Desempenho mecânico de concretos asfálticos com incorporação de resíduo de politereftalato de etileno

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THAÍS REGINA KOLLING

DESEMPENHO MECÂNICO DE CONCRETOS ASFÁLTICOSCOM

INCORPORAÇÃO DERESÍDUO DE POLITEREFTALATO DE ETILENO

Santa Rosa 2019

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THAÍS REGINA KOLLING

DESEMPENHO MECÂNICO DE CONCRETOS ASFÁLTICOSCOM

INCORPORAÇÃO DERESÍDUO DE POLITEREFTALATO DE ETILENO

Trabalho de Conclusão de curso de Engenharia Civil apresentado como requisito para obtenção de título de Engenheiro Civil.

Orientador: Prof. Dr. André Luiz Bock

Santa Rosa 2019

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THAÍS REGINA KOLLING

DESEMPENHO MECÂNICO DE CONCRETOS ASFÁLTICOS

COM

INCORPORAÇÃO DE

RESÍDUO DE POLITEREFTALATO DE ETILENO

Este Trabalho de Conclusão de Curso foi julgado adequado para a obtenção do título de ENGENHEIRA CIVIL e aprovado em sua forma final pelo professor orientador e pelo membro da banca examinadora.

Santa Rosa, 05 de Julho de 2019

Professor André Luiz Bock Engenheiro Civil Doutor pela UFRGS Professor Mauro Fonseca Rodrigues Coordenador do Núcleo DCEeng/UNIJUÍ-SR

BANCA EXAMINADORA

Professor André Luiz Bock Engenheiro Civil Doutor pela UFRGS Professora Daiana Frank Bruxel Bohrer

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Ao meu noivo Rafael Scalabrin que nunca deixou de acreditar em mim, meus sinceros agradecimentos e amor.

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AGRADECIMENTOS

A Deus por estar comigo em todos os momentos traçando as minhas rotas e me trazendo até aqui.

Ao meu noivo pelo incentivo, por estar comigo em todos os momentos, por acreditar e me apoiar.

Aos meus pais Auri e Cecília, meus irmãos Tainara e Tayson por apoiarem minhas escolhas e por estarem sempre na torcida.

Aos meus sogros Vandinara e Evandro que, durante a faculdade, cuidaram de mim e me deram muita força.

Ao meu orientador pelos assessoramentos, dicas e por todos os ensinamentos prestados durante a minha formação, e por despertar em mim o gosto pela área da geotecnia e pavimentação;

Minha colega e amiga Samara, que não mediu esforços para me ajudar neste último ano, principalmente no desenvolvimento deste trabalho.

Aos meus colegas Marcos e Pablo que me auxiliaram nas dosagens e em várias etapas dos meus ensaios e formação, meu sincero agradecimento.

Ao Laboratório de Engenharia Civil da Unijuí campus Santa Rosa e Ijuí pela prestatividade e incentivo durante a execução deste trabalho.

Um especial agradecimento ao professor Luciano Pivoto Specht por possibilitar a realização dos ensaios no GEPASV aos colegas, engenheiros, Fernando Zuchi e Fernando Boeira pela prestatividade e no auxílio na execução dos ensaios necessários para a conclusão deste trabalho.

Enfim, a todos os professores, amigos e colegas que participaram da minha formação, meus sinceros agradecimentos.

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O insucesso é apenas uma oportunidade para recomeçar de novo com mais inteligência.

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RESUMO

KOLLING, T. R. Desempenho mecânico de concretos asfálticos com incorporação de resíduo de politereftalato de etileno. 2019. Trabalho de

Conclusão de Curso. Curso de Engenharia Civil, Universidade Regional do Noroeste do Estado do Rio Grande do Sul – UNIJUÍ, Santa Rosa, 2019.

Com o crescente aumento na utilização de materiais provenientes de politereftalato de etileno (PET), tem-se a preocupação com o descarte deste resíduo. Desta forma, foi encontrado um meio de utilizar esse material nas camadas de revestimento asfáltico, trazendo benefícios para sua estrutura. Este trabalho tem como objetivo principal, verificar o desempenho mecânico de concretos asfálticos com a adição de resíduo de pó de politereftalato de etileno em misturas com agregados basálticos e ligante asfáltico modificado por polímero. Para este estudo foram utilizados dois teores diferentes de resíduo de politereftalato de etileno, nas proporções de 0,5% e 0,75% em substituição ao agregado miúdo, da mistura asfáltica com a utilização de asfalto modificado por polímero AMP 60/85. Foram dosadas quatro misturas, destas, duas são dosagens de Referência com utilização de agregados minerais na mesma quantidade, modificando apenas o tipo de ligante asfáltico, sendo uma com asfalto modificado por polímero AMP 60/85 e a outra com cimento asfáltico de petróleo CAP 50/70. As duas outras misturas são compostas com os agregados de referência, porém com adição de PET moído em substituição ao porcentual de agregado miúdo, estas foram dosadas com AMP 60/85, com adição de 0,5% e 0,75% de PET moído. O método utilizado para as dosagens foi o de Marshall, cuja compactação ocorre por impacto, em busca de uma definição do teor ótimo de ligante para um volume de vazios de 4%. As misturas foram submetidas a ensaios de estabilidade/fluência e resistência à tração por compressão diametral, módulo de resiliência e resistência ao desgaste por abrasão Cântabro. Em relação à estabilidade, as misturas com substituição de PET se mostraram superiores às misturas de Referência. O maior valor de fluência foi obtido na mistura com a adição de 0,75% de PET em comparação com o restante das misturas. No ensaio de resistência por compressão diametral e módulo de resiliência, todas as misturas obtiveram valores superiores ao mínimo especificado na norma, entretanto a adição do PET diminuiu a resistência em relação as misturas de Referência. Os valores de MR diminuíram com a maior quantidade de PET, contudo os resultados foram elevados ficando bem próximo dos valores de Referência. O desgaste por abrasão mostrou-se dentro dos padrões estabelecidos da norma, porém ao analisar as misturas, as que tiveram a adição de PET obtiveram maior perda de massa se comparada as de Referências. Os resultados encontrados possibilitam afirmar que a mistura mais com adição de 0,5% de pó de PET obteve valores mais próximos às misturas de Referências.

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ABSTRACT

KOLLING, T. R. Mechanical performance of asphalt concrete with incorporation

of ethylene terephthalate residue. 2019. Course Completion Work. Civil

Engineering Course, DCEEng, Regional University of the State of Rio Grande do Sul - UNIJUÍ, Santa Rosa, 2019.

With the increasing increase in the use of materials from polyethylene terephthalate (PET), we are concerned with the disposal of this residue. In this way, a means of using this material in the layers of asphalt coating was found, bringing benefits to its structure. The main objective of this work is to verify the mechanical performance of asphalt concrete with the addition of polyethylene terephthalate powder residue in mixtures with basaltic aggregates and polymer modified asphalt binder. For this study, two different contents of ethylene polyterephthalate residue were used, in proportions of 0.5% and 0.75%, replacing the small aggregate, of the asphalt mixture with the use of AMP 60/85 modified polymer asphalt. Four mixtures were dosed; of these, two are dosages of Reference with the use of mineral aggregates in the same quantity, modifying only the type of asphalt binder, one being with asphalt modified by polymer AMP 60/85 and the other with petroleum asphalt cement CAP 50 / 70. The two other mixtures were composed with the reference aggregates, but with the addition of ground PET in place of the small aggregate percentage, these were dosed with AMP 60/85, with addition of 0.5% and 0.75% of ground PET . The method used for the dosages was that of Marshall, whose compression occurs by impact, in search of a definition of the optimal binder content for a volume of voids of 4%. The mixtures were subjected to stability / creep and tensile strength tests by diametrical compression, resilience modulus and wear resistance by Cantabrian abrasion. In relation to the stability, the mixtures with substitution of PET were superior to the reference mixtures. The highest creep value was obtained in the blend with the addition of 0.75% PET compared to the remainder of the blends. In the diametrical compression strength and modulus of resiliency tests, all the blends obtained values higher than the minimum specified in the standard, however the addition of PET decreased the resistance in relation to the reference mixtures. The MR values decreased with the highest amount of PET, however the results were high being very close to the Reference values. The wear by abrasion was within the established standards of the standard, but when analyzing the mixtures, those that had the addition of PET obtained greater mass loss when compared to those of References. The results show that the mixture with the addition of 0.5% PET powder obtained values closer to the Reference mixtures.

