, that gas resulted on different binder tenors to which quantity of waste, being 5,4% for the reference mixture, 5,2% for the mixture with 0,7% of PET and 5,7% for mixtures with 1,5% of PET. The mixtures were subjected to stability test, creep test and relation stability/creep test, resistance traction by diametral compression, prompted moisture damage and resilient modulus (RM). The stability had higher results compared with the literature, but had fall with the addition of the waste; for fluency the mixtures with 1,5% of PET were but above the track registered by norm, consequently, the reaction of stability/fluency showed that only the mixtures with 1,5% of waste obey the norm. For the resistance had an inverse reaction relation with higher quantity of PET, to both type of waste, however the results showed acceptable. The value of RM reduce with the higher quantity if PET, while for the tenors of 07% this values increase. For the prompted moisture damage test, all the modified mixtures presented better performance, in special those with 1,5% of PET. On the whole, it has that the mixtures with 0,7% of waste presented better results, beyond become more economics with the fact that consume less binder tenor.
Figura 1 - Corte transversal do pavimento flexível ... 23
Figura 2 - Distribuição dos agregados ... 28
Figura 3 - Delineamento da pesquisa ... 43
Figura 4 - Brita 1" e brita 3/4" ... 45
Figura 5 - Brita 3/8" e pó de pedra ... 45
Figura 6 - Cal ... 46
Figura 7 - Pó de PET e flakes de PET ... 46
Figura 8 - (a) Volume real (b) aparente (c) efetivo ... 49
Figura 9 - Material imerso por 24 horas ... 51
Figura 10 - Picnômetro submerso no béquer e no banho d'água ... 54
Figura 11 - Faixas granulométrica X Volume de vazios ... 56
Figura 12 - Dimensões do pó de PET após peneiramento ... 57
Figura 13 - Equipamento utilizado para o ensaio ... 58
Figura 14 - Grupo de CPs submetidos ao condicionamento ... 62
Figura 15 - Curva dos parâmetros Marshall para a mistura Referência ... 75
Figura 16 - Curva dos parâmetros Marshall para a mistura 0,7% pó de PET ... 76
Figura 17 - Curva dos parâmetros Marshall para a mistura 1,5% pó de PET ... 77
Figura 18 - Curva dos parâmetros Marshall para a mistura 0,7% flake de PET ... 78
Gráfico 1 - Consumo de PET no Brasil (ktons X ano) ... 38
Gráfico 2 - Evolução da reciclagem de PET no Brasil (ktons X ano) ... 38
Gráfico 3 - Enquadramento da mistura referência na Faixa ... 67
Gráfico 4 - Enquadramento da mistura 0,7% pó de PET na Faixa ... 68
Gráfico 5 - Enquadramento da mistura 1,5% pó de PET na Faixa ... 70
Gráfico 6 - Enquadramento da mistura 0,7% flake de PET na Faixa ... 71
Gráfico 7 - Enquadramento da mistura 1,5% flake de PET na Faixa ... 73
Gráfico 8 - Estabilidade ... 81
Gráfico 9 - Fluência ... 82
Gráfico 10 - Relação estabilidade/fluência ... 83
Gráfico 11 - Resistência a tração por compressão diametral... 85
Gráfico 12 - Módulo de Resiliência ... 86
Gráfico 13 - Relação MR x RT ... 87
Quadro 1 - Propriedades do PET ... 37 Quadro 2 - Relação da quantidade de corpos de prova ... 44
LISTA DE TABELAS
Tabela 1 - Série de peneiras para granulometria ... 48
Tabela 2 - Massa mínima por amostra de ensaio... 48
Tabela 3 - Análise granulométrica... 63
Tabela 4 - Massa específica do agregado graúdo ... 64
Tabela 5 - Massa específica do pó de pedra ... 64
Tabela 6 - Densidade da cal ... 65
Tabela 7 - Densidade do ligante asfáltico ... 65
Tabela 8 - Percentuais da mistura referência ... 66
Tabela 9 - Composição da mistura referência ... 67
Tabela 10 - Percentuais da mistura 0,7% de pó de PET ... 68
Tabela 11 - Composição da mistura 0,7% pó de PET ... 69
Tabela 12 - Percentuais da mistura com 1,5% pó de PET ... 69
Tabela 13 - Composição da mistura 1,5% pó de PET ... 70
Tabela 14 - Percentuais da mistura 0,7% flake de PET... 71
Tabela 15 - Composição da mistura 0,7% flake de PET ... 72
Tabela 16 - Percentuais da mistura 1,5% flake de PET... 72
Tabela 17 - Composição da mistura 1,5% flake de PET ... 73
Tabela 18 - Propriedades da mistura Referência ... 74
Tabela 19 - Propriedades da mistura 0,7% pó de PET ... 75
Tabela 20 - Propriedades da mistura 1,5% pó de PET ... 76
Tabela 21 - Propriedades da mistura 0,7% flake de PET ... 77
Tabela 22 - Propriedades da mistura 1,5% flake de PET ... 78
Tabela 23 - Teor de ligante nas misturas ... 80
Tabela 24 - Estabilidade e Fluência Marshall ... 81
Tabela 25 - Resistência a tração por compressão diametral ... 84
Tabela 26 - Módulo de Resiliência ... 86
Tabela 27 - Relação MR x RT ... 87
ABNT Associação Brasileira de Normas Técnicas ADP Asfaltos diluídos de petróleo
AMB Asfaltos modificados por borracha moída de pneu AMP-E Asfaltos Modificados por Polímeros Elastoméricos ARE Agentes de Reciclagem Emulsionados
CAP Cimento Asfáltico de Petróleo
CBUQ Concreto Betuminoso Usinado à Quente CEMPRE Compromisso Empresarial para Reciclagem CNT Confederação Nacional dos Transportes
CM Cura Média
CPs Corpos-de-prova
CR Cura Rápida
Dap Densidade Aparente Def Densidade Efetiva
DNER Departamento Nacional de Estradas de Rodagem
DNIT Departamento Nacional de Infraestrutura de Transportes
Dr Densidade real
EAP Emulsões asfálticas para pavimentação
EAP-E Emulsões asfálticas catiônicas modificadas por polímeros elastoméricos
EVA Etileno acetato de vinilo Gmb Densidade aparente
PB Polibutadieno p.e. Ponto de Ebulição PET Politereftalato de Etileno p.f. Ponto de Fusão
SBR Estireno-Butadieno
SBS Estireno-Butadieno-Estireno SMA Stone Matrix Asphalt
SSS Superfície Saturada Seca TNT Tecido Não Tecido
1 INTRODUÇÃO ... 17 1.1 Contexto ... 17 1.2 Problema ... 19 1.2.1 Objetivos de pesquisa ... 19 1.2.2 Delimitação ... 20 2 REVISÃO DA LITERATURA ... 21 2.1 Pavimentos rodoviários ... 21
2.1.1 Classificação dos pavimentos ... 22
2.1.2 Camadas dos pavimentos ... 23
2.1.3 Materiais empregados tradicionalmente... 25
2.1.3.1 Agregados ... 26
2.1.3.2 Ligante asfáltico ... 28
2.1.4 Métodos de dosagem ... 30
2.1.4.1 Método Marshall ... 30
2.1.4.2 Superpave ... 32
2.1.5 Defeitos nos pavimentos e o emprego de polímeros ... 33
2.2 Politereftalato de etileno ... 36
2.2.1 Aspectos gerais ... 36
2.2.2 Reciclagem do PET ... 37
2.2.3 Utilização de resíduos de PET na pavimentação ... 39
3 MÉTODO DE PESQUISA ... 42
3.1 Estratégia de pesquisa ... 42
3.2 Delineamento ... 42
3.3 Materiais utilizados ... 44
3.3.4 Ligante asfáltico ... 47
3.4 Métodos ... 47
3.4.1 Análise granulométrica ... 47
3.4.2 Densidades e massas específicas ... 49
3.4.2.1 Agregados graúdos ... 49
3.4.2.2 Agregado miúdo ... 51
3.4.2.3 Cal ... 52
3.4.2.4 Ligante asfáltico ... 53
