Análise laboratorial do comportamento mecânico de material fresado, estabilizado granulométrica e quimicamente com adição de cimento

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GUSTAVO KOLTERMANN BATTISTI

ANÁLISE LABORATORIAL DO COMPORTAMENTO MECÂNICO DE MATERIAL FRESADO ESTABILIZADO GRANULOMÉTRICA E

QUIMICAMENTE COM ADIÇÃO DE CIMENTO

Ijuí 2019

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GUSTAVO KOLTERMANN BATTISTI

ANÁLISE LABORATORIAL DO COMPORTAMENTO MECÂNICO DE MATERIAL FRESADO, ESTABILIZADO GRANULOMÉTRICA E

Trabalho de Conclusão de Curso de Engenharia Civil apresentado como requisito parcial para obtenção do título de Engenheiro Civil.

Orientador: MSc. José Antônio Santana Echeverria

Ijuí /RS 2019

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GUSTAVO KOLTERMANN BATTISTI

ANÁLISE LABORATORIAL DO COMPORTAMENTO MECÂNICO DE MATERIAL FRESADO, ESTABILIZADO GRANULOMÉTRICA E

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, 02 de dezembro de 2019

Prof. Msc. José Antônio Santana Echeverria Mestre pela Universidade Federal do Rio Grande do Sul - Orientador Prof. MSc. Lia Sala Coordenador do Curso de Engenharia Civil/UNIJUÍ

BANCA EXAMINADORA

Prof. Dr. André Bock Doutor pela Universidade Federal do Rio Grande do Sul

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AGRADECIMENTOS

Agradeço a Deus por mais esta realização, a minha família que sempre esteve ao meu lado em todas as situações, muito obrigado por toda confiança e pelo incentivo de ir além sempre.

Ao professor, amigo e orientador, José Antônio Santana Echeverria pela amizade, colaboração e principalmente por todo conhecimento compartilhado no desenvolvimento desta pesquisa.

Ao funcionário do Laboratório de Engenharia Civil - LEC da UNIJUI, Luiz Donato pela sua disponibilidade e dedicação e pelo fundamental apoio nos ensaios realizados.

A Universiade Regional do Noroeste do Estado do Rio Grande do Sul pela oportunidade de realizar a graduação em Engenharia Civil.

A todo corpo docente do curso, por todo conhecimento transmitido. A todos os funcionários por todo apoio e disponibilidade.

A todos os colegas e amigos que fizeram parte nesta jornada, caminhando juntos pelo mesmo objetivo, pelo auxilio nas horas de estudo e pelas conversas nos corredores que fizeram com que ficássemos próximos.

Ao amigo, Engenheiro Civil Anderson Rolim, pela amizade e por toda colaboração. A todos, o meu mais sincero muito obrigado!

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“A humildade é o primeiro degrau para a sabedoria.”

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RESUMO

BATTISTI, G. K. Análise laboratorial do comportamento mecânico de material fresado,

estabilizado granulométrica e quimicamente com adição de cimento. 2019. Trabalho de

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

Diante da grande produção de resíduos gerados pela construção civil, o desejo para encontrar um destino correto para estes materiais se fortifica. Para a pavimentação não é diferente: o material fresado, resíduo gerado pelo processo de fresagem, é descartado em bota-fora. Tendo em vista este descarte ecologicamente incorreto, esta pesquisa apresenta como objetivo uma possível reutilização deste material fresado para camada granulares de pavimentos flexíveis, estabilizando este material, mecânica, granulométrica e quimicamente. Duas situações foram comparadas: a primeira, material fresado 100%; e a segunda, material fresado 70% e pó de pedra 30%. Para estabilizar quimicamente o material fresado foram utilizados diferentes teores de cimento, com as seguintes porcentagens: 4, 6 e 8%. Na caracterização, nota-se que o material não nota-se enquadra nas faixas de estabilização granulométrica, possuindo uma deficiência de agregados finos. Corrigindo a deficiência de finos, o material foi misturado com pó de pedra, no teor de 30%. A mistura apresentou melhoras no comportamento mecânico, alcançando massas específicas e índices de suporte califórnia maiores que o material fresado simples. Os valores obtidos pela estabilização química no ensaio de ISC são superiores aos valores utilizando somente o material fresado e a mistura 70MF/30PDP. Verificou-se a influência da imersão durante o ensaio de ISC, obtendo valores divergentes em relação a mistura e ao material fresado. Para o ensaio à resistência à compressão simples encontrou-se resistência próxima a 2,10 MPa com teor de 6% de cimento Portland. A pesquisa indicou que o material fresado misturado com agregado virgem pode ser sim aplicado na camada de base de um pavimento flexível, pois alcançou bons resultados. A adição de cimento melhorou em muito a capacidade do material fresado, porém é necessário que seja realizado uma pesquisa para conferir a viabilidade econômica deste agente estabilizador.

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ABSTRACT

BATTISTI, G. K. Análise laboratorial do comportamento mecânico de material fresado,

estabilizado granulométrica e quimicamente com adição de cimento. 2019. Trabalho de

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

Faced with the large production of waste generated by civil construction, the desire to find a correct destination for these materials is strengthened. For paving, it is no different: the milled material, waste generated by the milling process, is discarded in boot-outside. In view of this ecologically incorrect disposal, this research presents as a goal a possible reuse of this milled material for granular layer of flexible pavements, stabilizing this material, mechanically, granulometrically and chemically. Two situations were compared: the first, 100% milled material; and the second, 70% milled material and 30% stone dust. To chemically stabilize the milled material, different cement contents were used, with the following percentages: 4, 6 and 8%. In the characterization, it is noted that the material does not fit in the granulometric stabilization ranges, having a deficiency of fine aggregates. Correcting the fine aggregates deficiency, the material was mixed with stone dust, in 30% content. The mixture showed improvements in mechanical behavior, reaching specific masses and californian support indexes higher than the simple milled material. The values obtained by chemical stabilization in the ISC test are higher than the values using only the milled material and the 70MF/30PDP mixture. The influence of immersion during the SCI test was verified, obtaining divergent values in relation to the mixture and the milled material. For the simple compressive strength test, resistance near 2.10 MPa with 6% Portland cement content was found. The research indicated that the milled material mixed with virgin aggregate can be applied to the base layer of a flexible pavement because it achieved good results. The addition of cement has greatly improved the capacity of the milled material, but it is necessary to carry out a survey to check the economic viability of this stabilizing agent.

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LISTA DE FIGURAS

Figura 1 - Camadas de pavimento rígido ... 18

Figura 2 - Resposta mecânica de pavimento rígido ... 19

Figura 3 - Camadas de pavimento flexível ... 20

Figura 4 - Resposta mecânica de pavimento flexível ... 20

Figura 5 - Esforços em camadas do pavimento ... 21

Figura 6 - Camadas genéricas de um pavimento ... 21

Figura 7 - Estado físico de misturas granulométricas ... 24

Figura 8 - Máquina fresadora ... 29

Figura 9 - Cilindro fresador ... 30

Figura 10 - Operação de fresagem ... 31

Figura 11 - Fluxograma das etapas da pesquisa ... 34

Figura 12 - Corpos de prova para ensaio de RCS ... 35

Figura 13 - Local de obtenção do material fresado ... 36

Figura 14 - Material fresado estocado ... 37

Figura 15 - Pó de pedra ... 37

Figura 16 - Cimento Portland CPII F 32 ... 38

Figura 17 - Material fresado puro ... 39

Figura 18 - Mistura 70MF/30PDP ... 39

Figura 19 - Determinação da massa específica dos grãos e absorção ... 42

Figura 20 - Determinação da densidade real para material fresado e pó de pedra ... 43