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LISTA DE FIGURAS

Figura 1: Estrutura de Pavimento Flexível ... 19

Figura 2: Estrutura de Pavimento Rígido... 20

Figura 3: Consumo de Asfalto entre 2008-2017 ... 23

Figura 4: Representação convencional de curvas granulométricas ... 26

Figura 5: Fluxograma da dosagem método Superpave ... 28

Figura 6: Compactador Giratório Superpave ... 28

Figura 7: Moldagem de corpos de prova tipo Marshall em laboratório ... 31

Figura 8: Delineamento da Pesquisa ... 38

Figura 9: Agregados utilizados ... 39

Figura 10: Pó de PET ... 39

Figura 11: Ligante Asfáltico ... 40

Figura 12: Composição das misturas ... 41

Figura 13: Corpos de prova desmoldados ... 42

Figura 14: Prensa Marshall ... 43

Figura 15: Corpo de prova encaixado nos frisos metálicos ... 44

Figura 16: Prensa utilizada... 45

Figura 17: Prensa Módulo de Resiliência ... 46

Figura 18: Tambor de Los Angeles ... 47

Figura 19: Curva dos parâmetros Marshall- M1 de Referência ... 49

Figura 20: Curva dos parâmetros Marshall- M2- AMP + 0,5% PET. ... 50

Figura 21: Curva dos parâmetros Marshall M3- AMP + 0,75% PET. ... 51

Figura 22: Curva dos parâmetros Marshall M4- Referência CAP50/70 ... 52

Figura 23: Resultado Resistência a Tração (MPa) ... 54

Figura 24: Resultados Módulo de Resiliência ... 55

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LISTA DE TABELAS

Tabela 1: Faixas granulométricas para agregados ... 32

Tabela 3: Parâmetros M1 AMP 60/85 ... 48

Tabela 4: Parâmetros Mistura M2- AMP+0,5% PET ... 50

Tabela 5: Parâmetros M3- AMP+0,75% PET ... 51

Tabela 6: Parâmetros M4- Ref. CAP50/70 ... 52

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LISTA DE SIGLAS

ABEDA Associação brasileira das distribuidoras de asfalto ABIPET Associação Brasileira da Indústria do PET

ABNT Associação Brasileira de Normas Técnicas ABS Acrilonitrila-butadieno-estireno

AMP Asfalto Modificado por polímero CA Concreto Asfáltico

CAP Cimento Asfáltico de Petróleo CGS Compactador giratório

CNT Confederação Nacional do Transporte CPs Corpos de prova

DNER Departamento Nacional de Estradas e Rodagem

DNIT Departamento Nacional de Infraestrutura de Transportes ES Especificação de Serviço

EUA Estados Unidos da América EVA Acetato de vinila

ME Método de Ensaio

PET Politereftalato de Etileno

PNRS Plano Nacional de Resíduos sólidos SB Estireno-butadieno

SBS Estireno-butadieno-estireno

SEBS Estirenoetileno-butadieno-estireno SIS Estireno-isopreno-estireno

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SUMÁRIO

1 INTRODUÇÃO ... 15 1.1 Contexto ... 15 1.2 Problema ... 17 1.3 Objetivos de pesquisa ... 17 1.4 Delimitação ... 18 2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA ... 19 2.1 Pavimentação asfáltica ... 19 2.2 Revestimento asfáltico ... 20 2.3 Ligante asfáltico ... 21

2.3.1 Cimento asfáltico de Petróleo ... 22

2.3.2 Asfalto Modificado por Polímero ... 23

2.4 Agregados minerais para concretos asfálticos ... 25

2.5 Dosagens de concretos asfálticos ... 27

2.5.1 Método Superpave ... 27

2.5.2 Método Marshall ... 29

2.6 Politereftalato de etileno ... 32

2.6.1 Reciclagem de Polireftalato de Etileno (PET) ... 33

2.7 Concreto asfáltico e o resíduo PET ... 34

3 METODOLOGIA... 37 3.1 Método de abordagem... 37 3.2 Delineamento da pesquisa ... 37 3.3 Materiais ... 38 3.3.1Agregados Pétreos ... 39 3.3.2Resíduo PET ... 39 3.3.3Ligante Asfáltico ... 40 3.4 Métodos ... 40 3.4.1Dosagem Marshall ... 40

3.4.2Resistência a Tração por Compressão Diametral ... 43

3.4.3Módulo de Resiliência ... 45

3.4.4Ensaio de desgaste por abrasão (Cântabro) ... 47

4 RESULTADOS ... 48

4.1 Dosagem Marshall ... 48

4.2 Resistência a Tração por Compressão Diametral (RT) ... 54

4.3 Módulo de Resiliência (MR) ... 55

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5 CONSIDERAÇÕES FINAIS ... 58

5.1 Conclusões ... 58

5.2 Sugestões para trabalhos futuros ... 60

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1 INTRODUÇÃO

A grande demanda de materiais plásticos no cotidiano brasileiro e o aumento do uso diário destes materiais, traz uma grande preocupação quanto a destinação adequada dos resíduos provenientes destes, estimulando assim novas pesquisas

(ARAO, 2016).

1.1 Contexto

Os plásticos são responsáveis por grande parte da geração de resíduos sólidos no mundo, isso se deve a sua versatilidade de utilização. Estão presentes na vida da população em muitas áreas como embalagens em geral, construção civil, peças de carros automotivos, aplicações elétricas e eletrônicas (GÜRÜ et al., 2014).

Segundo os mesmos autores: “Como têm alta temperatura de decomposição, alta resistência à radiação ultravioleta e, na maioria das vezes, não são biodegradáveis, podem permanecer na terra e no mar por anos, causando poluição ambiental”.

Arao (2016) salienta que a reutilização de resíduos sólidos diminui o consumo de matéria prima e minimiza os impactos ambientais, promovendo assim a preservação dos recursos naturais. Com a inclusão de materiais alternativos na pavimentação busca-se diminuir os custos da construção e a melhora no comportamento mecânico.

Os serviços de construção civil e de pavimentação de vias consomem excessiva matéria prima como agregados naturais que provem de jazidas, por sua vez ficam a centenas de quilômetros do local de construção. Esta distância gera gastos elevados com transporte e com o aumento de construções. “A extração de matéria prima torna-se detorna-senfreada e o uso racional das jazidas fica comprometido” (MARQUES,2014).

A Lei n° 12.305/2010 através da Política Nacional de Resíduos Sólidos (PNRS) estabelece diretrizes importantes para a prevenção e a redução de resíduos sólidos com a responsabilidade compartilhada entre os geradores de resíduos. A PNRS traz a proposta de prática de hábitos de consumo sustentável, instrumentos que propiciam a reciclagem e reutilização dos resíduos sólidos, assim como a destinação ambientalmente adequada dos rejeitos (MINISTÉRIO DO MEIO AMBIENTE, 2018).

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Thaís Regina Kolling (thaiskolling@hotmail.com). Trabalho de Conclusão de Curso. Santa Rosa DCEENG/UNIJUÍ, 2019

Segundo a Associação Brasileira da Indústria do PET (ABIPET)o último censo realizado aponta que em 2015, o Brasil reciclou 274 mil toneladas de PET, 51% do montante consumido no país (ABIPET, 2018).