3.4.2.5 Mistura asfáltica compactada ... 54
3.4.3 Definição da faixa granulométrica e composição das misturas ... 55
3.4.4 Determinação do teor ideal de ligante asfáltico ... 56
3.4.5 Moldagem dos corpos de prova ... 56
3.4.6 Ensaios mecânicos ... 58
3.4.6.1 Estabilidade e fluência Marshall ... 58
3.4.6.2 Resistência à tração com compressão diametral ... 59
3.4.6.3 Módulo de resiliência ... 60
3.4.6.4 Dano por umidade induzida ... 61
4 RESULTADOS ... 63
4.1 Caracterização dos materiais ... 63
4.1.1 Análise granulométrica ... 63
4.1.2 Densidades e massas específicas ... 64
4.1.2.1 Agregado graúdo ... 64
4.1.2.2 Agregado miúdo ... 64
4.1.2.3 Cal ... 65
4.2.1 Misturas realizadas ... 66
4.2.1.1 Mistura referência ... 66
4.2.1.2 Mistura com 0,7% pó de PET ... 68
4.2.1.3 Mistura com 1,5% pó de PET ... 69
4.2.1.4 Mistura com 0,7% flake de PET ... 71
4.2.1.5 Mistura 1,5% flake de PET ... 72
4.2.2 Determinação do teor ideal de ligante asfáltico ... 74
4.2.3 Ensaios mecânicos ... 80
4.2.3.1 Estabilidade e fluência Marshall ... 80
4.2.3.2 Resistência a tração por compressão diametral ... 83
4.2.3.3 Módulo de resiliência ... 85
4.2.3.4 Relação MR x RT ... 87
4.2.3.5 Dano por umidade induzida ... 88
5 CONCLUSÃO ... 90
1 INTRODUÇÃO
1.1 Contexto
A correta disposição dos materiais plásticos sobre o meio ambiente continua sendo uma das principais preocupações de organizações públicas e privadas, onde a busca pelo desenvolvimento sustentável tem fomentado o estudo de diferentes formas de destinação final destes resíduos, entre eles o politereftalato de etileno, popularmente conhecido como PET (SILVA et al., 2013).
Segundo Pontes (2016), no ano de 2015, apenas 274 mil toneladas de PET tiveram sua adequada destinação, o que representa somente 51% de todo o material descartado no país, sendo que o restante, 49%, soma-se aos demais resíduos que são depositados em aterros, muitas vezes, irregulares.
À vista disso, a reciclagem vem se tornando um método eficaz para a recuperação destes resíduos sólidos, pois além de colaborar com a preservação do meio ambiente, esta gera empregos e reduz custos como de estocagem e tratamento.
Além disso, conforme explica Arao (2016), a reutilização de resíduos sólidos diminui a quantidade de matéria-prima utilizada, preservando os recursos naturais e minimizando, assim, os impactos ambientais. Segundo o autor, a incorporação de materiais alternativos na pavimentação, em muitos casos, gera um menor custo de construção, além de melhorar as propriedades mecânicas, fazendo com que pesquisas e investimentos nestes materiais sejam cada vez mais estimulados.
Segundo a última Pesquisa da Confederação Nacional do Transporte - CNT de Rodovias, do ano de 2017, onde estavam em avaliação 105.814 km em todo país, 61,8% destes apresentaram algum tipo de problema, considerando o estado geral. Considerando os problemas individualmente, 50% das rodovias pesquisadas possuem problemas no pavimento, 59,2% na sinalização e 77,9% na geometria da via. Estes problemas acabam por comprometer o desempenho do transporte rodoviário de passageiros e cargas no país, ao passo que eleva o custo operacional da prestação do serviço e o tempo dos deslocamentos (CNT, 2017).
Apesar da grande maioria das rodovias brasileiras apresentarem algum tipo de deficiência, o modal rodoviário ainda é o meio mais utilizado para o crescimento econômico do país. Diante disso, é de suma importância que os pavimentos aumentem sua vida útil de projeto, sejam capazes de garantir conforto e segurança aos usuários além de se apresentarem viáveis, tanto economicamente quanto ambientalmente (QUEIROZ, 2016).
Diante disso, tem-se buscado alternativas para que os pavimentos passem a apresentar um melhor comportamento mecânico, evitando o aparecimento de algum tipo de patologia precoce e, consequentemente, exibindo uma maior vida útil. Dessa maneira, são investigados novos materiais para aperfeiçoar o seu comportamento (ARAO, 2016).
Como alternativa na busca de pavimentos mais duradouros, surgem no mercado diferentes tipos de aditivos que são incorporados nas misturas asfálticas, dentre estes aditivos, estão os polímeros. Além de melhorar as propriedades elásticas do asfalto e contribuir com a resistência à deformação permanente e às trincas por fadiga, os polímeros conferem uma melhor adesão entre agregados e asfalto, como também melhoraram a resistência a oxidação (BRINGEL et al., 2005).
Por outro lado, a utilização de aditivos comerciais em misturas asfálticas tendem a onerar as obras de pavimentação, inviabilizando sua utilização em muitos casos. Em virtude disso, surgiram muitas pesquisas sobre o emprego de resíduos como aditivos, onde estes tendem a diminuir custos de construção além de tornarem-se uma solução para diminuir a poluição ambiental (MOGHADDAM; KARIM, 2012). Com vista à isso, muitos estudos sobre a utilização dos resíduos gerados a partir das garrafas PET pós-consumo vem surgindo para seu emprego em obras na área de pavimentação.
As propriedades do politereftalato de etileno (PET), como a baixa densidade e elevada resistência mecânica e química, indicam que esse material pode ser utilizado para melhorar as características do revestimento asfáltico (ARAO et al., 2017). Partindo disso, um estudo realizado por Silva (2015), declarou que o resíduo das garrafas PET pós-consumo, por se apresentar como um plastômero, tende a proporcionar maior susceptibilidade nas misturas asfálticas à fadiga, além de aumentar a rigidez, podendo proporcionar o aumento da vida útil do pavimento em regiões com clima tropical com temperaturas elevadas.
A partir disto, a presente pesquisa busca avaliar o comportamento das misturas asfálticas com substituição parcial dos agregados por resíduo proveniente de garrafas PET pós-consumo, afim de avaliar sua possível utilização em camadas de revestimento de pavimentos além de reduzir os impactos ambientais oriundos da sua inadequada disposição no meio ambiente.
1.2 Problema
Questão principal
Quais os efeitos da incorporação de resíduo de PET em concreto asfáltico denso convencional capazes de viabilizar tecnicamente sua utilização em camadas de revestimentos asfálticos?
Questões secundárias
O resíduo provenientes da moagem das garrafas PET pós-consumo pode ser considerado uma alternativa para a pavimentação asfáltica?
1.2.1 Objetivos de pesquisa Objetivo Geral
O objetivo principal da pesquisa consiste na avaliação da mistura de concreto asfáltico com adição de resíduos de PET, por meio da análise laboratorial de suas propriedades mecânicas e volumétricas para fins de sua utilização em campo.