Figura 21 - Determinação da densidade real do agregado miúdo ... 43

Figura 22 - Equipamentos utilizados no ensaio de compactação ... 44

Figura 23 - Corpos de prova imersos ... 46

Figura 24 - Penetração do corpo de prova ... 47

Figura 25 - Prensa para ensaio de RCS ... 48

Figura 26 - Moldagem dos corpos de prova ... 49

Figura 27 - Corpos de prova sem seus respectivos moldes ... 49

Figura 28 - Corpos de prova na câmara úmida ... 49

Figura 29 - CP's com material fresado “puro” moldados para ensaio à RCS ... 50

Figura 30 - CP's com a mistura 70MF/30PDP moldados para ensaio à RCS ... 51

Figura 31 – Curva granulométrica dos materiais e misturas ... 53

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Figura 33 - Material fresado compactado ... 55

Figura 34 - Mistura 70MF/30PDP sendo preparada para ensaio de compactação ... 55

Figura 35 - Mistura 70MF/30PDP compactada ... 55

Figura 36 - Amostra após ensaio de ISC ... 56

Figura 37 - Curva de compactação do material fresado ... 56

Figura 38 - Curva de compactação da mistura 70MF/30PDP ... 57

Figura 39 - Fenômeno bleeding durante compactação ... 59

Figura 40 – Molde inclinado devido a alta carga aplicada ... 63

Figura 41 - Falha na leitura devido ao escape do estensômetro ... 63

Figura 42 - Teor de cimento x RCS (MPa) ... 64

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LISTA DE TABELAS

Tabela 1 - Parâmetros para Base e Sub-base estabilizadas granulometricamente ... 25

Tabela 2 - Nº de CP's para determinação do teor de cimento ... 35

Tabela 3 - Faixas granulométricas para material estabilizado granulometricamente ... 40

Tabela 4 - Percentagem passante dos materiais e misturas ... 52

Tabela 5 - Massas específicas e absorção dos materiais ... 54

Tabela 6 - Resultados do Ensaio de Compactação ... 56

Tabela 7 - Resultados do ensaio de ISC ... 60

Tabela 8 – Valores obtidos de ISC com adição de teores de cimento ... 62

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LISTA DE SIGLAS

BGS - Brita graduada simples

CAP – Cimento asfáltico de petróleo

CBR - Califórnia Bearing Ratio

CNT - Confederação Nacional do Transporte

CONAMA - Conselho Nacional do Meio Ambiente

CP - Corpo de prova

DNER - Departamento Nacional de Estradas de Rodagem

DNIT - Departamento Nacional de Infraestrutura de Transportes

ISC - Índice de Suporte Califórnia

LEC - Laboratório de Engenharia Civil

MF - Material fresado

MS - Macadame seco

NBR – Normas Brasileiras

PDP - Pó de pedra

RCDs - Resíduos da construção e demolição

RCS - Resistência à compressão simples

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SUMÁRIO

1 Introdução ... 14 1.1 contexto ... 14 1.2 problema ... 15 1.2.1 Questão de Pesquisa ... 16 1.2.2 Objetivos de Pesquisa ... 16 1.2.3 Delimitação ... 16 2 Revisão da Literatura ... 17 2.1 pavimentos ... 17

2.2 classificação dos pavimentos ... 17

2.2.1 Pavimentos Rígidos ... 18

2.2.2 PAVIMENTOS SEMIRRÍGIDOS ... 19

2.2.3 Pavimentos flexíveis ... 19

2.2.4 Camadas dos Pavimentos ... 21

2.2.4.1 Subleito ... 22 2.2.4.2 Reforço do subleito ... 22 2.2.4.3 Base e sub-base ... 22 2.2.4.4 Revestimentos ... 23 2.2.5 Estabilização granulométrica ... 23 2.2.6 Estabilização mecânica ... 25 2.2.7 Estabilização Química ... 26 2.3 RESTAuração de pavimentos ... 26 2.4 fresagem ... 27 2.4.1 Tipos de fresagem ... 28 2.4.2 Técnicas de fresagem ... 28 2.4.3 Equipamentos ... 29 2.4.3.1 Máquina fresadora ... 29

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2.4.3.2 Cilindro fresador ... 30

2.4.4 Sistema de operação de fresagem ... 30

2.4.5 Reutilização do material fresado ... 31

3 Metodologia ... 33 3.1 planejamento ... 33 3.2 materiais ... 36 3.2.1 Material fresado ... 36 3.2.2 Pó de pedra ... 37 3.2.3 Cimento Portland ... 38 3.2.4 Água ... 39 3.2.5 Misturas ... 39 3.3 ensaios laboratoriais ... 40 3.3.1 Análise granulométrica ... 40

3.3.2 Massa específica dos grãos ... 40

3.3.3 Ensaio de compactação ... 44

3.3.4 Índice de Suporte Califórnia ... 45

3.3.5 Resistência à compressão simples (RCS) ... 47

4 análise e discussão dos resultados ... 52

4.1 Ensaios de laboratório ... 52

4.1.1 Granulometria dos materiais e misturas ... 52

4.1.2 Massa específica dos grãos e absorção de água ... 53

4.1.3 Ensaios de compactação Proctor ... 54

4.1.4 Índice de Suporte Califórnia ... 59

4.1.5 Resistência à compressão simples ... 63

5 CONCLUSÃO ... 67

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1 INTRODUÇÃO

No mundo e no Brasil hoje na construção civil existe uma grande geração de resíduos que são descartados de maneira incorreta, prejudicando o meio ambiente. Na pavimentação não é diferente, são milhões de quilômetros de pavimentos e rodovias no mundo inteiro e que necessitam de manutenção. Uma técnica de restauração de pavimentos, bastante utilizada no Brasil, é a fresagem, que consiste em cortar uma ou mais camadas do pavimento, gerando assim, milhares de resíduos. Este material produzido pela fresagem, possui um destino sustentavelmente incorreto. São descartados em bota-foras ou utilizados como uma espécie de cascalho em estradas vicinais.

O material fresado poderia ser reutilizado como camadas granulares de pavimentos flexíveis, o que justifica um estudo de maior profundidade sobre este material. Sabe-se que o material fresado não se encaixa nas curvas de base do DNIT (Departamento Nacional de Infraestrutura de Transportes), necessitando de uma estabilização granulométrica.

É necessário a adição de algum agente estabilizador, quando a combinação de materiais sob a estabilização mecânica não for obtida. A estabilização química por meio do cimento, de acordo com Ingles e Metcalf (1972) é o que melhor fornece um resultado no aumento da resistência, além de ser o agente com maior empregabilidade na reciclagem de pavimentos.

1.1 CONTEXTO

Existem mais de quinze milhões de quilômetros de estradas pavimentadas e rodovias no mundo inteiro. Todo ano, milhares de quilômetros necessitam de manutenção. Anualmente é gasto por governos e autoridades cerca de cem bilhões de dólares para manter as rodovias. (BANCO MUNDIAL, 2015). Entretanto, devido ao custo elevado da restauração tradicional dos pavimentos, o número de estradas deterioradas, tanto no Brasil, como em nível mundial, é significante.

Rodovias que possuem qualquer tipo de comprometimento do pavimento elevam o consumo de combustível contribuindo para uma maior emissão de poluentes. Uma rodovia que apresenta um bom estado de conservação resulta em uma economia no consumo de combustível de até 5% em relação a uma rodovia com estado ruim ou péssimo de conservação (Confederação Nacional do Transporte - CNT, 2014).

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Análise laboratorial do Comportamento Mecânico de Material Fresado Estabilizado Granulométrica e Quimicamente com Adição de Cimento

Segundo Pires (2016) o alto volume de tráfego e o número significativo de veículos que opera com cargas acima dos limites estabelecidos legalmente, em conjunto com o período de uso das vias, a degradação dos pavimentos é inevitável, resultando na necessidade de restauração dos pavimentos, garantindo a segurança, o conforto e a economia projetada para os usuários.

1.2 PROBLEMA

A metodologia de fresagem de pavimento é bastante utilizada no Brasil, sendo empregada com maior frequência nas obras de recuperação de grandes volumes de pavimento e em vias urbanas. Já, o uso da reciclagem ainda não é tão empregada em obras de recuperação, mas vem aumentando nos últimos anos em nosso país (ARAÚJO, 2004).