Devido a qualidade da resina PET, valor agregado nas embalagens e o volume de material utilizado, o PET atrai o ramo empresarial. Visto que as possibilidades de reutilização do resíduo são amplas e em vários setores, a exemplo: produção de multifilamentos (fabricação de cordas) e monofilamentos (produção de fios de costura); moldagem de produtos para o setor de autopeças, lâminas para termo- formadores e formadores a vácuo, embalagens de detergentes; embalagens secundárias e terciárias de alimentos, carpetes, paletes entre outros (FORLIN E FARIA, 2002).

Para Silva (2015) os resíduos de origem polimérica se inserem neste contexto de reutilização e reciclagem por apresentar vantagens como a sua alta disponibilidade e baixo custo de aquisição.

Silva (2015) diz ainda que a adição de Politereftalato de Etileno (PET) em Cimento Asfáltico de Petróleo (CAP) pode ser uma alternativa para aumentar as propriedades mecânicas, tendo em vista que ele é plastômero, proporcionando uma maior suscetibilidade a fadiga e com isso aumentando a vida útil do pavimento.

Para proporcionar aos usuários conforto e segurança é de extrema importância que se pense na concepção do pavimento, este deve-se conservar ao tempo de vida útil de projeto e deve ser economicamente e ambientalmente viável (QUEIROZ,2016). Arao (2016) ressalta que o alto crescimento da frota de veículos causa engarrafamento que exige mais do pavimento não somente pelo volume, mas também pela velocidade reduzida, para evitar defeitos precoces no pavimento, busca-se pela melhora do comportamento mecânico através de pesquisas de novos materiais de aperfeiçoamento.

Arao (2016), cita ainda que a utilização de polímeros reutilizados é uma medida comum e que a adição de PET em mistura asfáltica é promissora pois é um material inerte, resistente e com boa estabilidade química. Para dar uso alternativo ao PET deve se aprofundar os conhecimentos sobre o seu comportamento mecânico nas misturas asfálticas.

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Desta forma a presente pesquisa visa buscar uma alternativa de utilização dos resíduos de politereftalato de etileno (PET) elaborando um estudo do desempenho mecânico de concretos asfálticos, com utilização de asfalto modificado por polímero (AMP), agregados basálticos do Noroeste gaúcho com incorporação de dois diferentes teores (0,5% e 0,75%) de pó de PET, analisando assim uma alternativa de produção e aplicação do resíduo em grande escala.

1.2 Problema

A utilização de resíduos traz inúmeros benefícios ao meio ambiente em diferentes áreas da engenharia, desta forma, pretende-se analisar a incorporação de resíduos PET em Concretos Asfálticos (CA), respondendo às questões a seguir:

▪ Questão Principal:

A incorporação de resíduos PET traz benefícios mecânicos e aumento de desempenho para uma utilização em grande escala na produção de CA?

▪ Questões Secundárias:

Quais os efeitos gerados pela incorporação de resíduos PET em Concretos Asfálticos produzidos com materiais comumente empregados no Noroeste do estado do Rio Grande do Sul?

1.3 Objetivos de pesquisa

▪ Objetivo geral

Análise laboratorial dos efeitos da incorporação de diferentes teores de resíduos PET nas propriedades mecânicas e de desempenho de Concretos Asfálticos produzidos no noroeste do Rio Grande do Sul.

▪ Objetivos específicos

▪ Definir, através da análise de pesquisas anteriores, quais os percentuais ideais de incorporação de resíduos PET em misturas asfálticas dosadas pela metodologia Marshall;

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▪ Determinar a influência da incorporação de diferentes teores de resíduos PET (pó-de-PET) nos parâmetros de dosagem e nas propriedades mecânicas de Concretos Asfálticos dosados a partir da Metodologia Marshall;

▪ Verificar a variação de resistência e rigidez das misturas projetadas por meio da realização de ensaios de resistência à tração e módulo de resiliência de misturas sem incorporação de resíduos (Referência) e misturas com incorporação de diferentes teores de PET;

▪ Verificar a perda de massa por desgaste através do ensaio Cântabro; ▪ Estabelecer os benefícios mecânicos obtidos entre os dois modelos de incorporação em mistura asfáltica produzidas com ligantes asfálticos modificados (AMP 60/85).

▪ Determinar a viabilidade técnica da reutilização destes resíduos na produção e aplicação em grande escala no campo.

1.4 Delimitação

Estudo de desempenho mecânico de concretos asfálticos com incorporação de diferentes teores (0,5% e 0,75%) de resíduo de politereftalato de etileno moído mais conhecido como pó de PET em concretos asfálticos (CA) dosados através da metodologia Marshall, com utilização de agregados minerais de formação basáltica e asfalto modificado por polímero (AMP).

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2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA

A seguir será apresentado um estudo bibliográfico que visa elucidar sobre o assunto da pesquisa, está dividido em sete subtítulos sendo eles respectivamente: pavimentação asfáltica, revestimento asfáltico, ligante asfáltico, agregados minerais para concretos asfálticos, dosagens de concretos asfáltico, Politereftalado de etileno e os estudos anteriormente realizados de concreto asfáltico com a adição de resíduo PET.

2.1 Pavimentação asfáltica

De acordo com Bernucci et al (2008) o pavimento é uma estrutura de múltiplas camadas, construída sobre a superfície final de terraplenagem, esta deve resistir aos esforços oriundos do tráfego de veículos e do clima, também deve propiciar aos usuários melhoria nas condições de rolamento, com conforto, economia e segurança. De acordo com o Manual de Pavimentação do DNIT (2006) o pavimento pode ser classificado em flexíveis, semi-rígidos e rígidos:

• Flexível: é o pavimento em que todas as camadas sofrem deformação elástica significativa quando estão sob ação de carregamento, sendo a carga distribuída em parcelas aproximadamente iguais entre as camadas. São compostos por revestimento asfáltico, apoiada sobre camada de base e sub-base de materiais granulares, reforço do subleito e subleito, conforme apresentado na Figura 1.

Figura 1: Estrutura de Pavimento Flexível

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• Semirrígido: É caracterizado por possuir uma base cimentada, constituída por algum aglutinante com propriedades cimentícias.

• Rígido: É o pavimento caracterizado por possuir elevada rigidez em relação as camadas inferiores, absorvendo praticamente todas as tensões provenientes do carregamento aplicado. Como mostra a Figura 2, possui em sua estrutura uma camada de concreto de cimento Portland, sub-base, reforço de subleito e subleito.

Figura 2: Estrutura de Pavimento Rígido

Fonte: Bernucci (2008).

Segundo a Confederação Nacional dos Transportes CNT (2018), no Brasil 99% dos pavimentos são flexíveis.

2.2 Revestimento asfáltico

O revestimento é a camada superficial que recebe as cargas dos veículos e da ação climática (BERNUCCI et. al, 2008). Assim, deverá receber as cargas, estáticas ou dinâmicas, distribuir para as camadas inferiores sem sofrer grandes deformações elásticas ou plásticas, desagregação de componentes ou, ainda perda de compactação (BALBO, 2007).

Portanto, esta camada deverá ser impermeável, flexível, durável, resistente a derrapagem, resistência a fadiga, ao trincamento térmico e resistente aos esforços de contato pneu-pavimento (que variam conforme a carga e a velocidade dos veículos). Com um projeto adequado da estrutura do pavimento, e com a dosagem da mistura asfáltica compatível com as outras camadas escolhidas, proporcionados de forma a

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resistirem às solicitações previstas de tráfego e clima os requisitos técnicos e de qualidade serão atendidos (BERNUCCI et. al.,2008).

Segundo o autor Balbo (2007), o revestimento pode ser subdividido em duas ou mais camadas por razões técnicas, construtivas e de custo. Desta forma é possível encontrar diferentes expressões como “camada de rolamento” e “camada de ligação” para descrever um revestimento dividido em duas camadas de diferentes materiais. O Quadro 01 traz as diferentes terminologias empregadas no meio rodoviário.