Objetivos específicos
Avaliar as pesquisas já realizadas sobre o tema em questão.
Realizar os ensaios de caracterização dos materiais, inclusive do resíduo.
Determinar a dosagem da mistura asfáltica do tipo concreto asfáltico, com e sem a inserção do PET, para obter o teor ideal de ligante das misturas.
Verificar a influência do resíduo de PET como agregado na mistura asfáltica.
Realizar os ensaios através da dosagem das misturas asfálticas, pelo método de Marshall. Avaliar a porcentagem de vazios, o módulo de resiliência, resistência a tração e dano por umidade induzida.
1.2.2 Delimitação
O estudo realizará ensaios laboratoriais em misturas asfálticas constituídas de agregados pétreos com substituição parcial destes por teores de 0,7% e 1,5% do resíduo de PET, afim de obter parâmetros que sejam possíveis a verificação da viabilidade de sua utilização em camadas de revestimentos de pavimentos.
2 REVISÃO DA LITERATURA
2.1 Pavimentos rodoviários
Pavimento é definido por Bernucci et al. (2008) como sendo uma estrutura de diferentes camadas, construída sobre a face final de terraplenagem, designada a resistir aos esforços provenientes do tráfego de veículos e do clima, além de assegurar aos usuários melhoria nas condições de rolamento, com conforto, economia e segurança.
O Manual de Pavimentação do Departamento Nacional de Infraestrutura de Transporte - DNIT (2006a) define pavimento como sendo uma estrutura de camadas em que materiais de diferentes resistências e deformabilidades são colocadas em contato, resultando em um conjunto capaz de resistir às cargas impostas pelo tráfego.
Os pavimentos rodoviários devem oferecer características de impermeabilidade, resistência ao fendilhamento, ao desgaste e às tensões tangenciais provocadas pelo tráfego, sem apresentar arranque de materiais, além de garantir, ao mesmo tempo, uma boa aderência (MINHOTO, 2005).
As camadas que constituem um pavimento se diferem pelas funções que desempenham dentro do conjunto do pavimento, podendo estipular-se dois consideráveis grupos: a camada superficial e o corpo do pavimento (SANTOS, 2010).
A camada superficial ou também chamada de desgaste, como descrita por Santos (2010), é a camada sobre a qual incidem diretamente as ações, sendo essencial para garantir as características funcionais projetadas, contribuindo para a durabilidade através da impermeabilização do corpo de pavimento. Além disso, Minhoto (2005) ressalta que a camada de desgaste deve assegurar um papel funcional, atuando na proteção das camadas inferiores das ações climáticas, como também uma função estrutural, colaborando com a resistência integral da estrutura do pavimento.
O corpo do pavimento tem sua composição formada pelas camadas elementares, umas estabilizadas com ligantes (hidráulicos ou betuminosos) e outras apenas granulares, sendo deste
desempenho estrutural do pavimento (SANTOS, 2010). São camadas que possuem função necessariamente estrutural, conforme explica Minhoto (2005), capazes de degradar as cargas verticais, diminuindo as tensões de compressão à capacidade de suporte da fundação.
Estas diferentes camadas encontram-se dispostas, usualmente, com qualidade e resistência decrescentes, da superfície até o solo da fundação, em conformidade com a redução progressiva dos esforços em profundidade (SANTOS, 2010).
2.1.1 Classificação dos pavimentos
Os pavimentos rodoviários se diferem devido a sua constituição e modo de funcionamento. A partir disso tem sua classificação pautada em três tipos: rígidos, semirrígidos e flexíveis. Apesar de existirem estes três tipos distintos de classificação, o mais utilizado na malha rodoviária brasileira são os pavimentos flexíveis.
O pavimento rígido, conhecido também como concreto-cimento são aqueles em que o revestimento é uma placa de concreto de cimento Portland, que pode ser armada ou não (BERNUCCI et al., 2008). De acordo com os autores, a espessura é fixada em função da resistência à flexão das placas de concreto e das resistências das camadas subjacentes. Este tipo de pavimento, conforme explica Senço (1997), apresenta poucas deformações, onde o rompimento acontece através da tração na flexão, quando sujeitos à deformações.
Os pavimentos flexíveis ou pavimentos asfálticos são aqueles em que o revestimento é composto por uma mistura constituída basicamente de agregados e ligantes asfálticos (BERNUCCI et al., 2008).
No que se refere às deformações sofridas pelo pavimento, DNIT (2006a), define o pavimento flexível como sendo aquele em que todas as camadas sofrem deformação elástica sob o carregamento solicitado, estando distribuídas em parcelas similares entre as camadas.
A Figura 1 ilustra um corte transversal do pavimento flexível proposto por Bernucci et al. (2008).
Figura 1 - Corte transversal do pavimento flexível
Fonte: Bernucci et al. (2008, p. 10)
Para Senço (1997), os pavimentos flexíveis são aqueles em que as deformações, até um certo limite, não levam ao rompimento. Além disso, o autor revela que esses pavimentos são dimensionados normalmente a compressão e a tração na flexão, oriunda do aparecimento das bacias de deformações sob as rodas dos veículos, provocando deformações permanentes na estrutura, e ao rompimento por fadiga.
As camadas superiores possuem as menores espessuras do pavimento, sendo constituídas por misturas betuminosas, as quais apresentam resistência à tração e compressão, compreendendo as camadas de desgaste, regularização e de base (MINHOTO, 2005).
Já as camadas inferiores, Minhoto (2005) descreve-as como sendo aquelas compostas por materiais não ligados, estabilizados mecanicamente, não apresentando resistência à tração e compreendendo maiores espessuras em relação às anteriores.
2.1.2 Camadas dos pavimentos
Um pavimento flexível tradicional possuirá uma seção transversal constituída de uma fundação e de camadas com espessuras e materiais determinados através dos métodos de dimensionamento, de acordo com Senço (1997). A estrutura utilizada tradicionalmente compreende as camadas, serviços e fundação de (SENÇO, 1997):
a) Subleito: é compreendido como sendo a fundação do pavimento. É constituído pela estrada já existente, onde apenas a faixa próxima da superfície é considerada subleito, ou por material proveniente da terraplenagem, sendo este transportado e compactado;
b) Regularização do subleito: também chamado de preparo do subleito, é entendido como um serviço executado sobre o subleito com o intuito de acomodá-lo e acarretar em uma superfície regular. A regularização deve proporcionar as características geométricas do pavimento acabado à superfície da camada, ou seja, as inclinações dos trechos em tangente, como também a inclinação da superelevação;
c) Reforço do subleito: é uma camada executada acima da regularização, caso exista a necessidade de aumentar a capacidade de suporte da fundação do pavimento. Constituída de uma camada de espessura constante, possui características específicas superiores às da regularização, porém estas são inferiores às da camada superior, isto é, a sub-base;
d) Sub-base: é considerada uma camada complementar à base, executada quando não for aconselhável construir a base diretamente sobre a regularização ou reforço do subleito. O material empregado na execução da sub-base deve possuir características tecnológicas superiores às do material de reforço e, por conseguinte, a constituição da camada de base deverá ser de melhor qualidade que o material da sub-base;
e) Base: é considerada a de maior importância do ponto de vista estrutural. Possui sua destinação voltada a resistir aos esforços verticais provenientes do tráfego e distribuí-los. O pavimento pode ser considerado a partir da composição de base e revestimento, sendo que a base poderá ou não ser auxiliada pela sub-base e pelo reforço do subleito;
f) Revestimento: é a camada final do pavimento, podendo ser dividida em camada de binder ou de ligação e a capa de rolamento propriamente dita. É a camada que recebe diretamente a ação do tráfego, devendo ser o mais impermeável possível, designada ao aperfeiçoamento da superfície de rolamento no que diz respeito as condições de conforto e segurança, além de resistir ao desgaste.