Segundo a Resolução nº 307/02 (CONSELHO NACIONAL DO MEIO AMBIENTE -CONAMA, 2002), os resíduos provenientes de substituição ou retirada de pavimentação asfáltica são classificadas como Classe A, por serem considerados entulho da construção civil e devem ser destinados, quando possível, para reciclagem ou reutilização na forma de agregado, ou para aterro de resíduos da construção civil. Os resíduos de construção e demolição – RCDs gerados em uma quantidade expressiva, de acordo com Nunes (2004), são geralmente descartados de forma irregular.

O material fresado reutilizado em revestimento pode ter granulometria corrigida com adição de novos materiais. A correção granulométrica do material fresado (estabilização granulométrica) se destaca, pois, aliada a compactação (estabilização mecânica), possibilita a maximização da resistência ao cisalhamento do material e a rigidez, importantes do ponto de vista estrutural pois ocasionam reflexos no desempenho (SPECHT et al., 2013).

Specht et al. (2013) apresenta, ainda, que a adição de cimento (estabilização química) é muito utilizada devido a rápida obtenção de resistências e por permitir reciclar o pavimento existente em profundidades superiores ao da reciclagem com emulsão. No Brasil é prática determinar o teor de cimento baseando-se na resistência à compressão simples aos 7 dias de cura, (deve superar os 2,1MPa para o caso de bases).

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1.2.1 Questão de Pesquisa

A presente pesquisa tem como questão norteadora: Qual a solução sustentavelmente correta, técnica e economicamente viável para a reutilização do material fresado em camadas granulares de pavimentos flexíveis?

1.2.2 Objetivos de Pesquisa

Como principal objetivo da pesquisa propõe-se: realizar uma avaliação da reutilização do resíduo do processo de fresagem em camadas granulares de pavimentos flexíveis, mediante análises laboratoriais estabilizando o material granulométrica e quimicamente com adição de cimento Portland.

Como objetivos secundários propõe-se:

§ caracterizar e avaliar as propriedades físicas do material fresado e estabilizá-lo granulometricamente com agregado virgem;

§ avaliar em qual situação o material pode ser utilizado estabilizando mecanicamente através do ensaio de compactação e Índice de Suporte Califórnia (ISC);

§ identificar qual o teor de cimento Portland misturado com o material fresado e agregado virgem possui resistência necessária para ser utilizado através de ensaios de Resistência à Compressão Simples (RCS).

1.2.3 Delimitação

A pesquisa aqui apresentada considera a reciclagem asfáltica como delimitação. Para reforço de camadas de base e sub-base considera a reutilização do material fresado com adição de um agente estabilizador: cimento Portland.

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2 REVISÃO DA LITERATURA

2.1 PAVIMENTOS

Segundo Bernucci et al. (2006), o pavimento constitui-se de uma estrutura de múltiplas camadas de espessuras finitas, construída sobre a superfície final de terraplanagem, destinada técnica e economicamente a resistir aos esforços oriundos do trafego de veículos e do clima, e propiciar aos usuários melhores condições de rolamento, com conforto, economia e segurança.

É uma estrutura construída sobre a superfície obtida pelos serviços de terraplanagem com a função principal de fornecer ao usuário segurança e conforto, que devem ser conseguidos sob o ponto de vista da engenharia, isto é, com a máxima qualidade e o mínimo custo (SANTANA, 1993).

Conforme Departamento Nacional de Infraestrutura de Transportes - DNIT (2006), na maioria dos pavimentos brasileiros usa-se como revestimento uma mistura de agregados minerais de vários tamanhos, podendo também variar quanto à fonte, com ligantes asfálticos que, de forma adequadamente proporcionada e processada, garanta ao serviço executado os requisitos de impermeabilidade, flexibilidade, estabilidade, durabilidade, resistência à derrapagem, resistência à fadiga e ao trincamento térmico, de acordo com o clima e o tráfego previstos para o local.

2.2 CLASSIFICAÇÃO DOS PAVIMENTOS

Classificando os pavimentos, de uma forma geral são: rígidos, semi-rigidos e flexíveis (DNIT, 2006).

Os pavimentos rodoviários são normalmente classificados em rígidos e flexíveis. Os pavimentos rígidos, geralmente, possuem revestimento de concreto de cimento Portland e os flexíveis, revestimento de concreto de cimento asfáltico de petróleo (BALBO, 2007).

A diferença entre os pavimentos são suas camadas constituintes e as distribuições dos esforços. Conforme Echeverria (2012 apud Yoder, 1975), pavimento flexível é aquele em que as deformações, até certo limite não levam ao rompimento.

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2.2.1 Pavimentos Rígidos

Para o DNIT (2006), o pavimento rígido é aquele em que a camada de revestimento possui uma elevada rigidez em relação as outras camadas inferiores, sendo assim, absorve majoritariamente todas tensões provenientes da carga que for aplicada, tendo como exemplo, uma laje de concreto de cimento Portland.

Os pavimentos rígidos caracterizam-se pela camada de desgaste ser constituída por uma laje de concreto de cimento Portland de elevada resistência (NUNO, 2009).

Para Bianchi (2008), o pavimento rígido, possui basicamente três camadas, base, sub-base e a placa de concreto, como mostra a Figura 1. A placa ou laje de concreto pode ser colocada diretamente sobre a fundação, o que não é aconselhável, pois para que a placa tenha um apoio relativamente uniforme e resistente a erosão, é desejável que a mesma seja apoiada em uma ou mais camadas de suporte (base e sub-base).

Figura 1 - Camadas de pavimento rígido

Fonte: Bernucci et al. (2008, p. 10)

O pavimento rígido possui uma resposta mecânica dispersa, ou seja, que é distribuída por toda placa, conforme apresenta a Figura 2.

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Figura 2 - Resposta mecânica de pavimento rígido

Fonte: BALBO (2007, p. 47)

2.2.2 Pavimentos semirrígidos

Caracteriza-se por uma base cimentada por algum aglutinante com propriedades cimentícias como por exemplo, por uma camada de solo cimento revestida por uma camada asfáltica. (DNIT, 2006).

Para Minhoto (2005), os pavimentos semirrígidos resultam da combinação dos pavimentos rígidos e flexíveis. A camada superior constituída por materiais betuminosos e camadas subjacentes normalmente constituídas por materiais hidráulicos, tendo o conjunto deformabilidade reduzida

Quando se tem uma base cimentada sob o revestimento betuminoso, o pavimento reforçado de concreto asfáltico sobre placa de concreto é considerado como pavimento composto (MEDINA, 1987).

2.2.3 Pavimentos flexíveis

É identificado como pavimento flexível aquele em que todas as camadas sofrem deformação elástica significativa sob o carregamento aplicado e, portanto, a carga se distribui em parcelas aproximadamente equivalentes entre as camadas. Exemplo: pavimento constituído por uma base de brita (brita graduada, macadame) ou por uma base de solo pedregulhoso, revestida por uma camada asfáltica (DNIT, 2006).

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Tradicionalmente os pavimentos flexíveis são aqueles em que o revestimento é composto por uma mistura constituída basicamente de agregados e ligantes asfálticos. São formados, normalmente, por quatro camadas principais: revestimento asfáltico, base, sub-base e reforço do subleito, como apresenta a Figura 3.

Figura 3 - Camadas de pavimento flexível

Fonte: Bernucci et al. (2008, p. 10)

As camadas betuminosas são constituídas por duas ou três camadas, a camada de desgaste e a camada de regularização constituem o revestimento superficial do pavimento, enquanto a terceira camada betuminosa, quando existe, constitui uma camada de base. As camadas granulares são constituídas por materiais não ligados, estabilizados por meio mecânico, apresentando apenas resistência à compressão e de maior espessura que as betuminosas, formando uma camada de base ou sub-base, sendo esta última assenta diretamente na fundação (BALBO, 2007).