Quadro 1: Termos aplicáveis a camadas de revestimento asfáltico DESIGNAÇÃO DO

REVESTIMENTO DEFINIÇÃO

Camada de Rolamento É a camada superficial do pavimento, diretamente em contato com as cargas e com ações ambientais

Camada de Ligação

É a camada intermediária, também em mistura asfáltica, entre a camada de rolamento e a base do pavimento

Camada de Nivelamento

Em geral, é a primeira camada de mistura asfáltica empregada na execução de reforços (recapeamento), cuja função é corrigir os desníveis em pista, afundamentos localizados, enfim, nivelar o perfil do greide para posterior execução de nova camada de rolamento

Camada de Reforço

Nova camada de rolamento após anos de uso do pavimento existente, executada por razões funcionais, estruturais ou ambas

Fonte: Adaptado (Balbo, 2007).

2.3 Ligante asfáltico

Segundo Bernucci et al. (2008) o asfalto utilizado na pavimentação é um ligante betuminoso que se origina da destilação do petróleo e que tem a propriedade de ser um adesivo termoviscoplástico, impermeável e resistente à ação da maioria dos ácidos, dos álcalis e dos sais, podendo ser aquecido ou emulsionado em amplas combinações do esqueleto mineral.

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A produção dos asfaltos ocorre por destilação do petróleo ao longo de uma torre, onde, por diferenças de temperatura do topo até a base ou fundo, obtêm-se produtos como gasolina, nafta, querosene, diesel e complementando-se com o resíduo. (SENÇO, 1997)

No Brasil, emprega-se a denominação de CAP cimento asfáltico de petróleo, para designar esse produto semissólido a temperaturas baixas, viscoelástico a temperatura ambiente e líquido as altas temperaturas. Atualmente existem no Brasil seis tipos de ligantes asfálticos são eles: (BERNUCCI et. al.,2008).

• Cimento Asfáltico de Petróleo – CAP • Asfaltos Diluídos – ADP

• Emulsões Asfálticas – EAP

• Asfaltos oxidados ou soprados de uso industrial

• Asfaltos Modificados por Polímero – AMP ou por borracha AMB • Agentes Rejuvenescedores – AR ou ARE

Os ligantes asfálticos mais utilizados são o Cimento Asfáltico de Petróleo CAP e o ligante Asfáltico Modificado por Polímero AMP.

2.3.1 Cimento asfáltico de Petróleo

O cimento asfáltico de petróleo (CAP) é o asfalto produzido para apresentar as qualidades e consistências próprias para uso direto na construção de pavimentos, tendo uma penetração a 25°C, sob uma carga de 100 g, aplicada durante 5 segundos (SENÇO,1997).

O CAP dispõe de boa aderência aos agregados, além de possuir propriedades impermeabilizante. Apresenta propriedades como flexibilidade relativa durabilidade e grande resistência à maior parte dos ácidos, sais e álcalis, além de ser insolúvel em água. Este material termoplástico, de comportamento reológico complexo e dependente da temperatura, que, com o intemperismo, se altera, perdendo suas propriedades iniciais, tornando mais viscoso e frágil. Isso ocorre, pois, o cimento asfáltico de petróleo sofre transformações químicas quando exposto a radiação solar, às águas ácidas ou sulfatadas, às ações de óleos e graxas, lubrificantes e combustíveis que trafegam pelas vias pavimentadas (BALBO,2007).

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Através da viscoelasticidade o cimento asfáltico de petróleo tem dois comportamentos mecânicos distintos: elástico sob a aplicação de carga de curta duração e viscoso sob carga de longo tempo de aplicação. Com a pouca reatividade química é garantido a durabilidade, propiciando uma oxidação mais lenta com a ação das intempéries, principalmente sob a variação de temperatura e ação do ar. (TAIRA,2001)

Conforme a norma DNIT 095/2006, a classificação de cimentos asfálticos de petróleo é realizada de acordo com sua procedência, da seguinte forma: CAP-30/45, CAP-50/70, CAP-85/100 e CAP-150/200. Devido à sua disponibilidade em refinarias por todo o país, o Concreto Asfáltico mais usado no Brasil é o usinado com asfalto convencional do tipo CAP 50-70.

Associação Brasileira das Distribuidoras de Asfalto ABEDA (2018), através do consumo de asfalto nas refinarias da Petrobras apresenta o gráfico da evolução do mercado de asfalto entre os anos de 2008 e 2017, conforme mostra a Figura 3.

Figura 3: Consumo de Asfalto entre 2008-2017

Fonte: Adaptado da Petrobras (2018).

2.3.2 Asfalto Modificado por Polímero

Em grande parte das aplicações rodoviárias, os asfaltos convencionais têm bom comportamento, satisfazendo os requisitos necessários para o desempenho adequado das misturas asfálticas sob tráfego e condições climáticas. Entretanto, onde há condições de volume de veículos comerciais elevada e peso por eixo crescente, ano a ano, em rodovias especiais ou nos aeroportos, em corredores de tráfego pesado

2.168.922 _2.144.899 2.848.422 2.572.844 2.689.686 2.725.457 3.293.891 2.046.917 2.150.233 _1.932.185 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 T O N E L A D A S

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canalizado e para condições adversas de clima com grande variação térmica, tem sido cada vez mais necessário o uso de modificadores das propriedades de asfalto. Entre esses, estão asfaltos naturais, gilsonita ou asfaltita, mas especialmente polímeros de vários tipos que melhoram o desempenho do ligante (BERNUCCI et al., 2008).

Segundo Taira (2001), o asfalto modificado deve conter algumas propriedades diferenciadas em comparação ao asfalto convencional são elas:

• Aumento da coesão; • Aumento da adesão;

• Redução da suscetibilidade térmica;

• Aumento da resistência ao envelhecimento; • Aumento da elasticidade;

• Melhoria das propriedades reológicas.

Taira (2001) diz ainda que ao atender estas propriedades com a adição de polímeros há benefícios diretos às misturas asfálticas tais como:

• Aumento da resistência à formação de trincas térmicas para baixas temperaturas;

• Aumento da resistência a deformação permanente e formação de trincas para altas temperaturas;

• Aumento da vida de fadiga; • Aumento da resistência a tração;

• Melhoria da adesão e da coesão do agregado com o ligante.

Para Bernucci et al. (2008) o polímero deve atender algumas exigências para atender as condições técnicas e ser viável economicamente: deve ser resistente à degradação nas temperaturas usuais de utilização do asfalto, misture-se adequadamente ao asfalto, melhore as características fluidez do asfalto a altas temperaturas, sem que o ligante fique muito viscoso para a misturação e espalhamento, nem tão rígido nem tão quebradiço a baixas temperaturas.

Durante a estocagem o asfalto-polímero deve manter suas propriedades, ser processado em equipamentos convencionais, permanecer estável, física e quimicamente, ao longo de todas as fases e não necessitar de temperaturas muito diferenciadas para aplicação (BERNUCCI et al., 2008).

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Os polímeros termoplásticos mais utilizados são: os copolímeros em bloco de estireno-butadieno (SB), estireno-butadieno-estireno (SBS), estireno-isopreno-estireno (SIS), etireno-etileno-butadieno-estireno-isopreno-estireno (SEBS), acrilonitrila-butadieno-estireno (ABS) e acetato de vinila (EVA) (BERNUCCI et al., 2008).

Para Balbo (2007), a modificação de CAP com polímeros nas misturas asfálticas tem como principais objetivos a melhora da resistência de misturas asfálticas quanto a formação de trilhas de roda em épocas quentes ou em climas quentes. Portanto, a viscosidade do CAP deve ser aumentada. Como também deve inibir a ruptura térmica e a propagação dessa fissura térmica empregando uma cadeia de filamentos elásticos na estrutura interna do ligante asfáltico. O papel do polímero, neste caso, é diminuir a temperatura de verificação (ponto de transição para comportamento frágil) do CAP.

2.4 Agregados minerais para concretos asfálticos

Os agregados são materiais inertes, granulares, sem forma ou dimensões definidas, com propriedades adequadas a compor misturas betuminosas, concreto de cimento, bases de calçamentos, lastros de obra entre outros. Estes materiais podem se apresentar resultantes de rochas fragmentadas em britadores, seixos rolados encontrados nos leitos atuais dos rios e antigos leitos, em jazidas resultantes de alterações de rocha, de escórias de alto forno (SENÇO, 1997).

