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UNIVERSIDADE REGIONAL DO NOROESTE DO
ESTADO DO RIO GRANDE DO SUL
DEPARTAMENTO DE CIÊNCIAS EXATAS EENGENHARIAS
Curso de Graduação em Engenharia Civil
EDUARDO PASCHE
ANÁLISE DO DESEMPENHO DE MISTURAS ASFÁLTICAS COM A
INCORPORAÇÃO DE MATERIAL FRESADO E CAL
Ijuí/RS 2013
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EDUARDO PASCHE
ANÁLISE DO DESEMPENHO DE MISTURAS ASFÁLTICAS COM A
INCORPORAÇÃO DE MATERIAL FRESADO E CAL
Trabalho de Conclusão do Curso de Graduação em Engenharia Civil apresentado como requisito parcial para obtenção do título de Engenheiro Civil
Orientador: José Antonio Santana Echeverria
Ijuí/RS 2013
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EDUARDO PASCHE
ANÁLISE DO DESEMPENHO DE MISTURAS ASFÁLTICAS COM A
INCORPORAÇÃO DE MATERIAL FRESADO E CAL
Trabalho de Conclusão de Curso defendido e aprovado em sua forma final pelo professor orientador e pelo membro da banca examinadora
Banca examinadora
________________________________________ Prof. José Antonio Santana Echeverria, Mestre - Orientador
________________________________________ Prof. Carlos Alberto Simões Pires Wayhs, Mestre
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Dedico este trabalho aos meus pais, irmãs, familiares, namorada e amigos, que sempre me deram apoio e ajuda nas horas difíceis, MUITO OBRIGADO!
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AGRADECIMENTOS
Primeiramente gostaria de agradecer meus pais, pelo incentivo e pela confiança que depositaram em mim, pois sem eles essa conquista não teria se realizado.
Ao Mestre José, pela orientação prestada, pela disponibilidade de tempo, apesar de ser professor hora/aula na UNIJUÍ sempre esteve pronto para me atender e a incentivar a buscar sempre mais. Ao Professor Luciano P. Specht, que me iniciou nas pesquisas acadêmicas e me tornou apaixonado pela pavimentação.
Aos amigos e colegas de pesquisa, que sem a ajuda deles, não teria conseguiria realizar sozinho esse trabalho: André Zwirtes, Emmanuelle Garcia, Felipe dos Anjos, Jaciele Strider e Ricardo Fengler.A todos os amigos e colegas Petianos que sofreram juntos pela falta ou atraso das bolsas, saibam que todos contribuíram de alguma forma. Aos amigos da engenharia que sempre me apoiaram em especial para Carlos Filipe Santos Correia e Silva e Fernando Boeira, que me auxiliou com os ensaios em Santa Maria, sempre serei grato.
Aos laboratoristas e amigos do LEC Luis Donato e Felipe, pelo auxilio durante o curso e pela realização dos ensaios, agradeço todo o apoio e amizade. A secretaria do curso Cassiana Oliveira, a quem tanto ajudou nas partes burocráticas.
Enfim gostaria de agradecer profundamente a todos que de alguma forma contribuíram com este trabalho, principalmente todos os professores da UNIJUÍ seja por orientação técnica, ou por amizade.
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RESUMO
Uma das formas para a correção dos defeitos dos pavimentos é a utilização da técnica de fresagem do revestimento. Esta técnica gera um resíduo denominado fresado. Quando não há especificação no projeto para a utilização do fresado, ocorrem problemas na disposição final desses resíduos em locais impróprios, como ao longo das rodovias, em aterros sanitários ou má utilização como revestimento primário. Neste trabalho será desenvolvido o estudo da incorporação do fresado no Concreto Asfáltico (CA), em laboratório. O planejamento dessa pesquisa se dá pela substituição de 10% e 20% de agregado mineral por material fresado asfáltico, e a substituição de 1% de fíler por cal calcítica, realizando os ensaios de dosagem Marshall, resistência à tração por compressão diametral (Rt), ensaio de módulo de resiliência (Mr), Metodologia Lottman Modificada e a Cantabro-Abrasão Los Angeles. Os resultados foram uma redução no teor de ligante para as misturas com incorporação de fresado e adição de cal e uma maior resistência a tração para estas misturas. Porém uma maior perda de massa e maior dano em relação à umidade induzida. A pesquisa demonstrou que houve êxito na incorporação de fresado no concreto asfáltico, e esta pode proporcionar minimização dos rejeitos da pavimentação, reduzir a exploração de novas fontes de materiais e os custos na recuperação das vias e contribuir para a diminuição do impacto ambiental causado por todo ciclo de vida do concreto asfáltico.