Para pavimentos flexíveis, ao contrário dos pavimentos rígidos, onde as tensões mecânicas são de forma distribuídas, neste caso, são concentradas, conforme Figura 4.

Figura 4 - Resposta mecânica de pavimento flexível

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Para Senço (1997) devem-se conhecer as propriedades dos materiais utilizados, sua resistência à ruptura, permeabilidade e deformabilidade, para que seja possível dimensionar de maneira correta a estrutura de um pavimento.

2.2.4 Camadas dos Pavimentos

Cada camada do pavimento possui uma ou mais funções especificas que devem propiciar aos veículos as condições adequadas de suporte e rolamento em qualquer condição climática. As cargas aplicadas sobre a superfície do pavimento acabam por gerar determinado estado de tensões na estrutura, que muito dependerá do comportamento mecânico de cada uma destas camadas e do conjunto destas (BALBO, 2007). As camadas do pavimento são apresentadas na Figura 5.

Figura 5 - Esforços em camadas do pavimento

Fonte: Balbo (2007, p.36)

Balbo (2007) divide a estrutura do pavimento nos seguintes itens: subleito; reforço do subleito; sub-base; base; e revestimento, como mostra a Figura 6.

Figura 6 - Camadas genéricas de um pavimento

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Segundo Balbo (2007) o pavimento não necessariamente deve possuir camada de sub-base ou de reforço, porém o revestimento e subleito são condições mínimas indispensáveis para que a estrutura seja chamada de pavimento. Balbo (2007), ainda, defende que a estrutura de pavimento é empreendida de forma que os esforços sejam absorvidos e transmitidos de maneira a suavizar pressões sobre as camadas inferiores, que possuem resistência menor.

2.2.4.1 Subleito

Os esforços impostos sobre a superfície do subleito serão aliviados em sua profundidade (normalmente se dispersam no primeiro metro), portanto, ter maior preocupação com os estratos superiores onde os esforços solicitantes atuam com maior magnitude. O subleito será constituído de material natural consolidado e compactado (BALBO, 2007).

2.2.4.2 Reforço do subleito

Para Balbo (2007) o emprego de camada de reforço de subleito não é obrigatório, pois espessuras maiores de camadas superiores poderiam aliviar as pressões sobre um subleito de pouca resistência. Porém, procura-se utilizá-lo por razões econômicas, pois, o emprego de solos reforçados é menos custoso que camadas mais espessas de base e sub-base.

A camada de reforço de subleito deve ser executada se o subleito não atender aos seus critérios de resistência. A espessura da camada é constante e possui capacidade de suporte superior à da regularização e inferior a da camada imediatamente superior, a sub-base (SENÇO, 2007).

2.2.4.3 Base e sub-base

Papagiannakis; Masad (2007) apontam que as propriedades características da camada de base possuem um papel vital na integridade estrutural e desempenho dos pavimentos. Nos pavimentos flexíveis, esta camada deve ser dimensionada para que tenha resistência suficiente de modo que absorva as solicitações impostas pelo trafego, distribuindo-as de forma atenuada sobre o subleito.

Quando dimensionada a camada de base e for constatado que a mesma possui uma espessura significativa, procura-se dividi-la em duas camadas por razoes construtivas e econômicas, criando-se a sub-base (BALBO, 2007).

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Os materiais que geralmente são utilizados nas camadas do pavimento são compostos por: agregados, solos e casualmente aditivos como cimento, cal, emulsão asfáltica, podendo ser classificados segundo o seu comportamento frente aos esforços em granulares e solos, estabilizados quimicamente ou cimentados e materiais asfálticos (BERNUCCI et al, 2008).

2.2.4.4 Revestimentos

De acordo com Balbo (2007) é necessário que o revestimento seja composto por materiais bem aglutinados ou dispostos de forma que não sofra movimentação horizontal.

O revestimento asfáltico é uma superestrutura constituída por um sistema de camadas de espessuras finitas, assentados sobre um semi-espaço considerado teoricamente como finito (infraestrutura ou terreno de fundação), o qual é designado de subleito (DNIT, 2006).

Muitas vezes é subdividido em duas ou mais camadas por razões técnicas, construtivas e de custo. Assim, é comum encontrar expressões como “camada de rolamento” e “camada de ligação” (do inglês binder) para descrever um revestimento divido em duas camadas de diferentes materiais (BALBO, 2007).

2.2.5 Estabilização granulométrica

Os materiais que não são estabilizados com ligante hidráulico ou asfáltico são intitulados de camadas granulares. Recebem estabilização mecânica por compactação e adensamento dos materiais. Por não possuírem coesão e não resistirem a tração trabalham sob esforços de compressão. Quando bem graduadas, são denominadas de misturas estabilizadas granulometricamente (BALBO, 2007; BERNUCCI et al, 2008).

Os materiais tradicionalmente utilizados para as camadas de base e sub-base, são os seguintes: Brita Graduada Simples (BGS); Brita Corrida; Macadame Hidráulico; Macadame Seco (MS); Macadame Betuminoso; Misturas Estabilizadas Granulometricamente; Solo-Agregado; Solo Natural; e Solo Melhorado com Cimento ou Cal.

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A estabilidade granulométrica de misturas depende do tamanho das partículas (distribuição granulométrica), do formato das partículas, da densidade relativa e do atrito interno. Dentre estes fatores, a distribuição granulométrica, ou seja, a proporção de material fino para material grosso, é considerado o aspecto mais influente na resistência ao cisalhamento, devido ao atrito gerado entre as partículas. A Figura 7 ilustra os três estados distintos de misturas granulométricas.

Figura 7 - Estado físico de misturas granulométricas

Fonte: Yoder; Witczack (1975, p. 357)

De acordo com Yoder; Witczack (1975) a mistura granulométrica, representada na imagem indicada por (a), não contém material fino, a resistência é movida pelo contato grão-a-grão; baixa densidade, porém é de difícil manuseio durante a construção. Na imagem indicada por (b) a mistura granulométrica contém material fino suficiente para preencher os vazios entre o material graúdo; alta densidade e mais resistente que o (a); manuseio de moderada dificuldade. E, de acordo com o referido autor, a imagem indicada por (c) representa mistura granulométrica com grande quantidade de finos, não havendo contato grão-a-grão; densidade e estabilidade menor do que (b); manuseio relativamente fácil durante a construção.

A resistência mecânica do agregado deve ser suficiente para reter aproximadamente a mesma distribuição granulométrica durante a compactação e a posterior utilização pelo tráfego, pois a correta compactação do material é o fator determinante no sucesso da estabilização granulométrica, garantindo-lhe grande resistência aos esforços verticais de compressão (BALBO, 2007; BERNUCCI et al., 2008; YODER, WITCZAK, 1975).

Como a camada de base está próxima à superfície, esta deve possuir elevada resistência à deformação, de modo a suportar as elevadas pressões impostas pelas cargas aplicadas do trafego.

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Por isso as camadas de base e sub-base são utilizadas sob pavimentos flexíveis para aumentar a capacidade de carga do pavimento, assim criando camadas significativamente espessas, distribuindo a carga sobre o subleito (YODER; WITCZAK, 1975).

O Departamento Nacional de Estradas de Rodagem (DNER) – atual Departamento Nacional de Infraestrutura de Transportes (DNIT) – através das suas especificações de serviço (DNER – ES – 301/97 – Sub-base Estabilizada Granulometricamente; DNER – ES – 303/97 – Base Estabilizada Granulometricamente) estabelece os procedimentos de execução e os parâmetros de aceitação e qualidade para materiais de base e sub-bases estabilizadas granulometricamente. A Tabela 1 apresenta os principais parâmetros.