Com o propósito de avaliar o comportamento do resíduo de PET na camada de revestimento dos pavimentos rodoviários, buscou-se maiores informações e referências a respeito desta camada de desgaste.
Os revestimentos são constituídos pela combinação de agregados e de materiais asfálticos, e necessitam que estes estejam bem unidos de modo que evitem sua movimentação horizontal e,
por consequência, impeçam sua desagregação e perda de compactação (BALBO, 2007). Podem ser classificados em duas maneiras principais, sejam elas: por penetração ou por mistura (BERNUCCI et al., 2008). Por penetração, os autores referem-se aos executados através de uma ou mais aplicações de material asfáltico e de igual número de operações de espalhamento e compressão de camadas de agregado. Já no revestimento por mistura, os autores explicam que o agregado é pré-envolvido com o material asfáltico, antes da compressão.
Além disso, os revestimentos asfálticos em muitos casos são subdivididos nas chamadas “camada de rolamento” e “camada de ligação” por razões técnicas, construtivas e de custo (BALBO, 2007).
A camada denominada binder ou de ligação pode ser definida como uma mistura asfáltica projetada com um índice de vazios um pouco maior, com objetivo de diminuir o teor de ligante (BERNUCCI et al., 2008).
Além disso, esta camada de ligação deve ser considerada como uma camada de base que fica numa posição intermediária entre a capa de rolamento e a base propriamente dita (SENÇO, 2001). Porém, de acordo com o autor, esta não deve satisfazer às condições exigidas para a camada de revestimento, e sim às condições exigidas pela base do pavimento, resistindo e distribuindo esforços verticais, além de transmiti-los às camadas inferiores do pavimento.
As tensões e deformações induzidas na camada de revestimento pelas cargas do tráfego estão associadas a patologias como o trincamento por fadiga dessa camada, assim como por envelhecimento do ligante asfáltico ou também pelas ações climáticas (BERNUCCI et al., 2008). Além disso, os autores ressaltam que parte dos problemas relacionados à deformação permanente e outros defeitos pode ser atribuída ao revestimento asfáltico.
2.1.3 Materiais empregados tradicionalmente
O tipo de pavimento mais empregado nas rodovias brasileiras é do tipo flexível, constituído, basicamente, de agregados e ligantes asfálticos, onde esta combinação resulta em um conjunto capaz de suportar as cargas provenientes das solicitações do tráfego.
2.1.3.1 Agregados
Segundo Ceratti e Reis (2011), o agregado mineral é o responsável por suportar e transmitir as cargas aplicadas. São materiais inertes, granulares, sem forma e dimensões definidas, com características apropriadas para compor camadas ou misturas, utilizadas nos mais diversos tipos de obra (SENÇO, 1997).
Para Bernucci et al. (2008), agregado é um termo genérico utilizado para areias, pedregulhos e rochas minerais em seu estado natural ou britadas e, também, os agregados artificiais como a escória de alto-forno e de aciaria.
Os agregados representam o maior volume em relação aos demais constituintes quando se trata de misturas ou camadas das quais fazem parte. No caso de misturas betuminosas, o volume de agregados é superior ao utilizado em concreto de cimento (SENÇO, 1997).
No que diz respeito à classificação, os agregados se dividem em função da sua natureza, do tamanho e da distribuição dos grãos.
Quanto à natureza, a NBR 9935 (ABNT, 2011) classifica os agregados como:
• Natural: material pétreo granular que pode ser utilizado da maneira que é encontrado na natureza, podendo ser sujeito à lavagem, classificação ou britagem;
• Artificial: material granular resultante da industrialização que envolve alteração minerológica, química ou físico-química da matéria-prima original;
• Reciclado: material granular proveniente do processo de reciclagem de rejeitos ou subprodutos da produção industrial, mineração ou construção ou demolição da construção civil.
Já em função do tamanho, Bernucci et al. (2008) divide os agregados em:
• Graúdo: material com dimensões maiores do que 2,0mm, isto é, retido na peneira de número 10;
• Miúdo: material com dimensões maiores que 0,075mm e menores que 2,0mm, ou seja, retido na peneira de número 200 e passante na de número 10;
• Fíler (material de enchimento): material onde pelo menos 65% das partículas é passante na peneira de número 200, ou seja, é menor que 0,075mm.
O diâmetro máximo ou efetivo dos agregados definido por Senço (1997) é o diâmetro da peneira onde ficam retidos no máximo 10% do material, isto é, onde este passa de 90% a 100%. Com isso, o autor define também o diâmetro mínimo dos agregados como sendo o diâmetro da peneira onde passam até 5% do material.
De acordo com Ceratti e Reis (2011), o tamanho dos agregados pode tornar a mistura instável com materiais de diâmetro demasiadamente pequeno e, por outro lado, materiais com tamanhos exagerados podem prejudicar a trabalhabilidade e/ou gerar segregação.
A classificação em função da distribuição dos grãos, conforme Bernucci et al. (2008), se fraciona em:
• Graduação densa ou bem-graduada: agregados que apresentam distribuição granulométrica contínua;
• Graduação aberta: agregados que apresentam distribuição granulométrica contínua, porém com falta de material fino;
• Graduação uniforme: agregados que apresentam a maioria de suas partículas com tamanhos em uma faixa bastante estreita, resultando em uma curva granulométrica muito íngreme;
• Graduação com degrau ou descontínua: agregados que apresentam pequena porcentagem de agregados com tamanhos intermediários que formam um patamar na curva granulométrica correspondente às frações intermediárias.
A Figura 2 demonstra os diferentes tipos de graduações para um melhor entendimento da classificação quanto à distribuição dos grãos.
Figura 2 - Distribuição dos agregados
Fonte: Bernucci et al. (2008, p. 123)
2.1.3.2 Ligante asfáltico
O ligante asfáltico é o componente principal da camada de revestimento dos pavimentos flexíveis, sendo o responsável pela adesão dos agregados e impermeabilização do pavimento. Ceratti e Reis (2011) citam alguns dos principais motivos pela vasta utilização deste material na pavimentação, entre eles: proporciona forte união dos agregados, é impermeabilizante, é durável e resistente à ação da maioria dos ácidos, dos álcalis e dos sais, pode ser utilizado aquecido ou emulsionado, entre outras características.
O material utilizado na pavimentação é um ligante betuminoso proveniente da destilação do petróleo com características adesivas termoviscoelásticas, impermeabilização à água e pouca reatividade (CERATTI e REIS, 2011). No que diz respeito a sua composição, os autores revelam que o asfalto é uma mistura química constituída por hidrocarbonetos alifáticos e aromáticos não voláteis de elevada massa molecular e uma quantidade de estruturas heterocíclicas contendo grupos funcionais formados por enxofre, nitrogênio e oxigênio.
• Cimentos Asfálticos de Petróleo (CAP);
• Asfaltos Diluídos de Petróleo (ADP CR e CM);
• Aditivos Asfálticos de Reciclagem para Misturas a Quente; • Emulsões Asfálticas para Pavimentação (EAP);
• Agentes de Reciclagem Emulsionados (ARE);
• Asfaltos Modificados por Polímeros Elastoméricos (AMP-E); • Asfalto Modificado por Borracha Moída de Pneu (AMB);
• Emulsões Asfálticas Catiônicas Modificadas por Polímeros Elastoméricos (EAP-E).