Os agregados representam o maior volume em relação aos demais componentes em concretos asfálticos (SENÇO, 1997) e podem ser classificados quanto a natureza, quanto ao tamanho e quanto a sua distribuição granulométrica, conforme abaixo (BERNUCCI et al., 2008).

Classificação quanto a natureza:

• Natural: Obtidos de forma convencional de desmonte, escavação e dragagem de depósitos continentais, marinhos, estatuários e rios. Incluindo todas as fontes de ocorrência natural;

• Artificial: Advindos de resíduos de processos industriai, tais como escória de alto forno e de aciaria, ou fabricados especificamente com objetivo de alto desempenho, como a argila calcinada e a argila expandida;

• Reciclado: São classificados nesta categoria os agregados que são provenientes de reuso de diversos materiais. Em alguns países a

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principal fonte de agregados é a reciclagem de revestimentos asfálticos existentes, aqui no Brasil ela vem crescendo significativamente em importância.

Classificação quanto ao tamanho:

• Graúdo: Material retido na peneira n° 10 com dimensões maiores que 2,0 mm;

• Miúdo: Material retido na peneira n° 200, mas que passa na peneira n° 10, com dimensões maiores de 0,075 mm e menores que 2,0 mm; • Material de enchimento (fíller): Corresponde a peneira n°200, material

em que pelo menos 65% das partículas é menor que 0,075 mm.

Classificação quanto a distribuição dos grãos que estão ilustradas na Figura 4. Figura 4: Representação convencional de curvas granulométricas

Fonte: Bernucci et al. (2008).

• Agregado de graduação densa ou bem graduada: material próximo a densidade máxima, é aquele que apresenta distribuição granulométrica contínua.

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• Agregado de distribuição aberta: apresenta distribuição granulométrica contínua, entretanto com insuficiência de material fino (menor que 0,075mm) para preencher os vazios entre partículas maiores.

• Agregado de graduação uniforme: a curva é bastante íngreme, que apresenta a maioria das partículas com tamanhos de uma faixa bem estreita.

• Agregado com graduação com degrau ou descontínua: é aquele que possui uma pequena porcentagem de agregados com tamanhos intermediários, formando um patamar na curva granulométrica.

2.5 Dosagens de concretos asfálticos

Através de procedimentos experimentais a dosagem de uma mistura asfáltica tem por objetivo escolher um teor ótimo de ligantes, a partir de uma faixa granulométrica. O teor de projeto de ligante asfáltico se altera de acordo com o método de dosagem, e é em função de parâmetros como energia de compactação, tipo de mistura, temperatura a qual o pavimento estará submetido. O método mais utilizado é o método Marshall que faz referência a Bruce Masrshall que o desenvolveu em 1940. Outro método existente, porém, menos usual é o método denominado Superpave que realiza dosagem por amassamento e não por impacto como o de Marshall (BERNUCCI et al., 2008).

2.5.1 Método Superpave

A dosagem Superpave consiste em estimar um teor provável de projeto através da fixação do volume de vazios e do conhecimento a granulometria dos agregados disponíveis, a Figura 5 mostra as principais etapas deste método (BERNUCCI et al., 2008).

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Figura 5: Fluxograma da dosagem método Superpave

Segundo Ceratti e Reis (2011) a dosagem Superpave é realizada por amassamento (giros) por um equipamento denominado compactador giratório (CGS) o projeto de mistura é todo feito utilizando o CGS conforme ilustrado na Figura 6.

Figura 6: Compactador Giratório Superpave

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2.5.2 Método Marshall

Durante a Segunda Grande Guerra, Bruce Marshall (engenheiro do Bureau of Public Roads nos EUA) desenvolveu uma técnica de dosagem de mistura asfáltica a quente e que posteriormente o Corpo de Engenheiros do Exército dos EUA (Usace) estabeleceu em 1960 as diretrizes desta técnica que prevalecem ainda hoje no meio rodoviário (BALBO, 2007).

Balbo (2007) define o método Marshall como a aferição de algumas propriedades de misturas desenvolvidas em laboratório ou em campo, fixada sua distribuição granulométrica e usando a variação de teor de ligante nos corpos de prova (entre 3% e 7% em relação ao peso de agregados).

Para a utilização do método de Marshall nas dosagens, deve-se definir alguns parâmetros básicos como o tipo e o destino da mistura, a granulometria, a 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 (CERATTI E REIS, 2011).

Bernucci et al. (2008) diz que para a realização de dosagem Marshall deve se seguir o seguinte passo a passo:

1. Determinação das massas específicas reais dos agregados e do cimento asfáltico de petróleo (CAP);

2. Seleção da faixa granulométrica a ser utilizada na mistura de concreto asfáltico, de acordo com o DNIT (Departamento Nacional de Infraestrutura e Transportes);

3. Escolha da composição dos agregados, a fim de encaixar-se a mistura dentro dos limites impostos pela faixa granulométrica escolhida;

4. Escolha das temperaturas de mistura e de compactação, com base na curva viscosidade-temperatura do ligante escolhido. A temperatura do ligante deve se manter entre 107ºC e 177ºC. A temperatura dos agregados, deve se manter entre 10 a 15ºC acima da temperatura definida para o ligante, porém, não deve ultrapassar os 177ºC;

5. Adoção de teores de asfalto para os diferentes grupos de CPs (corpos de prova) a serem moldados. Cada grupo necessita no mínimo 3 CPs. Conforme a experiência do projetista, para a granulometria selecionada, é

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sugerido um teor (T, em %) para o primeiro grupo de CPs. Os outros grupos terão teores de asfalto acima do teor inicial (T+0,5% e T+1,0%) e abaixo (T-0,5% e T-1,0%)

6. Após o resfriamento e a desmoldagem dos corpos-de-prova, são obtidas as alturas e diâmetros dos mesmos. São determinadas também as massas secas e submersa em água com a finalidade de obter a massa específica aparente dos corpos-de-prova, que quando comparada com a massa específica máxima teórica, permite obter relações volumétricas típicas da dosagem; A Figura 7 apresenta os principais passos para moldagem dos corpos de prova tipo Marshall em laboratório.

7. A partir do teor de asfalto (%a) do grupo de CPs, é realizado o ajuste do percentual em massa de cada agregado (%n);

8. A partir do teor de asfalto, no percentual em massa de cada agregado e nas massas específicas reais dos constituintes, é calculado a massa específica máxima teórica (DMT) correspondente ao teor de asfalto considerado; 9. Cálculo dos parâmetros de dosagem para cada CP;

10. Após as medidas volumétricas, os CPs são submersos em banho-maria a 60ºC por 30 a 40 minutos. Retira-se cada corpo-de-prova colocando-o imediatamente dentro do molde de compressão. Determinam-se, então, por meio da prensa Marshall os parâmetros de estabilidade (N) e fluência (mm).

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Figura 7: Moldagem de corpos de prova tipo Marshall em laboratório

Segundo a norma do DNIT 031/2004 para a confecção de mistura asfáltica a quente em usinas apropriada utilizando ligante asfáltico, agregados e material de enchimento (filler) (BRASIL,2004). A composição de concreto asfáltico deve satisfazer

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os requisitos da Tabela 1, considerando a tolerância de granulometria como também os percentuais de ligante asfáltico conforme a faixa granulométrica exigida no projeto da camada de rolamento.

Tabela 1: Faixas granulométricas para agregados

Peneira malha quadrada %de massa, passando

Série ASTM Abertura

(mm) A B C Tolerâncias 2" 50,8 100 - - - 1 1/2" 38,1 95-100 100 - ± 7% 1" 25,4 75-100 95-100 - ± 7% 3/4" 19,1 60-90 80-100 100 ± 7% 1/2" 12,7 - - 80-100 ± 7% 3/8" 9,5 35-65 45-80 70-90 ± 7% N° 4 4,8 25-50 28-60 44-72 ± 5% N° 10 2,0 20-40 20-45 22-50 ± 5% N° 40 0,4 10-30 10-32 8-26 ± 5% N° 80 0,2 5-20 8-20 4-16 ± 3% N° 200 0,1 1-8 3-8 2-10 ± 2% Asfalto solúvel no CS2 (+)(%) 4,0-7,0 Camada de ligação (Binder) 4,5-7,5 Camada de ligação e rolamento 4,5-9,0 Camada de rolamento ± 0,3%

Fonte: Adaptado de DNIT (2004).