Tabela 1 - Parâmetros para Base e Sub-base estabilizadas granulometricamente

Parâmetro Normalizado Base Sub-Base

Índice de Suporte Califórnia (%) 𝑁 ≤ 5 × 10

' _{≥ 60}

≥ 20

𝑁 ≥ 5 × 10' _{≥ 80}

Expansão (%) ≤ 0,5 ≤ 1

Limite de Liquidez - LL (%) ≤ 25 -

Equivalente de areia para LL 25 (%) ≤ 30 -

Índice de plasticidade (IP) ≤ 6 -

Desgaste a abrasão Los Angeles (%) ≤ 55 -

Composição granulométrica dentro de uma das faixas

sim -

estabelecidas

Fração retida na peneira n 10 deve ser constituída de

sim sim

partículas duras e isentas de substância prejudiciais

Fonte: adaptada de DNER-ES 301/97 e DNER-ES 303/97.

2.2.6 Estabilização mecânica

A resistência à deformação é avaliada pelo ensaio de Califórnia Bearing Ratio (CBR), em português Índice de Suporte Califórnia (ISC.). Este ensaio possui o propósito de avaliar a

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resistência do material frente a deslocamentos significativos, sendo obtida por meio de ensaio penetrométrico em laboratório, que compara a resistência a penetração de determinado material com a resistência de um material considerado como padrão. No entanto, o modo de ruptura e as condições de deformabilidade implícitas ao ensaio não correspondem ao estado de tensões atuantes em um pavimento, e deve se levar isto em consideração quando se adota este ensaio para avaliar as propriedades mecânicas de um material (BERNUCCI et al., 2008).

Tradicionalmente a resistência à deformação é avaliada pelo ensaio de Califórnia Bearing Ratio (CBR), em português Índice de Suporte Califórnia (ISC). Este ensaio foi concebido para avaliar a resistência do material frente a deslocamentos significativos, sendo obtida por meio de ensaio penetrométrico em laboratório, que compara a resistência a penetração de determinado material com a resistência de um material considerado como padrão. No entanto, o modo de ruptura e as condições de deformabilidade implícitas ao ensaio não correspondem ao estado de tensões atuantes num pavimento e deve se levar isto em consideração quando se adota este ensaio para avaliar as propriedades mecânicas de um material (BERNUCCI et al., 2008).

2.2.7 Estabilização Química

De acordo com Yoder; Witczak (1975) a estabilização de solo com cimento consiste na adição de cimento Portland com um determinado tipo de solo, permitindo que a mistura endureça pela hidratação do cimento. Alguns fatores que influenciam as propriedades físicas da mistura são: tipo de solo, quantidade de cimento, grau da mistura, tempo de cura e a densidade seca da mistura compactada.

Yoder; Witczak (1975) indicam, ainda, que a quantidade de cimento requerida para estabilizar um material granular depende da quantidade e qualidade dos finos contidos, bem como a densidade final da mistura compactada. Os valores típicos variam entre 2 e 6% em peso do material final compactado.

2.3 RESTAURAÇÃO DE PAVIMENTOS

O fato do pavimento apresentar deterioração funcional e estrutural, acumuladas ao longo da sua vida de projeto, faz com que uma manutenção periódica seja necessária para assegurar as condições mínimas de trafegabilidade, conforto e segurança (BERNUCCI et al., 2008).

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O termo Restauração do Pavimento deve ser entendido como a recuperação de um pavimento deteriorado, porém o grau de deterioração não compromete a sua habilitação. A reabilitação do Pavimento, por outro lado, se aplica a pavimentos com elevado grau de deterioração, apresentando defeitos irreversíveis e normalmente envolve a reconstrução do pavimento (DNIT, 2006).

Antes da adoção de qualquer alternativa de restauração um bom diagnóstico geral dos defeitos é imprescindível para o estabelecimento da melhor solução. Este diagnóstico é precedido por uma avaliação funcional ou uma avaliação estrutural. Na avaliação funcional é verificada a condição de superfície do pavimento, sendo os principais defeitos considerados: área trincada e severidade do trincamento, deformações e irregularidade longitudinal. Enquanto na avaliação estrutural é avaliada a resposta do pavimento face as cargas solicitantes, considerando-se a deflexão como principal parâmetro (BALBO, 2007; BERNUCCI et al., 2008; DNIT, 2006).

Restauração está associada a uma variedade de correções de defeitos funcionais superficiais, através da aplicação de técnicas como: tratamentos superficiais, recapeamentos, etc., mas independentemente da técnica, a superfície existente precisa ser reparada, caso contrário a solução adotada terá seu desempenho comprometido pela reflexão das trincas (BERNUCCI et al., 2008; PAPAGIANAKIS; MASAD, 2007).

2.4 FRESAGEM

Na década de 70, com a crise de petróleo e consequentemente a escassez de materiais asfálticos, a ideia de reprocessar os materiais de pavimentação de pistas deterioradas, para restaurar as condições das vias a níveis satisfatórios. Inicialmente o material da pista era extraído por escarificação do pavimento. Esta técnica foi considerada inadequada pois implicava a retirada de toda a camada betuminosa, o que tornava impossível extrair apenas uma espessura pré-determinada. Concebeu-se então, a partir da segunda metade da década de 70, o equipamento de fresagem como ferramenta adequada para possibilitar o corte do pavimento em profundidades pré-determinadas (BONFIM, 2001). “A origem do termo fresagem remonta à técnica de desbaste ou corte de metais, ou outras peças, por intermédio de uma engrenagem motora constituída de um

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cortador giratório de ângulos diversos, ou de várias freses, em movimento giratório contínuo.” (BONFIM, 2001, p. 19).

A fresagem de pavimentos é conceituada por Bonfim (2001) como o corte de uma ou mais camadas do pavimento, com espessura pré-determinada, por meio de processo mecânico realizado a quente ou a frio, empregado como intervenção na restauração de pavimentos.

A técnica teve início tanto na Europa como na América do Norte em meados da década de 70, no Brasil teve início no ano de 1980 nas obras de restauração da via Anchieta em São Paulo, com o uso de uma fresadora dos Estados Unidos, desde então serviços de fresagem tornaram-se frequentes no Brasil, pela sua vantagem na manutenção do greide da via evitando assim a ocorrência de patologias da ordem estética, funcional e de segurança (BALBO, 2007; BONFIM, 2001).

2.4.1 Tipos de fresagem

De acordo com Bonfim (2001) pode se classificar a fresagem em três categorias de corte: superficial, rasa e profunda.

§ Superficial: Destinada a correção de pequenos defeitos existentes na superfície do pavimento, podendo em muitos casos, dispensar o recapeamento da pista, pois o resultado final da fresagem garante o rolamento da pista de forma segura.

§ Rasa: Geralmente este tipo de fresagem atinge cerca de 5cm de profundidade, ou seja, somente camadas superiores do pavimento.

§ Profunda: Visa o aspecto estrutural do pavimento, atingindo a base e sub-base.

2.4.2 Técnicas de fresagem

Quanto à temperatura de ocorrência a fresagem pode ser realizada a frio ou a quente. Na primeira situação, o pavimento é fresado à temperatura ambiente, com isto ocorre a quebra de parte dos agregados, havendo a alteração da curva granulométrica do material existente na pista. Na fresagem a quente, o revestimento é pré-aquecido diminuindo a resistência ao corte do material, preservando a integridade do agregado o que conserva a curva granulométrica original do material (BONFIM, 2001).

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2.4.3 Equipamentos 2.4.3.1 Máquina fresadora

No Brasil, existe uma extensa quantidade de máquinas de fresagem (figura 7) de vários tamanhos e modelos, capazes de atender a todas as necessidades do mercado. Usualmente a nomenclatura da máquina é referência à largura do cilindro fresador que, dependendo do fabricante, é expresso em milímetros ou em centímetros (BONFIM, 2001).

Para Bonfim (2001), apesar da variedade de modelos e tamanhos estes equipamentos podem ser subdivididos quanto ao seu tamanho, como:

§ Pequeno porte: destinado à fresagem de arremates, principalmente para execução de pequenas intervenções em pontos localizados como remendos, acabamentos ao redor de tampões de ferro, entre outros. Possui cilindro com largura de fresagem variando de 300 mm a 600 mm.