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LISTA DE FIGURAS
Figura 01 - Corte transversal no Pavimento Asfáltico ... 18
Figura 02 - Representação convencional de curvas granulométricas ... 20
Figura 03 - Realização da fresagem em uma rodovia ... 25
Figura 04 - Representação de um rolo de corte com os bits ... 26
Figura 05 - Jazida da Pedreira Paim ... 32
Figura 06 - Depósito provisório próximo a ETA de Ijuí ... 33
Figura 07 - Volume real, aparente e efetivo do agregado ... 35
Figura 08 - Amostra de agregado graúdo submerso ... 35
Figura 09 - Ensaio Cesto Metálico ... 36
Figura 10 - Picnômetro na bomba de vácuo ... 37
Figura 11 - Demonstração do Rotarex ... 38
Figura 12 - Ensaio de Compressão Diametral no corpo de prova ... 40
Figura 13 - Máquina de Abrasão Los Angeles ... 42
Figura 14 - Curva granulométrica dos materiais ... 44
Figura 15 - Composição Granulométrica da mistura REF ... 47
Figura 16 - Parâmetros da dosagem da mistura REF ... 48
Figura 17 - Composição Granulométrica da mistura F10 ... 49
Figura 18 - Parâmetros da dosagem da mistura F10 ... 50
Figura 19 - Composição Granulométrica da mistura F20 ... 51
Figura 20 - Parâmetros da dosagem da mistura F20 ... 52
Figura 21 - Composição Granulométrica da mistura F10C1 ... 53
Figura 22 - Parâmetros da dosagem da mistura F10C1 ... 54
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Figura 24 - Parâmetros da dosagem da mistura F20C1 ... 56
Figura 25 - Teores de ligante adicionados em cada mistura ... 57
Figura 26 - Média da Resistência à Tração (Rt) das misturas ... 58
Figura 27 - Média das Resistências à Tração Retida (RRt) das misturas ... 60
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LISTA DE QUADROS
Quadro 01 - Classificação da forma dos agregados ... 21
Quadro 02 - Número de corpos de prova ... 31
Quadro 03 - Limites das faixas de trabalho da composição granulométrica do DNIT ... 39
Quadro 04 - Porcentagem média passante de cada material ... 43
Quadro 05 - Densidades dos materiais através do cesto metálico ... 44
Quadro 06 - Densidades dos materiais através do picnômetro ... 45
Quadro 07 - Resultados da absorção dos materiais ... 45
Quadro 08 - Resultados da extração de betume do material fresado... 45
Quadro 09 - Teor de ligante das misturas ... 46
Quadro 10 - Resumo dos parâmetros de cada mistura ... 57
Quadro 11 - Resultados da Resistência à Tração (Rt) média das misturas ... 58
Quadro 12 - Valores das Rt1, Rt2 e RRt ... 59
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LISTA DE SIGLAS E SÍMBOLOS
# - Abertura nominal das peneiras ºC - Graus Celsius
A - Absorção dos agregados A.C. - Antes de Cristo
ABEDA - Associação Brasileira das Empresas Distribuidoras de Asfalto ADP - Asfaltos Diluídos de Petróleo
AMB - Asfaltos Modificados por Borracha de Pneus AMP - Asfaltos Modificados por Polímeros
ANP - Agência Nacional do Petróleo AR - Asfaltos Rejuvenescedores CA - Concreto Asfáltico
CAP - Cimento Asfáltico de Petróleo
CBUQ - Concreto Betuminoso Usinado a Quente cm - Centímetro
CNT - Confederação Nacional do Transporte CONAMA - Conselho Nacional do Meio Ambiente CP ou CP´s - Corpo de prova ou Corpos de prova CPA - Camada Porosa de Atrito
Da - Densidade aparente dos agregados