2.6 Politereftalato de etileno

O politereftalato de etileno, mais conhecido como PET, é um polímero termoplástico que possui uma estrutura parcialmente alifática e aromática, semicristalina e faz parte da família dos poliésteres (ARAO,2016).

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O polímero termoplástico após aquecido é capaz de se moldar várias vezes devido às suas características de se tornarem fluídos sob ação da temperatura e depois se solidificar quando há um acréscimo da temperatura (GIRALDI,2008).

Mano e Mendes (2004), afirmam que o PET pode se apresentar amorfo (transparente), parcialmente cristalino e orientado (translucido) e altamente cristalino. Possui como características:

• Peso molecular: 40 000 g/mol; • Densidade: 1,33 - 1,45 g/cm3; • Cristalinidade: variável;

• Temperatura de transição vítrea: 70 – 74°C; • Temperatura de fusão: 250 - 270°C;

• Material termoplástico; • Brilho;

• Alta resistência mecânica, química e térmica; • Baixa permeabilidade a gases.

Segundo Giraldi (2008) algumas vantagens são atribuídas a matriz polimérica termoplástica, tais como:

• Ser facilmente processado; • Reprocessamento;

• Processamento mais curto em ciclo;

• Reprodução de peças gerando maior confiança.

2.6.1 Reciclagem de Polireftalato de Etileno (PET)

Segundo a ABIPET (2018) a reciclagem do PET ocorre em três etapas:

• Recuperação: esta etapa inicia no momento do descarte e termina com a confecção dos fardos, que se torna sucata comercializada. A recuperação começa com a coleta do material ou pode ser coletiva ou coleta dirigida, após a coleta ocorre a triagem ao final do processo a prensagem transforma os materiais em fardos ideais que se tornam a sucata que será comercializada;

• Revalorização: nesta etapa ocorre a compra dos fardos de sucata e a transformação em matéria prima reciclada. Nesse processo o fardo é desfeito, colocado numa esteira onde o material é lavado, removido os contaminantes

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como pedra e tampas soltas, após passa pelo processo de classificação, moagem e lavagem, enxague, separação, pré secagem, secagem e eliminação do pó, classificação das partículas e por último o material é ensacado;

• Transformação: Última etapa do processo de reciclagem, consiste na utilização da matéria prima oriunda das garrafas PET pós consumo para a fabricação de inúmeros produtos. Atualmente o resíduo PET é aplicados em indústrias têxteis, fabricação de cordas e vassouras, chapas (como box de banheiro), filmes (bandejas e blisteres), resinas insaturadas (resina presente em para choque de carros, caixas d´água entre outros), resinas alquídicas, injeção e sopro de novas garrafas, fitas de arquear, plásticos de engenharia, tubos e conexões.

A reciclagem de politereftalato de etileno (PET) significa a contribuição para o meio ambiente e a economia de diferentes aspectos. Ajudando a reduzir a exploração dos recursos naturais e reduzindo o nível de poluição ambiental, economizando energia e dinheiro, o que contribui para modificar o físico e as propriedades de engenharia de materiais de construção, tais como asfalto e concreto de construção (SULYMAN et al., 2016)

2.7 Concreto asfáltico e o resíduo PET

Hassani et al. (2005) realizaram misturas através da metodologia de Marshall, substituindo parte dos agregados graúdos por resíduo PET em formato de grãos com diâmetro em cerca de 3 mm e embasam nos parâmetros de estabilidade e fluência e densidade. Foram testadas cincos porcentagens diferentes de substituição e os resultados da pesquisa apontaram que a substituição de 20% do volume de resíduo PET se mostrou melhor devido aos resultados no ensaio de estabilidade.

Moghaddam e Karim (2012) elaboraram uma pesquisa sobre os efeitos da adição de resíduos de partículas de PET em misturas SMA. Foram adicionados os teores de 0%, 0,2%, 0,4%, 0,6%, 0,8% e 1% de resíduo com um tamanho máximo de 2,36 mm. Os autores observaram que 0,4% PET foi o valor ótimo em caso de estabilidade e que os resultados indicaram que as misturas com a adição de PET obtiveram maior valor de estabilidade e fluência em comparação com as misturas sem

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PET. A vida de fadiga aumentou proporcionalmente com maior teor de PET, embora a rigidez das misturas diminuiu.

Silva (2015), realizou um estudo adicionando resíduo PET com diâmetro entre 0,6 e 0,075mm ao cimento asfáltico de Petróleo (CAP), analisando as propriedades mecânicas e reológicas das misturas asfálticas. Foram adicionados os percentuais de 4%, 5% e 6% relativas ao peso de teor de CAP ótimo. Silva encontrou resultados satisfatórios, concluindo que adição de PET micronizado pós consumo corresponde a um polímero melhorador das propriedades reológicas do CAP, em termos de rigidez, proporcionando a mistura asfáltica um incremento o comportamento mecânico considerando os ensaios de resistência a tração por compressão diametral, módulo de resiliência, resistência por umidade induzida, Flow Number e ruptura por fadiga.

Arao (2016), realizou uma pesquisa para determinar o comportamento mecânico de misturas com resíduo PET triturado. Foi utilizado o material triturado nos diâmetros 10 mm e 2 mm, nos teores de 0,5% e 1,0% adicionados as misturas de 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, a autora 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 houve melhoria nos resultados mecânicos, principalmente em relação à vida de fadiga. A autora ainda analisa que esta mistura é a que mais reutilizou garrafas PET, já que, em uma rodovia de duas faixas de 6 metros cada, esta mistura reutiliza mais de 400 mil garrafas PET de dois litros por quilometro, isto é, possuem uma boa influência no aspecto ambiental e socioeconômico.

Em sua pesquisa Azevedo (2016), adicionou 5% de resíduo de PET em relação ao volume de asfalto em concretos asfálticos dosados pelo método Superpave. Como resultados a autora destaca o aumento de aproximadamente 15,57% e 74,67% em relação às propriedades de resistência à tração por compressão diametral e módulo de resiliência, respectivamente. Entretanto 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.

Queiroz (2016) aborda concreto asfáltico poroso com adição de 0,33%, 0,50%, 0,75% e 1,0% de PET em relação ao peso dos agregados. Observou que em adições até 0,75% houve uma redução no teor de projeto de ligante asfáltico, concluiu ainda

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que o PET contribuiu para a inibição do escorrimento do ligante e favoreceu o desempenho das misturas em relação ao dano por umidade induzida. Também se percebeu um aumento no módulo de resiliência e uma tendência de maior vida de fadiga. Contudo, mesmo tendo apresentado maior enrijecimento, o autor revela que a adição do resíduo proporcionou maior suscetibilidade às deformações permanentes.

Coelho et al. (2018) elaboraram uma pesquisa incorporando agregados de PET e borracha na mistura asfáltica submetendo ao ensaio de Marshall e resistência a compressão com o objetivo de verificar a estabilidade e resistência a compressão frente a danos causados pela irradiação solar. Como resultados obtiveram maior estabilidade e resistência na adição de 1% de PET após a irradiação com luz visível.

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 e pode-se constatar que a utilização de PET influência de forma positiva as misturas asfálticas.

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3 METODOLOGIA

3.1 Método de abordagem

Este estudo tem como objetivo verificar o desempenho mecânico de concretos asfálticos com a adição de resíduo de pó de politereftalato de etileno em misturas com agregados basálticos e ligante asfáltico modificado por polímero.