§ Médio porte: utilizado tanto para a fresagem de pequenas áreas como de grandes áreas. Geralmente possui uma correia transportadora para o carregamento de material fresado em caminhões. O cilindro fresador pode ter larguras entre 1000 mm a 1500 mm.

§ Grande porte: empregado na fresagem de grandes áreas (Figura 8), por tratar-se de equipamentos com cilindro fresador de 2000 mm a 2200 mm de largura. São indicados para rodovias, em função do seu tamanho.

Figura 8 - Máquina fresadora

(30)

2.4.3.2 Cilindro fresador

Também chamado de rolo fresador ou tambor fresador (Figura 9) é um tambor rígido construído em aço especial, no qual os dentes de corte são fixados. O cilindro gira em alta rotação, quando colocado para cortar, iniciando o desbaste do pavimento. Geralmente possuem os dentes de corte dispostos em forma de “V” fazendo com que o material fresado, em função do giro, seja conduzido para o meio do cilindro, facilitando seu lançamento na correia transportadora (BONFIM, 2001).

Figura 9 - Cilindro fresador

Fonte: Bonfim (2001)

Os dentes de corte são as ferramentas de corte fixadas no cilindro fresador que agem diretamente no pavimento. Estas peças são constituídas por corpo forjado em aço com pontas de material mais duro, de carboneto de tungstênio e cobalto. As peças nas quais os dentes são fixados têm posições e ângulos de ataque definidos, para que se possa obter uma superfície de textura rugosa, porém plana e sem desníveis (BONFIM, 2001).

A correia transportadora é a parte do equipamento utilizada para o descarregamento do material em caminhões basculantes. Os equipamentos de pequeno e médio porte possuem este descarregamento pela parte traseira, enquanto os de maior porte possuem descarregamento frontal.

2.4.4 Sistema de operação de fresagem

Bonfim (2001) recomenda que durante a operação de fresagem sejam utilizados equipamentos auxiliares como: caminhão-pipa, para espargir água sobre o cilindro fresador

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atenuando o desgaste dos dentes e minimizando a emissão de poeira; detector de metais, para verificação de material metálico sob a camada a ser desbastada e caminhões basculantes, para o transporte do material fresado conforme Figura 10. Outros serviços como sinalização da pista, arremates em locais fresados e variação da pista após a fresagem, são indispensáveis para uma operação eficaz (BONFIM, 2001).

Figura 10 - Operação de fresagem

Fonte: Wirtgen

2.4.5 Reutilização do material fresado

O material fresado para sua reutilização começou a ser estudado no início da década de 60, mais precisamente na Europa, na Alemanha Ocidental. (ALVIM, 2001).

A reutilização do material fresado pode gerar uma economia em relação a métodos convencionais de 40% a 50%, mas esse processo deve ser eficiente e o material deve possuir qualidade significativa, por este motivo a escolha do equipamento a ser usado é de grande importância (KANDHAL; MALLICK, 1997).

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Para Balbo (2007) o material fresado deve possuir uma solução para o seu destino final, em função da grande quantidade que o mesmo é produzido. O material fresado possui um destino comum como revestimento (cascalhamento), sendo ineficiente para esta função, pois em pouco tempo o material é arrancado do local em que foi posto.

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3 METODOLOGIA

Para a realização desta pesquisa, foram adotados ensaios em laboratório e pesquisas teóricas. No desenvolvimento dos ensaios foram observado normas e métodos utilizados por pesquisadores de áreas afins, como pesquisas de solos e estabilização de agregados, avaliando, assim, os parâmetros de resistência mecânica de material fresado tratado com cimento Portland e pó de pedra para emprego em camadas de pavimentação.

3.1 PLANEJAMENTO

A realização da pesquisa exigiu a realização de diferentes procedimentos, cujo planejamento foi organizado em etapas, quais sejam:

§ Etapa Preliminar: esta etapa consiste em orientações com o professor orientador, quanto ao tema do trabalho, além de critérios de análise de resultados, ensaios a serem adotados, tipos de materiais a serem empregados;

§ Etapa de revisão: tem como objetivo a busca por literaturas, pesquisas e demais fatores a respeito de técnicas e materiais constituintes utilizados nesta pesquisa;

§ Etapa de campo: consiste na coleta dos materiais que integram o referente estudo e seu devido armazenamento;

§ Etapa de laboratório: realizada no Laboratório de Engenharia Civil (LEC), localizado nas dependências da Universidade Regional do Noroeste do Estado do Rio Grande do Sul, onde os materiais são caracterizados e corpos de prova serão rompidos e resultados analisados; § Etapa de análise e discussão dos resultados obtidos;

§ Etapa de Elaboração e Redação do texto apresentado na forma de trabalho de conclusão de curso.

Para melhor explicitação da pesquisa desenvolvida, a Figura 11 apresenta um fluxograma da etapa de laboratório com o detalhamento de cada fase da pesquisa na sequência.

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Figura 11 - Fluxograma das etapas da pesquisa

Fonte: Próprio Autor (2019).

Para a estabilização do resíduo do processo de fresagem, neste estudo, são testadas três situações:

§ Situação 1: A estabilização mecânica, consiste em compactar o material fresado. Para esta etapa foram realizados ensaios de compactação e Índice de Suporte Califórnia. A energia utilizada para esta pesquisa, é a energia modificada.

§ Situação 2: A estabilização granulométrica consiste em atender às especificações de bases estabilizadas granulometricamente. Foram obtidos para esta etapa uma mistura do material fresado com agregado virgem, realizando também os ensaios de compactação e Índice de Suporte Califórnia.

§ Situação 3: Obtidos os resultados da primeira e segunda situação, o material fresado e a mistura com agregado virgem foram submetidos à estabilização química, adicionando um agente estabilizador, cimento Portland. Para a realização do ensaio de Índice Suporte Califórnia (ISC) e Resistência à Compressão Simples (RCS), foram moldados corpos de prova cilíndricos com dimensões de 10x20 cm, inserindo diferentes teores de cimento. A Tabela 2 apresenta o número de corpos de prova com suas respectivas percentagens de cimento Portland, tempo de cura em câmara

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úmida e diferentes proporções de materiais usados, representando material fresado (MF) e 70% de material fresado para 30% de pó de pedra (70MF/30PDP).

Tabela 2 - Nº de CP's para determinação do teor de cimento

CP's para RCS e determinação do teor de cimento Teor de Cimento Dias de cura MF 70MF/30PDP

0% 7 - 3

4% 7 3 3

6% 7 3 3

8% 7 3 3

Total - 9 12

Fonte: Próprio Autor (2019).

Ao total, são 21 corpos de prova, porém os corpos de prova de referencia, MF/PDP sem adição de cimento, foram descartados, pois mostraram-se muito frágeis quando retirados dos moldes. A Figura 12 apresenta alguns corpos de prova moldados para ensaio de RCS.

Figura 12 - Corpos de prova para ensaio de RCS

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3.2 MATERIAIS

Para esta pesquisa foram coletados materiais utilizados corriqueiramente em obras rodoviárias, explicitados no decorrer do texto, assim como, materiais de utilização de obras da construção civil.

Para o material fresado em camadas de base ou sub-base de novas vias pavimentadas, foi empregado cimento Portland CP II F-32 como material ligante, nos teores de 4%, 6% e 8%, e analisado o comportamento mecânico do material.

3.2.1 Material fresado

Conforme a norma técnica DNIT 159 (DNIT, 2011) material fresado é o produto resultante da fresagem dos pavimentos flexíveis. Como anteriormente mencionado, este material é obtido através do corte ou desbaste de uma ou mais camadas do pavimento.