DAER/RS - Departamento Autônomo de Estradas de Rodagem do Rio Grande do Sul Def- Densidade efetiva dos agregados
DNER - Departamento Nacional de Estradas de Rodagem DNIT - Departamento Nacional de Infraestrutura e Transporte
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Dr – Densidade real dos agregados EAP - Emulsão Asfáltica de Petróleo ETA - Estação de Tratamento de Água Mr - Módulo de Resiliência
mm - Milímetro
NBR - Normal Brasileira Rt - Resistência a Tração SMA - Stone Matrix Asphalt
UFSM - Universidade Federal de Santa Maria
UNIJUÍ - Universidade Regional do Noroeste do Estado do Rio Grande do Sul WAPA - Washington Asphalt Pavement Association
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SUMÁRIO
INTRODUÇÃO ... 14
1 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA ... 17
1.1 PAVIMENTOS ... 17
1.1.1 Camadas do Pavimento Asfáltico ... 18
1.2 MATERIAIS DE PAVIMENTAÇÃO ... 19
1.2.1 Agregado mineral ... 19
1.2.1.1 Classificação do Agregado ... 19
1.2.1.2 Características Importantes para o Agregado ... 21
1.2.2 Ligantes asfálticos ... 21
1.3 MISTURA ASFÁLTICA ... 22
1.3.1 Tipos ... 23
1.3.1.1 Misturas Usinadas ... 23
1.3.1.2 Mistura Asfáltica Reciclada... 24
1.4 FRESAGEM ... 25
1.4.1 Tipos ... 25
1.4.2 Equipamentos utilizados ... 26
1.5 DOSAGEM ... 26
1.5.1 Dosagem para Mistura à Quente ... 27
1.5.2 Dosagem de Misturas Recicladas à Quente ... 28
1.5.2.1 Passos Preparatórios ... 28
1.5.2.2 Avaliações dos Materiais ... 28
1.5.2.3 Dosagem da Mistura ... 29
13 2.1 CLASSIFICAÇÃO DA PESQUISA ... 30 2.2 PLANEJAMENTO DA PESQUISA ... 30 2.3 MATERIAIS UTILIZADOS ... 31 2.3.1 Agregados Minerais ... 31 2.3.2 Cal ... 32 2.3.3 Ligante Asfáltico ... 33 2.3.4 Agregado Reciclado ... 33
2.4 PROCEDIMENTOS DE ENSAIOS E DESCRIÇÃO DOS EQUIPAMENTOS ... 34
2.4.1 Caracterização dos materiais ... 34
2.4.1.1 Análise granulométrica ... 34
2.4.1.2 Massa específica e absorção de água dos materiais ... 34
2.4.1.3 Teor de ligante ... 37
2.4.2 Caracterização das misturas asfálticas ... 38
2.4.2.1 Dosagem Marshall ... 38
2.4.2.2 Ensaio de Resistência à Tração por Compressão Diametral ... 40
2.4.2.3 Ensaio de Módulo de Resiliência ... 41
2.4.2.4 Ensaio Metodologia Lottman Modificada ... 41
2.4.2.5 Ensaio Desgaste por Abrasão - Abrasão Los Angeles ... 42
3 APRESENTAÇÃO E ANÁLISE DOS RESULTADOS ... 43
3.1 CARACTERIZAÇÃO DOS MATERIAIS ... 43
3.1.1 Análise granulométrica ... 43
3.1.2 Massa específica e absorção de água dos materiais ... 44
3.1.3 Teor de ligante ... 45
3.2 CARACTERIZAÇÃO DAS MISTURAS ASFÁLTICAS ... 46
3.2.1 Dosagem Marshall ... 46
3.2.2 Ensaio de Resistência à Tração por Compressão Diametral ... 58
3.2.3 Ensaio de Módulo de Resiliência ... 59
3.2.4 Ensaio Metodologia Lottman Modificada ... 59
3.2.5 Ensaio de Cantabro- Abrasão Los Angeles ... 60
CONCLUSÃO ... 62
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INTRODUÇÃO
O tema da pesquisa é a respeito de Pavimentação Asfáltica, ou seja, este trabalho aborda a utilização de materiais em revestimentos betuminosos do tipo concreto asfáltico, buscando avaliar a incorporação de 10% e 20% de agregado mineral por material fresado asfáltico, e a substituição de 1% de fíler por cal.