Sendo assim foi realizada uma revisão bibliográfica seguida de pesquisa experimental a fim de obter resultados que indiquem se é viável a incorporação de politereftalato de etileno em larga escala no campo. As dosagens conforme a metodologia Marshall e os ensaios de estabilidade e fluência foram realizados no Laboratório de Engenharia Civil da Unijuí. Os ensaios de Resistência a Tração, Módulo de Resiliência e Resistência a Desgaste por Abrasão, Cântabro, foram realizados no Laboratório de Materiais de Construção Civil da UFSM- LMCC. Os resultados serão apresentados em formas de tabelas e figuras.

3.2 Delineamento da pesquisa

Inicialmente realizou-se uma pesquisa bibliográfica para elucidar sobre o tema abordado, com objetivo de obter materiais e práticas necessárias para realização do estudo. Em seguida propõem-se as dosagens de concreto asfáltico moldando os corpos de prova, pelo método Marshall, posteriormente iniciou os ensaios para a determinação de parâmetros volumétricos das misturas e os ensaios mecânicos de estabilidade e fluência, realização de resistência à tração por compressão diametral, módulo de resiliência e finalizando o estudo com o desgaste por abrasão pelo ensaio cântabro.

Afim de auxiliar na organização e procedimentos a serem executados no trabalho e de alcançar os objetivos previstos inicialmente foi realizado um fluxograma que pode ser visualizado na Figura 8, no qual apresentam-se as principais etapas do estudo, iniciando pelas dosagens pelo método Marshall com quatro tipos de misturas diferentes, a realização dos ensaios conforme descrito no parágrafo anterior, finalizando o estudo com análise dos resultados e considerações finais.

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Figura 8: Delineamento da Pesquisa

Fonte: Autoria Própria (2019).

3.3 Materiais

Os materiais utilizados para a composição das misturas e realização dos ensaios laboratoriais foram: agregados minerais basálticos, resíduo moído de politereftalato de etileno, asfalto modificado por polímero AMP 65/85 e cimento asfáltico de petróleo CAP 50/70. Dosagem Marshall Misturas AMP 60/85 (M1) Referência AMP 60/85 + 0,5 % PET (M2) AMP 60/85 + 0,75 % PET (M3) Parâmetros de dosagem: • VV/ VAM/ RBV • Estabilidade • Fluência Ensaios Mecânicos: • Resistência a Tração • Módulo de Resiliência • Cântabro Resultados e Discussões Conclusões CAP 50/70 Referência (M4)

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3.3.1 Agregados Pétreos

Os materiais mais representativos em concretos asfálticos são os agregados pétreos, para os corpos de prova produzidos nesta pesquisa os mesmos foram britados em diferentes tamanhos.

Os agregados britados analisados para a composição da mistura são: Brita 3/4”, Brita 3/8” e o Pó de Pedra, todos os agregados provieram de rocha basáltica e estão apresentados na Figura 9.

Este material foi cedido pela empresa Enphase Pavimentações LTDA e retirado da pedreira localizada na cidade de Santa Rosa– RS.

Figura 9: Agregados utilizados

Fonte: Autoria própria (2019).

3.3.2 Resíduo PET

O resíduo moído de politereftalato de etileno (PET) utilizado nesta pesquisa possui diferentes diâmetros como pode ser observado na Figura 9, este material foi disponibilizado pela empresa Masterflake localizada na cidade de Guaíba- RS.

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3.3.3 Ligante Asfáltico

Os ligantes utilizados nesta pesquisa são: o asfalto modificado por polímero AMP 60/85 e o cimento asfáltico de petróleo CAP 50/70 conforme Figura 11, os mesmos foram disponibilizados pela empresa CCL Concreto LTDA que está localizada na cidade de Santa Rosa- RS.

Figura 11: Ligante Asfáltico

3.4 Métodos

Neste item são apresentados os ensaios realizados durante a pesquisa. Foram executados os seguintes ensaios: dosagem Marshall para moldagem dos CPs e para a determinação de parâmetros volumétricos e ensaios mecânicos, ensaio de resistência por compressão diametral, ensaio de módulo de resiliência e ensaio de perda de massa por desgaste pelo método Cântabro.

3.4.1 Dosagem Marshall

A dosagem Marshall possui como objetivos principais a compactação das amostras, a determinação dos parâmetros volumétricos, teor ótimo de ligante e de estabilidade e fluência das misturas com a utilização do aparelho Marshall. Para a

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execução deste ensaio é necessária uma prensa com capacidade de aplicação de carga de 39,2 KN (quilo Newton), mecânica ou manual, cujo embolo se movimenta a uma velocidade de 5 cm por minuto. Necessita também de um molde de compactação de aço, que consiste em anéis superior e inferior e de uma placa base, ambos devem se encaixar de maneira perfeita nas extremidades do anel inferior. Além disso, se faz uso de estufa, placa metálica, bandejas, peneiras para separação do material, dentre outros (DNER-ME, 1995).

Para a realização do ensaio foi separado material para quatro misturas diferentes, destas duas são dosagens de referência com utilização de Brita 3/4, Brita 3/8 e Pó de Pedra na mesma quantidade modificando apenas o tipo de ligante asfáltico, a primeira Referência é com asfalto modificado por polímero AMP 60/85 (M1) e a outra com cimento asfáltico de petróleo CAP 50/70 (M4). As outras duas misturas são compostas com os agregados da referência, porém com adição de PET moído em substituição ao porcentual de Pó de Pedra, estas foram dosadas com AMP 60/85, são elas denominadas misturas M2 e M3, com adição de 0,5% e 0,75% de PET moído, respectivamente. A Figura 12 ilustra a composição das misturas.

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Em cada uma das dosagens foram preparados três corpos de prova (CPs) para cada percentual de ligante utilizado na dosagem, para o estudo foram utilizados 5 percentuais de ligante, sendo eles 3,5%, 4,0%, 4,5%, 5,0% e 5,5%, buscando a partir deles um teor ótimo de ligante. A norma do DNER-ME 031/04 (DNIT,2004) recomenda para camada de rolamento um teor ótimo de ligante para um percentual de vazios entre 3% e 5% desta forma para este estudo foi adotado o valor intermediário de 4% vazios.

Após a separação do material foi realizada a dosagem conforme descrito no item anterior, moldando os corpos de prova e em seguida para resfriá-los os mesmos permanecem em repouso pelo período mínimo de 12 horas em temperatura ambiente. Com os CPs compactados e resfriados, segue o ensaio com a desmoldagem, conforme Figura 13, e volumetria dos CPs (DNER-ME 043, 1995).

Figura 13: Corpos de prova desmoldados

Ceratti e Reis (2011) definem estabilidade como a carga máxima com a qual o corpo de prova resiste antes da ruptura expressa em N (Kgf) e que a fluência é definida como deslocamento máximo em milímetros (mm) apresentado pelo corpo de prova correspondente à aplicação da carga máxima.

Para a realização deste ensaio os Cps permanecem imersos em banho maria a (60±1)°C pelo período de 30 a 40 minutos, em seguida cada corpo é colocado no molde de compressão, posterior a isto o molde com o CP é posicionado na prensa,

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Figura 14, segundo a geratriz e o medidor da fluência é colocado e ajustado na posição inicial do ensaio, neste momento é realizada a primeira leitura da Fluência. A prensa é operada de tal forma que o embolo se eleve a uma velocidade de 5cm por minuto até o rompimento do corpo de prova, então é feita a leitura final da fluência e da estabilidade lida.