O material fresado (MF) foi retirado do pátio da Unidade Local do DNIT na BR-285, no município de Ijuí/RS, mais especificamente na antiga balança, segundo as diretrizes da DNER-PRO 120/97 (Figura 13).

Figura 13 - Local de obtenção do material fresado

Fonte: Arquivo do autor produzido no desenvolvimento da pesquisa (2019).

O material fresado coletado foi passado pela peneira 37,5 mm, eliminando-se os grumos retidos nesta peneira, e exposto ao ar para secagem até a umidade higroscópica (Figura 14).

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Durante todo o período do trabalho o material esteve exposto ao ar em lugar coberto para preservar a condição de umidade higroscópica, como mostra a Figura 14.

Figura 14 - Material fresado estocado

3.2.2 Pó de pedra

De acordo com a nomenclatura comercial, pó de pedra (PDP) é o agregado proveniente da britagem que possui partículas de diâmetro de máximo igual a 4,8mm. O agregado é proveniente da Pedreira Tabille, a qual possui sede no município de Ijuí/RS e a pedreira no município de Coronel Barros/RS, segundo as diretrizes da DNER-PRO 120/97.

Figura 15 - Pó de pedra

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O material apresentou uma granulometria maior do que o previsto em norma. Para adequar o agregado virgem, o material foi peneirado, passando todo agregado na peneira 4,8mm descartando os agregados com maiores dimensões.

3.2.3 Cimento Portland

O cimento empregado deve atender à especificação de materiais DNER EM 036 (DNER, 1995), o qual determina que podem ser empregados:

NBR 5732 – cimento Portland comum;

NBR 5735 – cimento Portland de alto-forno;

NBR 5736 – cimento Portland pozolânico.

Como material estabilizador foi utilizado o cimento Portland CP II F 32, que conforme a NBR 5735/1991, aglomerante hidráulico obtido pela moagem de clínquer Portland ao qual se adiciona, durante a operação, a quantidade necessária de uma ou mais formas de sulfato de cálcio. Durante a moagem é permitido adicionar a esta mistura materiais pozolânicos, escórias granuladas de alto-forno e/ou materiais carbonáticos. Sua resistência aos 7 dias segundo o fabricante é de 20Mpa e aos 28 dias chegando a 32 Mpa.

Figura 16 - Cimento Portland CPII F 32

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3.2.4 Água

Para os ensaios em geral foi utilizado água limpa proveniente do sistema de abastecimento urbano do município de Ijuí – RS. Esta, atendendo a NBR NM 137 (DER, 2005), deve estar isenta de matéria orgânica ou outras substâncias prejudiciais à hidratação do cimento.

3.2.5 Misturas

De acordo com a revisão bibliográfica, considerada na presente pesquisa, a granulometria do material fresado possui uma deficiência de finos, dificultando o seu enquadramento em faixas de estabilização granulométrica utilizadas para camadas de base granular. Portanto, além de estudar as propriedades somente do material fresado puro (Figura 17), realizou-se uma mistura com o pó de pedra, na seguinte relação de massa: 70% de material fresado para 30% de pó de pedra 70MF/30PDP (Figura 18).

Com o objetivo de enquadrar o material fresado as faixas de solos estabilizados granulometricamente, Silva (2012) realizou duas proporções para material fresado e agregado virgem. A primeira proporção utilizou 70MF/30PDP e a segunda 30MF/70MF, a mistura 70MF/30PDP apresentou um melhor enquadramento a faixa C do DNIT 141/2010 – Compactação utilizando amostras não trabalhadas. Silva (2016), realizou outras proporções utilizando material fresado e agregado virgem, a que melhor aproximou-se da faixa C do DNIT 141/2010, possui porcentagem de 60% de material fresado e 40% de pó de pedra. Tais considerações justificam a escolha da proporção 70MF/30PDP para esta pesquisa, pois, de acordo com Silva (2012; 2016) é a que melhor se adequou a faixa C do DNIT 141/2010.

Figura 17 - Material fresado puro Figura 18 - Mistura 70MF/30PDP

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3.3 ENSAIOS LABORATORIAIS

Os ensaios laboratoriais para fins desta pesquisa além da caracterização do material fresado, será: Ensaio de Compactação, Índice de Suporte Califórnia (ISC), Ensaio de Resistência à Compressão Simples (RCS).

3.3.1 Análise granulométrica

Como o objetivo deste trabalho é avaliar a reutilização do material fresado para a aplicação em camadas granulares, realizou-se a análise granulométrica para verificar o enquadramento dos materiais e da mistura nas faixas propostas pelo DNIT 141/2010. Para tanto, adotou-se a relação de peneiras da referida norma e o processo de peneiramento manual foi orientado pela DNER-ME 083/98. A Tabela 3 apresenta as relações de peneiras e os limites para a porcentagem de material passando por elas, de acordo com a faixa granulométrica.

Tabela 3 - Faixas granulométricas para material estabilizado granulometricamente

Tipos Para N > 5 X 10^6 Para N < 5 X 10^5 Tolerâncias

Peneiras A B C D E F da faixa

% em peso passando de projeto

2" 100 100 - - - - ± 7 1" - 75-90 100 100 100 100 ± 7 3/8" 30-65 40-75 50-85 60-100 - - ± 7 Nº 4 25-55 30-60 35-65 50-85 55-100 10-100 ± 5 Nº 10 15-40 20-45 25-50 40-70 40-100 55-100 ± 5 Nº 40 8-20 15-30 15-30 25-45 20-40 30-70 ± 2 Nº 200 8-2 5-15 5-15 10-25 6-20 8-25 ± 2

Fonte: Adaptado, com base em DNIT 141/2010.

3.3.2 Massa específica dos grãos

Os materiais estudados são constituídos por diferentes frações granulométricas, o que dificulta a determinação da massa específica dos grãos e a absorção. DNER 195/1997 apresenta

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que se pode computar um valor para a massa específica média através de um valor ponderado das várias frações da mistura, pela expressão:

Equação 1 – Cálculo da massa específica média

𝑌𝑠 𝑜𝑢 𝑌𝑠𝑠𝑠 =56 4 768 59 798⋯8 5; 7< × 100 (1) Fonte: DNER 195 (1997) Onde:

• 𝑌𝑠 𝑜𝑢 𝑌𝑠𝑠: massa específica média, em 𝑔/𝑐𝑚B

• 𝛾1, 𝛾2, … , 𝛾𝑛: massa específica das frações 1, 2 ..., n, em 𝑔/𝑐𝑚B

• 𝑃1, 𝑃2, … , 𝑃𝑛: percentagem das massas das frações 1, 2, ..., n, em %

Para a fração do material fresado e do pó́ de pedra com grãos maiores do que 4,8 mm (peneira no 4), a massa específica dos grãos foi determinada através dos procedimentos (Figura 19) do DNER-ME 195/97, que traz as seguintes definições:

- Absorção de água: aumento da massa do agregado, devido ao preenchimento dos seus poros por água, expresso como percentagem de sua massa seca (Equação 4);

- Massa específica na condição seca: relação entre a massa do agregado seco e seu volume, excluídos os vazios permeáveis, conforme Equação 2;

- Massa específica na condição superfície saturada seca (SSS): relação entre a massa do agregado na condição saturada superfície seca e o seu volume, excluídos os vazios permeáveis, calculado de acordo com a Equação 3.

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Figura 19 - Determinação da massa específica dos grãos e absorção

Fonte: Bernucci et al. (2008, p. 148)

Equação 2 – Cálculo da massa específica na condição seca 𝛾𝑠 =_HIJG (2)

Fonte: DNER 195 (1997)

Equação 3 – Cálculo da massa específica na condição superfície saturada seca

𝛾𝑠𝑠𝑠 =_HIJG (3)

Fonte: DNER 195 (1997)

Equação 4 – Cálculo da absorção da água 𝑎 =HIG_G × 100 (4)

Fonte: DNER 195 (1997) Onde:

• 𝛾𝑠: massa específica do agregado na condição seca, em _NOLM_P𝑜𝑢 𝑒𝑚 _ROM_P ;

• 𝛾𝑠𝑠𝑠: massa específica do agregado na condição saturada superfície seca, em

LM

NOP𝑜𝑢 𝑒𝑚 M ROP;

• 𝑎: absorção do agregado em porcentagem; • A: massa do agregado seco, em kg ou g;

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• B: massa do agregado na condição saturada superfície seca, em kg ou em g; • C: leitura correspondente ao agregado imerso em água, em kg ou g.