Se fosse feito uma pergunta sobre o porquê da pesquisa esta seria, qual o efeito da incorporação de fresado e cal nas misturas de concreto asfáltico, em substituição aos agregados disponíveis na micro região colonial do noroeste do estado do Rio Grande do Sul, levando em conta as propriedades mecânicas e de adesividade?
O objetivo geral da pesquisa é avaliar o efeito de diferentes teores de fresado asfáltico e cal nas propriedades mecânicas e de adesividade de misturas asfálticas a quente, produzidas nos municípios de Ijuí e Coronel Barros. Mais especificamente verificar a influência em misturas a quente, com a incorporação de 10% e 20 % do fresado e de 1% da cal Calcítica,nos ensaios laboratoriais: Dosagem Marshall, Resistência à Tração, Módulo de Resiliência, Adesividade Lottman Modificado e Resistência ao Desgaste.
Esta pesquisa é relevante, porque segundo o Departamento Nacional de Infraestrutura de Transportes (DNIT), o país possui pouco mais de 1,7 milhões de quilômetros de estradas, dos quais apenas cerca de 10% são pavimentados. Anualmente a Confederação Nacional dos Transportes (CNT) realiza pesquisa sobre a qualidade dos pavimentos brasileiros, na Pesquisa de Rodovias 2012 a classificação das rodovias no que diz respeito à qualidade do pavimento
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mostra que, do total de 95.707 km pesquisados, 49,0% são classificados como Ótimo, 5,1% Bom, 33,4% Regular, 8,6% Ruim e 3,9% Péssimo.
Conforme a Pesquisa CNT de Rodovias 2012, a qualidade da infraestrutura rodoviária afeta a segurança das vias no transporte de passageiros. Além disso, os gastos hospitalares e as perdas materiais representam elevados custos para o país. A partir do custo médio dos acidentes e suas estatísticas, a Pesquisa CNT (2012) estimou que o país gastou R$ 15,71 bilhões com acidentes em 2011. Esse valor é maior que o investimento público em infraestrutura rodoviária para o mesmo ano, quando foram investidos R$ 11,21 bilhões.
Nos pavimentos rodoviários ocorrem patologias como, buracos, afundamento na trilha de rodas e ondulações, que causam sérios prejuízos à atividade econômica e à sociedade. Na atividade econômica, conforme ABEDA (2013) o sistema rodoviário nacional transporta a maior parte da economia, aproximadamente 61,2 %. Já para a sociedade, os defeitos causam um aumento de tempo e de custo das viagens, o maior consumo de combustíveis e maior desconforto aos usuários que por ela transitam.
Uma das formas para a correção dos defeitos nos pavimentos é a utilização da técnica de fresagem do revestimento. Esta técnica gera um resíduo denominado fresado, que quando não há especificação no projeto para sua utilização, acaba gerando problemas na sua disposição final, normalmente sendo depositado em locais impróprios, como ao longo das rodovias, em aterros sanitários ou má utilizado como revestimento primário, onde o uso do fresado pode se tornar um passivo ambiental, pois as chuvas acabam carregando este resíduo para o leito dos córregos.