Os asfaltos ou Cimentos Asfálticos de Petróleo (CAP) são obtidos através do refinamento do petróleo cru que possuem elevada quantidade de betume, o que leva a ser designado, muitas vezes, como betume (CERATTI e REIS, 2011). Possuem tonalidade negra ou marrom escuro, segundo o Asphalt Institute (2017), e possuem características ideais para utilização na pavimentação, impermeabilização e outras aplicações.
O CAP, conforme evidencia Abeda (2001), não é solúvel em água, e não flui na temperatura ambiente, fazendo-se necessário o aquecimento para adquirir consistência adequada e possibilitar cobrimento dos agregados pétreos e aplicação sobre o pavimento.
É um material que sofre transformações químicas quando sujeito à radiação solar, às águas ácidas ou sulfatadas, às ações de óleos, graxas, lubrificantes e combustíveis dos veículos que transitam pelas rodovias, onde estas ações tendem a promover a oxidação do ligante asfáltico (BALBO, 2007). Além disso, o autor salienta que o CAP é também suscetível às variações de temperatura, onde as temperaturas mais elevadas aumentam seu fluxo viscoso e as mais baixas o tornam sólido, com ruptura vítrea ou frágil.
Existem atualmente no Brasil quatro tipos de CAPs, sendo estes classificados pelo valor de sua penetração ou consistência: CAP 30/45, considerado duro; CAP 50/70, CAP 85/100, médios e CAP 150/200, declarado mole (BALBO, 2007).
2.1.4 Métodos de dosagem
A dosagem de uma mistura asfáltica consiste na escolha do teor ideal de ligante, encontrado a partir da faixa granulométrica pré-estabelecida. Bernucci et al. (2008), revelam que o mais conveniente é se nomear o teor de ligante dosado como teor de projeto, como forma de ressaltar que sua definição é convencional.
Balbo (2007) cita alguns dos principais objetivos da dosagem de uma mistura asfáltica: • Obter uma mistura satisfatoriamente trabalhável;
• Obter uma mistura estável sob ação de cargas;
• Obter uma mistura durável com teor de ligante adequado; • Resultar em baixa deformação permanente;
• Resultar em pouca vulnerabilidade à fissuração por fadiga; • Não apresentar vazios excessivos.
Atualmente existem diversos métodos de dosagem, entre eles o Marshall, Superpave, Hveem, Hubbard-Field e Triaxial Smith, onde os mais utilizados são o método Marshall e Superpave.
2.1.4.1 Método Marshall
O método de Marshall foi desenvolvido na década de 1930 durante a Segunda Guerra Mundial, onde não se dispunha de um tipo de ensaio simples nem esquemas de trabalho para o projeto e controle de campo para pavimentos betuminosos. O método foi então concebido por Bruce G. Marshall do Mississipi State Highway Departament (Departamento de Estradas de Rodagem do Estado do Mississipi, EUA). A partir disso, o U.S. Corps of Engineers (Corpo de Engenheiros dos EUA) estabeleceu critérios levando em conta estabilidade, densidade, vazios preenchidos e não preenchidos, além da fluência, obtidos com a execução do ensaio Marshall para obtenção do teor ideal de betume (SENÇO, 2001).
Segundo o Manual do Asfalto (IA, 1989 versão em português, 2001), o método fixa-se na aplicação a misturas asfálticas utilizando cimentos asfálticos graduados pela penetração ou viscosidade e contendo agregados do tamanho máximo de 25 mm, destinados à dosagem em laboratório de misturas asfálticas a quente de pavimentação.
Ceratti e Reis (2011) revelam que para a utilização da metodologia Marshall de dosagem, deve-se definir alguns parâmetros básicos: tipo e destino da mistura; granulometria, massa específica real e aparente dos agregados; escolha de uma faixa granulométrica de projeto e, em função do tráfego previsto, escolher qual será a energia de compactação dos corpos de prova (CP). Os autores ditam a sequência dos procedimentos da dosagem Marshall, descritos a seguir:
• Determinação das massas específicas do CAP e agregados; • Escolha da faixa granulométrica;
• Escolha da composição dos agregados de forma a enquadrar na faixa granulométrica escolhida;
• Escolha da temperatura de mistura e compactação, onde esta não deve ser inferior a 107°C e nem superior a 177°C para o ligante, e os agregados devem estar entre 10 a 15°C acima da temperatura do ligante, mas sem ultrapassar os 177°C;
• Adoção de teores de asfalto para os grupos de corpos de prova, sugerindo-se um teor de asfalto (T em %) para o primeiro grupo de CPs e os demais grupos com teores acima (T+0,5% e T+1,0%) e abaixo (T-0,5% e T-1,0%);
• Após a desmoldagem, obtêm-se as dimensões dos CPs (diâmetro e altura), as massas secas, massas submersas em água, massas especificas aparentes, chegando-se a relações volumétricas típicas de dosagem;
• A partir do teor de asfalto, ajusta-se o percentual em massa de cada agregado; • Cálculo da densidade máxima teórica correspondente ao teor de asfalto considerado;
• Por fim, os CPs são submersos em banho-maria a 60°C por 30 a 40 minutos e são submetidos aos ensaios de estabilidade e fluência.
As propriedades de estabilidade e fluência são descritas pela norma DNER-ME 043/95 (DNIT, 1995a). A norma define estabilidade como sendo “resistência máxima à compressão radial, apresentada pelo corpo de prova, quando moldado e ensaiado de acordo com o processo estabelecido neste método, expressa em N (kgf)” ou seja, é a carga máxima que o corpo de prova resiste antes de sua ruptura. A fluência fica definida como “deformação total pelo corpo de prova, desde a aplicação da carga inicial nula até a aplicação da carga máxima, expressa em décimos de milímetro”, isto é, a deformação que o corpo de prova apresenta correspondente a carga máxima aplicada.
2.1.4.2 Superpave
A proposta de novos procedimentos de avaliação e especificação de materiais, entre eles os agregados e os ligantes asfálticos, e de misturas asfálticas desenvolvida pelo Strategic Highway Research Program (SHRP) - Programa Estratégico de Pesquisa Rodoviária americano no ano de 1987, possibilitou o conhecimento de um método não conhecido de dosagem, designado Superpave (CERATTI E REIS, 2011).
O método Superpave, conforme explica Ceratti e Reis (2011), revela que as propriedades dos agregados estão diretamente ligadas no comportamento dos revestimentos asfálticos, no que se refere à deformação permanente e ao trincamento por fadiga. Dentre estas características, foram designadas duas categorias: as propriedades de consenso e as de origem. As primeiras estão relacionadas com a angularidade do agregado graúdo e miúdo, partículas alongadas e achatadas e teor de argila.
As diferenças entre os métodos de Marshall e Superpave são descritos por Bernuci et al. (2008), estando relacionadas com a forma de compactação, onde na dosagem Marshall a compactação é feita por impacto (golpes), e na dosagem Superpave é realizada por amassamento (giros), e na forma de escolha da granulometria dos agregados, na qual a dosagem Superpave inclui os conceitos de pontos de controle e zona de restrição. Além disso, os autores relatam que
o projeto de mistura é totalmente realizado utilizando o Compactador Giratório Superpave (CGS) que possui as características a seguir:
• Ângulo de rotação de 1,25 ± 0,02°; • Taxa de 30 rotações por minuto;
• Tensão de compressão vertical durante a rotação de 600kPa;
• Capacidade de produzir corpos de prova com diâmetros de 150 e 100mm.