Figura 14: Prensa Marshall

3.4.2 Resistência a Tração por Compressão Diametral

Com o objetivo de verificar a resistência a tração dos corpos de prova, foi realizado o ensaio de compressão diametral nas amostras moldadas no teor ótimo de ligante para determinar indiretamente a resistência a tração. Neste ensaio, a aplicação de força se dá por frisos metálicos de 12,7mm de largura com a curvatura adequada ao corpo de prova cilíndrico. (BERNUCCI et al., 2008)

Este ensaio foi realizado conforme a norma do DNIT- ME 136/2018, que descreve a seguinte sequência de execução para este ensaio:

• Após a moldagem do CPs, deve se medir a altura (H) em quatro posições e o diâmetro (D) em três posições diferentes;

• Os CPs devem ser refrigerados em estufa ou em banho maria pelo período 4 horas para atingir a temperatura de 25°C;

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• Em seguida os CPs devem ser colocados com sua superfície cilíndricas entre dois frisos metálicos e ajustar os pratos da prensa até que seja obtida uma leve compressão conforme mostra a Figura 15;

• Aplicar carga progressiva com velocidade de deformação de 0,8 ± 0,1 mm/s até que se atinja a ruptura a Figura 16 traz a imagem da prensa utilizada; • Anotar o valor da carga de ruptura F.

Com os dados obtidos na sequência acima é realizado o cálculo da resistência a tração pela Equação 1:

𝜎𝑠 =

2𝐹

𝜋𝐷𝐻

(1) Onde:

σR = resistência à tração, em kgf/cm²; F = carga do de ruptura, em kgf;

D = diâmetro do corpo de prova, em cm; H = altura do corpo de prova, em cm.

Figura 15: Corpo de prova encaixado nos frisos metálicos

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Figura 16: Prensa utilizada

3.4.3 Módulo de Resiliência

Com a finalidade de determinar as propriedades elásticas das misturas asfálticas em estudo, foi realizado o ensaio de determinação de módulo de resiliência, norma DNIT- ME 135/2018. De acordo com a norma DNIT-ME 135/2018, o módulo de resiliência de misturas asfálticas é a relação entre a tensão horizontal resultante da carga cíclica e a correspondente deformação horizontal resultante do deslocamento horizontal recuperável (resiliente), por ciclo.

Previamente a realização do ensaio os corpos de prova devem ser condicionados em uma câmara por um período de mínimo de 4 horas a uma temperatura constante de 25°C±5°C. Em seguida após o período de condicionamento de temperatura o corpo de prova deve ser colocado no dispositivo de carregamento para que então seja aplicado os ciclos de carga (DNIT, 2018).

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Para a determinação do módulo de resiliência utiliza-se a Equação 2 abaixo: 𝑀𝑅 = 𝑃

|∆𝐻|𝑇(0,2692 + 0,9976𝜇) (2)

Onde:

MR é o módulo de resiliência, expresso em MPa; P é a carga cíclica, expressa em N;

H é o deslocamento horizontal (elástico ou resiliente), na interseção das duas tangentes, expresso em mm;

t é a espessura (altura) do corpo de prova, expressa em mm;  é o coeficiente de Poisson (recomendado 0,3).

Para a realização deste ensaio foi utilizado equipamento SEEPAV 14200 conforme mostra a Figura 17.

Figura 17: Prensa Módulo de Resiliência

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3.4.4 Ensaio de desgaste por abrasão (Cântabro)

Tendo em vista o desgaste do revestimento por arrancamento de agregados, foi realizado ensaio de desgaste por abrasão Cântabro, que tem como objetivo principal determinar a resistência à desagregação. A norma DNER-ME 383/99 apresenta o método na seguinte sequência de execução:

• Realizar a pesagem do corpo de prova dosado anteriormente pela metodologia Marshall e anotar seu peso (P);

• Dispor o CP, sem carga abrasiva, no tambor Los Angeles, como pode ser observado na Figura 18, previamente limpo;

• Após a colocação do CP dentro do tambor, deve-se fechá-lo com cuidado e após ligar a máquina, que deverá realizar 300 revoluções do tambor, a uma velocidade de 30 r.p.m. a 33 r.p.m., a temperatura de 25°C;

• Finalizadas as 300 revoluções, retira-se o corpo de prova do tambor, o pesa e anota seu peso (P’).

Para calcular o percentual de desgaste por abrasão, utiliza-se a Equação 3: 𝐴 =𝑃−𝑃′

𝑃 × 100 (3)

Onde:

A- Desgaste da mistura betuminosa com aproximação de 1%. P- Peso do corpo de prova antes do ensaio

P’- Peso do corpo de prova depois do ensaio

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4 RESULTADOS

Neste capítulo são apresentados e discutidos os resultados obtidos nos ensaios descritos na metodologia, tanto para as misturas de Referência M1: AMP60/85 e M4:CAP50/70, quanto para as misturas com a adição do resíduo moído de PET, M2: AMP60/85+0,5%PET e M3:AMP60/85+0,75%.

4.1 Dosagem Marshall

Os corpos de prova foram moldados conforme a metodologia Marshall conforme descrito no item 3.4.1, determinando o teor ótimo de ligante considerando o volume de vazios de 4%.

Foram dosadas as misturas M1 de referência com AMP 60/85 somente com agregados pétreos, as misturas M2 e M3 com adição de 0,5% e 0,75% de pó de PET respectivamente em substituição ao agregado miúdo da composição. Foi moldado também a mistura M4 de Referência com ligante convencional CAP 50/70.

Assim, foram moldados 15 corpos de prova para cada das misturas com objetivo de encontrar seus respectivos teores de ligante. A diferença na quantidade dos materiais miúdos devido a inclusão do resíduo moído de PET fez com que as demandas por ligante se alterassem, diminuindo o percentual em comparação com as misturas de Referência, obtendo também alterações na estabilidade e fluência de cada mistura.

Os resultados volumétricos e mecânicos para a mistura de Referência M1, podem ser visualizados na Tabela 3. A partir destes dados foram elaborados gráficos mostrando as curvas de parâmetro, Figura 19, para a definição do teor ótimo de ligante levando em consideração o volume de vazios de 4%.

Tabela 2: Parâmetros M1 AMP 60/85

Parâmetros M1 AMP Ref. Teor de projeto: 5,46%

Percentual de Ligante Asfáltico

3,5% 4,0% 4,5% 5,0% 5,5%

Massa Específica Aparente Máx. Teórica (Kg/m³)

2720 2690 2650 2620 2580

Massa Específica Aparente (Kg/m³) 2410 2410 2430 2470 2490

Volume de vazios (%) 11,62 10,20 8,36 5,67 3,74

Vazios de agregado Mineral (%) 20,02 19,82 19,26 17,97 17,37

Relação betume vazios (%) 41,96 48,55 56,60 68,47 78,49

Estabiidade (Kgf) 877,84 941,84 950,63 1028,22 964,20

Fluência (mm) 10,94 11,05 14,13 11,90 10,87

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Figura 19: Curva dos parâmetros Marshall- M1 de Referência

Fonte: Autoria Própria, (2019).

Os resultados de volumétricos e mecânicos para a mistura M2 com adição de PET podem ser visualizados na Tabela 4 e as curvas dos parâmetros na Figura 20.

0,0 2,0 4,0 6,0 8,0 10,0 12,0 14,0 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5 5,0 5,5 6,0 6,5 7,0 V a zi os ( % ) Ligante (%) Volume de Vazios (%) 15,00 16,00 17,00 18,00 19,00 20,00 21,00 22,00 2 2,5 3 3,5 4 4,5 5 5,5 6 6,5 7 V A M (% ) Ligante (%)

Vazios Agregado Mineral (%)

20 30 40 50 60 70 80 90 2 2,5 3 3,5 4 4,5 5 5,5 6 6,5 7 R B V ( % ) Ligante (%) Relação Betume/Vazios (%) 2,400 2,410 2,420 2,430 2,440 2,450 2,460 2,470 2,480 2,490 2,500 2 2,5 3 3,5 4 4,5 5 5,5 6 6,5 7 D e ns ida de A pa re nt e Ligante (%) Densidade Aparente 700 750 800 850 900 950 1000 1050 1100 1150 1200 2 2,5 3 3,5 4 4,5 5 5,5 6 6,5 7 E st a bi li da de Ligante (%) Estabilidade 4 6 8 10 12 14 16 18 2 2,5 3 3,5 4 4,5 5 5,5 6 6,5 7 Fl uê nc ia Ligante (%) Fluência