Para a fração do material fresado e do pó́ de pedra com grãos menores do que 4,8 mm a densidade real foi determinada pelos procedimentos da DNER-ME 084/95, com o auxílio de um picnômetro (Figura 20), determinando-se os pesos ilustrados na Figura 21. Com a obtenção destes pesos pode-se calcular a densidade real, através da Equação 6, multiplicando esta pela massa específica real da água, obtêm-se a massa específica real do agregado miúdo (Yr).

Figura 20 - Determinação da densidade real para material fresado e pó de pedra

(a) (b)

Figura 21 - Determinação da densidade real do agregado miúdo

(44)

Equação 5: Cálculo da densidade real 𝐷𝑟 =_(VIG)I(JIH)HIG (5)

• 𝐷𝑟: densidade real do agregado miúdo; • 𝐴: massa do picnômetro vazio e seco, em g; • 𝐵: massa do picnômetro mais amostra, em g;

• 𝐶: massa do picnômetro mais amostra mais água, em g; • D: massa do picnômetro cheio com água, em g.

As massas específicas dos grãos das misturas foram computadas conforme a Equação 1, com as massas específicas médias do material fresado e do pó de pedra.

3.3.3 Ensaio de compactação

O ensaio de compactação foi realizado seguindo as recomendações da norma DNER ME 129/94. O objetivo deste ensaio foi determinar qual o valor de umidade que leva ao maior valor de massa específica seca, para a energia de compactação aplicada. O ensaio resume-se em compactar o material passante na peneira ¾” com um soquete, em um molde cilíndrico de dimensões padronizadas (Figura 22).

Figura 22 - Equipamentos utilizados no ensaio de compactação

(a) (b)

(45)

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A compactação foi feita em camadas, foram aplicados golpes/camada conforme a energia de compactação, classificados em três métodos:

a) normal (12 golpes); b) intermediária (26 golpes); c) modificada (55 golpes).

Para esta pesquisa foi utilizado a energia modificada, empregada com assiduidade para solos granulares no estado do Rio Grande do Sul. A compactação foi realizada para o material fresado, agregado virgem, e para a mistura 70MF/30PDP.

Após a compactação pesa-se o cilindro determinando a massa específica úmida do material, podendo assim obter a massa específica aparente seca (Equação 6). A umidade do material é determinada pela secagem em estufa a 110ºC de uma amostra retirada de dentro do corpo de prova. Devido a volatilidade do CAP e ao amolecimento do mesmo sob altas temperaturas, a temperatura de secagem utilizada foi de 70°C.

Equação 6: Cálculo da massa específica aparente seca em 𝑔/𝑐𝑚B 𝛾_[ = 𝛾_\× _4]]8\4]] (6)

• 𝛾_[: massa específica aparente do solo seco, em 𝑔/𝑐𝑚B_;

• 𝛾\: massa específica aparente do solo úmido, em 𝑔/𝑐𝑚B;

• ℎ: teor de umidade do solo compactado, em percentagem;

3.3.4 Índice de Suporte Califórnia

O objetivo do ensaio foi determinar a força de um pistão para penetrar, sob condições controladas, em uma amostra que foi submetida a um processo de imersão por 96 horas. O valor obtido é normalizado em função do ISC de uma brita de referência cujo valor é 100%.

(46)

Este ensaio seguiu os preceitos da norma DNIT – ME 172/2016 – Solos – Determinação do Índice de Suporte Califórnia utilizando amostras não trabalhadas, sendo a base do método de dimensionamento de pavimentos flexíveis vigente no Brasil e observado a NBR 9895/2016 – Solo – Índice de suporte Califórnia (ISC) – Método de ensaio.

O ensaio iniciou com a moldagem do corpo de prova após determinar a umidade ótima, que é semelhante ao ensaio de compactação. Após a moldagem dos corpos de prova, os mesmos foram colocados em um tanque de maneira que os corpos de prova ficassem imersos pela água (Figura 23) por um período de 4 dias para que possa se realizar a leitura de deslocamento vertical, efetuando o cálculo da expansão axial do material em relação à altura inicial do corpo de prova.

Figura 23 - Corpos de prova imersos

Finalizando o período de 96 horas de imersão, realizou-se o ensaio de ISC (Figura 24) à uma velocidade constante de 1,27mm/min. De acordo com a norma DNIT – ME 172/2016 o valor de ISC é calculado pela Equação 7. O valor adotado foi o maior encontrado entre as medidas de penetração em 2,54mm e 5,08mm.

(47)

______________________________________________________________________________

Equação 7: Cálculo do índice de suporte Califórnia 𝐼𝑆𝐶 = (abc[[ãe faghRfNf ei abc[[ãe RebbhMhNf)

(abc[[ãe afNbãe) × 100 (7)

Fonte: DNIT 172 (2016) onde:

• 𝑝𝑟𝑒𝑠𝑠ã𝑜 𝑎𝑝𝑙𝑖𝑐𝑎𝑑𝑎 𝑜𝑢 𝑝𝑟𝑒𝑠𝑠ã𝑜 𝑐𝑜𝑟𝑟𝑖𝑔𝑖𝑑𝑎: dada pelo ensaio de penetração; • 𝑝𝑟𝑒𝑠𝑠ã𝑜 𝑝𝑎𝑑𝑟ã𝑜: valor padrão presente na norma;

Figura 24 - Penetração do corpo de prova

3.3.5 Resistência à compressão simples (RCS)

De acordo com Specht et. al. (2012) a resistência à compressão simples (RCS) é utilizada para dosagem e controle de qualidade de concreto de cimento Portland e de solo-cimento. Após um determinado tempo de cura (esta pesquisa utilizou o tempo de cura de 7 dias), as amostras de 10x20cm foram expostas a um esforço de compressão até sua ruptura realizada por uma prensa conforme mostra a Figura 22.

(48)

Figura 25 - Prensa para ensaio de RCS

(a) (b)

Segundo a NBR 7215/1996 a resistência à compressão simples do corpo de prova é calculada dividindo a carga de ruptura pela seção transversal do corpo de prova sendo o resultado expresso com aproximação de 10 kPa, conforme apresentado na seguinte (Equação 8):

Equação 8: Cálculo da resistência à compressão simples 𝜎 = _p ×b²o (8)

Fonte: NBR 7215 (1996) onde:

• 𝜎: tensão em 𝑀𝑃𝑎 • 𝐹: força em 𝑁;

• 𝑟: raio do corpo de prova 𝑐𝑚;

Após a moldagem dos corpos de prova na betoneira (Figura 26), os corpos de prova foram deixados 24 horas curando em local fechado e coberto, depois foram depostos na câmara úmida, após 48horas os corpos de prova foram retirados de seus moldes (Figura 27) e deixados na câmara úmida por um período de cura de 7 dias (Figura 28) para realizar o ensaio de resistência à compressão simples (RCS).

(49)

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Figura 26 - Moldagem dos corpos de prova Figura 27 - Corpos de prova sem seus respectivos moldes

Figura 28 - Corpos de prova na câmara úmida

(50)

A Figura 29 e a Figura 30 apresentam os CP’s identificados com seus respectivos teores de moldagem. Figura 29 - CP's com material fresado “puro” moldados para ensaio à RCS

4% de cimento 6% de cimento

8% de cimento

(51)

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Figura 30 - CP's com a mistura 70MF/30PDP moldados para ensaio à RCS

4% de cimento 6% de cimento

8% de cimento