Marques (2004) disserta que a aplicação do sistema SUPERPAVE depende do volume de tráfego, onde foram desenvolvidos 3 níveis de projeto de misturas, sendo o primeiro para tráfego abaixo de 106, o segundo para tráfego entre 106 e 107 e o terceiro para tráfego acima de 107. O autor observa que o procedimento utiliza critérios volumétricos para a definição da dosagem, assim como o Marshall, porém também não avalia as características resilientes da mistura.
2.1.5 Defeitos nos pavimentos e o emprego de polímeros
Além de ser a responsável por proporcionar conforto ao rolamento e segurança aos usuários, a pavimentação ainda deve assegurar condições de tráfego em qualquer época do ano e sob as diferentes condições climáticas a que fica exposta. O desempenho do pavimento está relacionado com a capacidade de suporte e a durabilidade, ligados ao padrão da obra e ao tipo de tráfego, bem como com as necessidades dos usuários. O desafio de projetar um pavimento reside no fato, portanto, de conceber uma obra de engenharia que cumpra as demandas estruturais e funcionais além de ser projetado da forma mais econômica possível, atendendo as restrições orçamentárias (BERNUCCI et al., 2008).
Do ponto de vista do usuário, o estado da superfície de rolamento é fator mais importante, uma vez que os defeitos ou irregularidades neste plano são percebidos quando seu conforto é afetado. Além disso, o veículo também apresenta as consequências desses defeitos, apontando maiores gastos com manutenção, consumo de combustível e de pneus, tempo de viagem etc. Logo, segundo Bernucci et al. (2008), atender o conforto ao rolamento também significa economia nos custos de transporte.
Os materiais utilizados na pavimentação rodoviária apresentam diferentes meios de deterioração, onde as principais causas das degradações dos pavimentos flexíveis são a intensidade do tráfego, ações climáticas e as deficiências dos materiais e da qualidade de execução (FONTES, 2009).
A norma DNIT 005/2003 - Defeitos nos pavimentos flexíveis e semirrígidos Terminologia – apresenta os possíveis defeitos a serem encontrados nos pavimentos brasileiros, entre eles: fenda, afundamento, ondulação ou corrugação, escorregamento, exsudação, desgaste, panela ou buraco, remendo, entre outros (DNIT, 2003).
Segundo Fontes (2009), as causas relacionadas à repetição de cargas sobre os pavimentos levam à sua degradação, fenômeno conhecido como fadiga, responsável pelo fendilhamento de misturas betuminosas. Já o acúmulo de deformações permanentes, a autora o relaciona às deformações de corte que ocorrem nas camadas de desgaste, camadas granulares e no solo de fundação.
Em relação a condição da superfície do pavimento, a última pesquisa desenvolvida pela CNT, no ano de 2017, apresentou números bem expressivos: 78,4% da extensão total avaliada (105.814 km) apresentam algum tipo de problema, sendo que, em 51,1% (54.142 km), predominam o desgaste; 23,9% (25.285 km), a trinca em malha ou remendo; e em 2,3% (2.396 km), afundamentos, ondulações ou buracos. A pesquisa ainda demostra que há 1.136 km (1,1%) totalmente destruídos, onde os trechos apresentaram grande quantidade de buracos ou ruína total da superfície de rolamento (CNT, 2017).
Um dos problemas encontrados nas estruturas dos pavimentos flexíveis brasileiros, de acordo com a CNT (2017), é o não atendimento às exigências técnicas tanto da capacidade de suporte das camadas do pavimento como da qualidade dos materiais empregados no revestimento. A pesquisa ressalta que as falhas construtivas aceleram o processo de deformação, resultando em reparações mais onerosas para atingir condições ideais de tráfego.
Através das fendas na camada de revestimento, a água penetra para o interior das camadas do pavimento, diminuindo o valor do módulo de deformabilidade e, por consequência, reduz a capacidade de suporte da estrutura promovendo sua consequente degradação (FONTES, 2009).
A busca por melhores comportamentos e desempenhos das misturas asfálticas tem levado muitos pesquisadores à incorporação diversos tipos de aditivos, especialmente polímeros. O polímero melhora o comportamento elástico do asfalto e contribui para a sua resistência à deformação permanente e às trincas por fadiga, além de contribuir para uma melhor adesão entre agregados e asfalto, como também de melhorar a resistência à oxidação (BRINGEL et al., 2005). Glover (2007), cita alguns dos polímeros normalmente utilizados nas misturas asfálticas e algumas das suas vantagens e desvantagens:
• Estireno Butadieno (radial e linear SBS): boa resistência à fadiga, alta taxa de fluência, contudo susceptível a oxidação;
• Estireno Butadieno (SBR): bom tempo de resistência e envelhecimento, porém baixa resistência ao ozônio, e susceptível a oxidação;
• Polietileno: alta expansão térmica, mas baixa rigidez;
• Polibutadieno (PB) - excelente resistência ao desgaste e ao impacto, contudo apresenta baixa durabilidade;
• Etileno Acetato de Vinilo (EVA) - estabilidade de armazenamento, viscoso em altas temperaturas, porém de baixa resistência à fluência, sendo indicado para as zonas de baixa temperatura;
• Polipropileno (PP): boa resistência química e à fadiga, mas oxidável;
• Epóxis e uretanos, pneu de borracha: podem ser classificadas como: elastômetros, com elevado grau de recuperação elástica (SBS, SBR, borracha moída); e plastômeros, com alta rigidez e resistência à deformação (EVA, EMA, Uretanos, e PP).
A utilização de polímeros tende a encarecer as obras de pavimentação e com isso, surgiram pesquisas sobre o emprego de resíduos como aditivos, entre eles o resíduo proveniente da moagem de garrafas PET pós-consumo, evitando este aumento de custo da construção além de agir como uma solução para diminuir a poluição ambiental (MOGHADDAM; KARIM, 2012).
2.2 Politereftalato de etileno
Como objeto de estudo deste trabalho, a seguir serão levantados alguns aspectos sobre o politereftalato de etileno em âmbito geral, de reciclagem e utilização em pavimentos rodoviários, mais precisamente como composição da camada de revestimento.
2.2.1 Aspectos gerais
O politereftalato de etileno, mais popularmente conhecido por PET, com nomenclatura oficial poli (oxitereftaloíla de oxietileno), é um polímero termoplástico que possui uma estrutura parcialmente alifática e aromática, semicristalino, constituinte da família dos poliésteres (ARAO, 2016). Atualmente, o PET é um dos termoplásticos mais produzidos no mundo com diversas possibilidades de aplicações, como em fibras têxteis, embalagens processadas, filmes biorientados e polímeros de engenharia (ROMÃO et al., 2009).
De acordo com a Associação Brasileira da Indústria do PET, este material garante elevada resistência mecânica e química, capaz de suportar o contato com agentes agressivos, além de apresentar ótimo bloqueio para gases e odores (ABIPET, 2017a). O autor revela que este material foi introduzido no Brasil em 1988 onde foi utilizado primeiramente na indústria têxtil e somente a partir de 1993 passou para o mercado de embalagens.
A produção do politereftalato de etileno é feita industrialmente por esterificação direta do ácido tereftálico purificado (PTA) com monoetileno glicol (MEG), isto é, esses dois elementos são misturados e formam uma pasta que, durante o processo de fabricação, reagem entre si, passando por cristalização e formando os grãos brancos e opacos (ABIPET, 2017a).
Segundo Mano e Mendes (2004), o PET pode ser apresentado no estado amorfo (transparente), parcialmente cristalino e orientado (translúcido) e altamente cristalino (opaco).
Quadro 1 - Propriedades do PET
Propriedades do Politereftalato de Etileno
Monômeros
HOOC – C6H4 – COOH
(H3C) (CH3)
Tereftalato de dimetila (sólido) p.f.: 140°C
HO – CH2 CH2 – OH
Glicol etilênico (líquido) p.e.: 197°C
Polímero – (OOC – C6H4COO – CH2 CH2)n – Poli (tereftalato de etileno)
Propriedades
Peso molecular: 40 000; Densidade: 1,33 - 1,45 g/cm3
Cristalinidade: variável;
Temperatura de transição vítrea: 70 – 74°C; Temperatura de fusão: 250 - 270°C;
Fonte: Mano e Mendes (2004, p. 118)
2.2.2 Reciclagem do PET
A reciclagem das embalagens de PET, como as garrafas descartáveis de refrigerante, está em crescimento no Brasil, movida pela preocupação ambiental e pela busca da sustentabilidade. Segundo a ABIPET (2017b), a reciclagem acontece em três etapas básicas:
• Recuperação: inicia-se no momento do descarte e termina com a confecção do fardo, que se torna sucata comercializável;
• Revalorização: com início na compra da sucata em fardos e fim na produção de matéria-prima reciclada;
• Transformação: final do processo completo de reciclagem, com a utilização da matéria-prima oriunda das garrafas de PET pós-consumo para a fabricação de outros materiais.
Números referentes ao consumo de PET no Brasil podem ser visualizados no Gráfico 1, em mil toneladas por ano, de acordo a ABIPET (2017b).
Gráfico 1 - Consumo de PET no Brasil (ktons X ano)
Fonte: ABIPET (2017)
O salto de consumo visualizado nos anos de 2014 e 2016 comparados ao ano de 2011, referem-se a um aumento de 26% e 46%, respectivamente, em função da realização da Copa do Mundo 2014 e dos Jogos Olímpicos de 2016. Em contrapartida, o Gráfico 2, elaborado para o Décimo Censo da Reciclagem de PET no Brasil pela ABIPET (2016), demostra a evolução da reciclagem de PET no país, em mil toneladas por ano.
Gráfico 2 - Evolução da reciclagem de PET no Brasil (ktons X ano)
A queda da reciclagem de PET no país a partir do ano de 2012, explicada pela ABIPET (2016), está relacionada na queda da demanda pelo produto, onde setores importantes, como têxtil, químico, automotivo e de transporte, tiveram quedas de quase 50% em suas atividades, refletindo negativamente sobre a reciclagem, já que são grandes consumidores de matéria-prima reciclada. Contudo, o Brasil perde apenas para o Japão em números de reciclagem do PET, estando com 59% do resíduo reciclado em 2011, enquanto o país asiático tem esse índice próximo dos 78% (CEMPRE, 2017).
Nos dias atuais, existem vários produtos fabricados a partir da reciclagem de embalagens pós-consumo de PET no Brasil, dentre elas as fibras de poliéster para a indústria têxtil, que são aplicadas na fabricação de fios de costura, forração, tapetes, carpetes, mantas de tecido não tecido (TNT), entre outros.
2.2.3 Utilização de resíduos de PET na pavimentação
A reciclagem de resíduos PET é de suma importância, tanto em fatores econômicos quanto sustentáveis. Além de reduzir a exploração dos recursos naturais, reduz o nível de poluição ambiental, economiza energia e recursos e, ainda, contribui para modificar as propriedades de alguns materiais de construção da engenharia, tais como asfalto e edifício de concreto.
Muitos estudos foram e estão sendo realizados a respeito da incorporação de resíduos de garrafas PET pós-consumo em misturas asfálticas, para que este, a partir de suas propriedades físicas e químicas, possa contribuir para a construção de pavimentos com menos incidência de patologias, resultando em uma maior vida útil.
Moghaddam e Karim (2012) investigaram os efeitos da adição de resíduos de partículas de PET em misturas SMA. A adição do resíduo se deu pelo processo seco com um tamanho máximo de 2,36 mm em teores de 0%, 0,2%, 0,4%, 0,6%, 0,8% e 1%. Como resultados, o autores indicaram que as misturas com a adição de PET obtiveram maior valor de estabilidade em comparação com as misturas sem PET, como também, observaram que 0,4% PET foi o valor ótimo em caso de estabilidade. Além disso, os valores de fluência aumentaram adicionando PET na mistura. Ressaltam ainda que, embora a rigidez das misturas diminuiu adicionando maior
Nos estudos desenvolvidos por Arao (2016), foi utilizado o material triturado nos diâmetros 10 mm e 2 mm, nos teores de 0,5% e 1,0% adicionados ao CBUQ, também, a substituição de 2,5% do pó de pedra por pó de PET, juntamente com a adição de 0,5% de PET triturado no diâmetro de 10 mm. Como resultados, o autor considerou que a mistura com 0,5% de flakes de PET de 10 mm e com substituição de 2,5% do pó de pedra por pó de PET seria a mais indicada, pois houveram melhoria nos resultados mecânicos, principalmente em relação à vida de fadiga. Além disso, o autor revela que foi a mistura que mais reutilizou garrafas PET, tendo em vista que, em uma rodovia de duas faixas com 6 metros cada, esta mistura reutiliza mais de 400 mil garrafas PET de dois litros por quilômetro, influenciando no aspecto ambiental e socioeconômico.
Silva et al. (2013) utilizaram o resíduo de PET como agregado miúdo em teores de 2,5%, 5,0%, 7,5%, 10,0% e 12,5% com corpos de prova moldados pelo método Superpave. Como resultados, os autores perceberam um aumento no número de vazios e a diminuição da relação betume/vazios à medida que se aumentou a quantidade de PET e, ainda, as misturas com teores acima de 5% não atenderam as normas volumétricas. Em relação aos ensaios mecânicos, obtiveram como resultado que teores maiores que 10% proporcionam misturas com baixa resistência mecânica, porém tendem a tornar o revestimento menos suscetível as deformações permanentes e consequente aumento da vida de fadiga.
Azevedo (2016) adicionou 5% de resíduo de PET em relação ao volume de asfalto em misturas asfálticas dosadas pelo método Superpave. Como conclusões, a autora destaca o aumento de aproximadamente 16% e 75% em relação às propriedades de resistência à tração por compressão diametral e módulo de resiliência, respectivamente. Já em relação ao ensaio referente a deformação permanente, flow number, o estudo não demonstrou melhorias quando comparadas as misturas com e sem adição de PET.
Os estudos realizados por Queiroz (2016), abordaram misturas porosas com adição de 0,33%, 0,50%, 0,75% e 1,00% de PET em relação ao peso dos agregados. O autor observou uma redução do teor de projeto de ligante asfáltico nas misturas com até 0,75% de resíduo. Além disso, ressalta que o PET contribuiu para a inibição do escorrimento do ligante e favoreceu o desempenho em relação ao dano por umidade induzida. Também percebeu-se um aumento no
módulo de resiliência e uma tendência de maior vida de fadiga. Contudo, o autor revela que a adição do resíduo proporcionou maior suscetibilidade às deformações permanentes, mesmo tendo apresentado maior enrijecimento.
Hassani et al. (2005), basearam-se nos parâmetros de estabilidade, fluência, relação estabilidade/fluência Marshall e densidade. Para o estudo, os autores utilizaram o resíduo de PET com diâmetro de cerca de 3 mm, substituindo uma fração dos agregados graúdos minerais de igual tamanho, e utilizado 6% de teor ótimo de betume. Foram testadas cinco porcentagens diferentes de substituição, onde os resultados mostraram que a substituição de 20% em volume com resíduo de PET resultou em melhores resultados de estabilidade.
A utilização de resíduos de PET como aditivos em misturas asfálticas ainda é relativamente novo, existindo poucas pesquisas sobre o assunto. Assim, a revisão bibliográfica apresentou algumas pesquisas referentes a incorporação de PET no revestimento asfáltico, podendo-se visualizar um pouco do comportamento deste resíduo na pavimentação asfáltica.
3 MÉTODO DE PESQUISA
3.1 Estratégia de pesquisa
A presente pesquisa qualifica-se como prática, com caráter experimental e, quanto a forma de abordagem, esta pode ser classificada como quantitativa.
Gil (2002) revela que a pesquisa experimental consiste em determinar um objeto de estudo, selecionar as variáveis capazes de influenciá-lo, definir as formas de controle e de observação dos efeitos que a variável produz no objeto.
3.2 Delineamento
Inicialmente realizou-se uma pesquisa nas bibliografias relevantes do tema, com objetivo de obter materiais e práticas necessárias para realização do estudo. Posteriormente propõem-se a caracterização dos materiais que são necessários para a pesquisa seguido da composição da mistura e, por fim, análises dos ensaios laboratoriais, visando proporcionar o desenvolvimento de revestimento em concreto asfáltico com incorporação de resíduos de garrafas PET pós-consumo. Para isso, o estudo evidenciou a incorporação de teores de 0,7% e 1,5% do resíduo através do processo seco, buscando avaliar as propriedades do revestimento.
A pesquisa foi realizada a partir das etapas descritas a seguir, representadas no esquema da Figura 3.
A primeira etapa deste estudo baseou-se na pesquisa bibliográfica, onde buscou-se obter conhecimento sobre os estudos já realizados a respeito da adição de PET na pavimentação asfáltica.
Na segunda etapa, definiram-se os materiais a serem utilizados, bem como suas caracterizações para comporem as misturas, através de ensaios normatizados e realizados no Laboratório de Engenharia Civil da Unijuí.
Figura 3 - Delineamento da pesquisa
Fonte: Autoria própria (2018)
Para os ensaios foram moldados 150 corpos de prova referentes a 5 diferentes misturas. As quais foram denominadas como sendo referência, 0,7% pó de PET, 0,7% flake de PET, 1,5% pó de PET e 1,5% flake de PET. O Quadro 2 apresenta as quantidades e ensaios submetidos na pesquisa.
Posteriormente foi realizada a composição da mistura e partiu-se para a moldagem, então os corpos de prova foram submetidos a ensaios mecânicos. A realização da moldagem e dos ensaios seguiram as especificações exigidas pelas normativas. Por fim, procedeu-se a análise dos resultados bem como suas conclusões sobre o assunto.
PESQUISA BIBLIOGRÁFICA CARACTERIZAÇÃO DOS MATERIAIS MOLDAGEM MARSHALL ENSAIOS LABORATORIAIS ANÁLISE DOS RESULTADOS CONCLUSÕES
Quadro 2 - Relação da quantidade de corpos de prova
Fonte: Autoria própria (2018)
3.3 Materiais utilizados
Os materiais utilizados para a composição das misturas e realização dos ensaios laboratoriais foram: agregados minerais, cal, resíduo de garrafa PET e o cimento asfáltico de petróleo.
3.3.1 Agregados
O material de maior quantidade a ser utilizado em misturas asfálticas são os agregados. Para as amostras a realizadas nesta pesquisa, os agregados utilizados foram os britados, constituídos de diferentes tamanhos.
Os agregados britados analisados para a composição da mistura são dos tamanhos: brita 1”, brita ¾”, brita 3/8” e o pó de pedra, todos os agregados provieram de rocha basáltica, apresentados na Figura 4 e Figura 5.
Em relação a coleta deste material, esta foi realizada na unidade de produção do município de Cruz Alta – RS, além de ter sido submetidos a ensaios laboratoriais no Laboratório de Engenharia Civil da UNIJUÍ.
Figura 4 - Brita 1" e brita 3/4"
Fonte: Autoria própria (2017) Figura 5 - Brita 3/8" e pó de pedra
Fonte: Autoria própria (2017)
3.3.2 Cal hidratada
Ceratti e Reis (2011), revelam que o uso da cal reduz ou, até mesmo, elimina danos causados pela ação da umidade e melhoram a ligação química entre asfalto-agregado. Porém os autores ressaltam que a cal virgem (CaO) não deve ser utilizada pelo fato de reagir em contato com a água, mas indicam a utilização da cal hidratada e também o cimento Portland, entre 1% a 3%. O DNIT indica a incorporação da cal nas misturas asfálticas desde o ano de 2009, porém este não faz especificações sobre a natureza mineral da cal.
O tipo de cal utilizada foi a do tipo domolítica, oriunda da empresa FIDA de Caçapava do Sul – RS. Seu aspecto pode ser visualizado na Figura 6.
Figura 6 - Cal
Fonte: Autoria própria (2017)
3.3.3 Resíduo de PET
O PET utilizado possui, visualmente, dois tamanhos distintos: o flake e o pó, obtidos através do processo de trituração das garrafas pós-consumo. Posteriormente será apresentada uma melhor distribuição das partículas para melhor classificação de seu real tamanho.
O resíduo de politereftalato de etileno é proveniente da empresa Masterflake da cidade de Guaíba – RS, onde esta trabalha com os dois tamanhos já mencionados, como podem ser visualizados na Figura 7.
Figura 7 - Pó de PET e flakes de PET
3.3.4 Ligante asfáltico
O ligante asfáltico utilizado para o estudo foi do tipo cimento asfáltico, com classificação CAP 50/70, sendo o mais utilizado em obras de pavimentação a nível estadual como nacional. Tem sua produção resultante da Refinaria Alberto Pasqualini – REFAP, sediada em Canoas – RS. 3.4 Métodos
A seguir serão relatados os processos de caracterização dos materiais desenvolvidos, como também, os ensaios mecânicos nos quais as misturas produzidas foram submetidas. O processo de caracterização dos materiais deu-se por meio da análise granulométrica e densidade. Já os ensaios mecânicos foram: estabilidade e fluência Marshall, resistência à tração por compressão diametral, módulo de resiliência e dano por umidade induzida.
3.4.1 Análise granulométrica
O bom comportamento de misturas asfálticas está relacionado diretamente com a distribuição granulométrica de seus constituintes. Em função disso, realizou-se a análise granulométrica dos materiais escolhidos para esta pesquisa com intuito de analisar seu enquadramento nas faixas de trabalho determinadas pela norma DNIT-ES 031/2006 (DNIT, 2006b). A norma determina que a escolha da faixa deve ser feita partindo do diâmetro máximo dos agregados, onde este deve ser inferior a 2/3 da espessura da camada.
A análise granulométrica consiste na distribuição do agregado por meio de uma série de peneiras, onde a massa do material retido em cada peneira é comparada com a massa total da amostra do agregado seco. Tais procedimentos seguiram a norma DAER/RS-EL 102/01 (DAER, 2001a), do Manual de Ensaios do DAER, Volume 2, a qual prescreve aparelhagem, amostras e ensaios para obtenção da curva granulométrica.
As misturas foram enquadradas na faixa C do DNIT e a distribuição dos agregados se deu a partir de uma série de peneiras com abertura de malhas distintas entre si, conforme a Tabela 1. Já a Tabela 2 apresenta a quantidade de material necessário com seu respectivo diâmetro máximo para a realização do ensaio, conforme a norma utilizada.