O fresado é um material “nobre” (pois possui ligante asfáltico), e seu reaproveitamento além de diminuir os passivos ambientais também diminuirá a exploração de novas jazidas de agregados minerais, tornando assim seu descarte “insustentável ecologicamente”. O reaproveitamento proposto nessa pesquisa será a incorporação de fresado no concreto asfáltico, ou seja, a substituição em peso de porcentagens de agregados minerais por material fresado asfáltico. Em outras regiões do país há pesquisas que comprovam o beneficio deste reaproveitamento. Conforme Specht (2004), as utilizações de novas técnicas e de novos materiais têm sido estudadas no mundo todo, sempre buscando melhorar a qualidade das misturas e atenuar o problema da degradação prematura dos revestimentos.
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Nesta pesquisa será desenvolvido o estudo da incorporação de fresado numa mistura a quente, o tradicional Concreto Betuminoso Usinado a Quente (CBUQ) ou Concreto Asfáltico (CA), em laboratório. A opção por mistura a quente se dá por dois motivos: pelo fato de ser o revestimento asfáltico mais utilizado e popular no Brasil e outro pela facilidade de execução no laboratório da UNIJUI, pois o mesmo possui os equipamentos necessários para a sua realização.
Essa pesquisa visa contribuir para a melhoria da técnica de pavimentação da região. Se houver êxito no estudo da incorporação de fresado no concreto asfáltico, pode-se proporcionar minimização dos rejeitos da pavimentação, reduzir a exploração de novas fontes de materiais e os custos na recuperação das vias e contribuir para a diminuição do impacto ambiental causado por todo ciclo de vida do concreto asfáltico.
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1 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
Nesta revisão são abordados assuntos como: agregados para pavimentação, materiais betuminosos, pavimentos, revestimentos asfálticos, dosagem de misturas asfálticas, entre outros.
1.1 PAVIMENTOS
A pavimentação tem uma história tão grande quanto à da própria civilização. Existem relatos de estradas pavimentadas a 2600 A.C. , que eram vias com pedras encaixadas umas nas outras que garantiam uma boa capacidade de suporte as cargas que nelas trafegavam. Conforme a civilização evolui a pavimentação também, mostrando que a pavimentação é importante para o desenvolvimento da população.
Conforme Senço (2001), pavimento é uma estrutura construída sobre a terraplenagem, de múltiplas camadas, destinada técnica e economicamente a resistir aos esforços provenientes do tráfego e aos esforços horizontais. Melhorando as condições de rolamento, de conforto, economia e segurança do usuário.
Basicamente existem dois tipos de pavimentos: rígidos e flexíveis. Os rígidos são chamados de pavimento de concreto-cimento e os flexíveis de pavimento asfáltico ou concreto asfáltico.
A diferença entre os dois pavimentos são as suas camadas constituintes e as distribuição 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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1.1.1 Camadas do Pavimento Asfáltico
Conforme Balbo (2007), o pavimento flexível é constituído das seguintes camadas: subleito, reforço do subleito, sub-base, base e revestimento. A Figura 01 demonstra um esquema dessas camadas.
O revestimento asfáltico ou camada de rolamento é uma camada destinada a resistir diretamente às ações dos veículos e a transmitir as tensões resultantes desse processo de forma minimizada para as camadas abaixo, além de garantir segurança e conforto ao usuário que nela trafegam.
A base é uma camada destinada a resistir às ações dos veículos e a transmití-las ao subleito. A sub-base é uma camada complementar à base, com as mesmas funções dela, mas não com os mesmos requisitos.
O reforço do subleito é uma camada que se aplica com objetivo de reduzir a espessura da sub-base, ou quando o subleito tem uma qualidade muito ruim, por exemplo, um baixo Índice de Suporte Califórnia.
Figura 01 - Corte transversal no Pavimento Asfáltico
Fonte: Próprio autor
Revestimento
Base
Sub-base
Subleito
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1.2 MATERIAIS DE PAVIMENTAÇÃO
Os dois principais materiais que constituem o pavimento asfáltico são o ligante e os agregados. Esses dois materiais unidos devem originar estruturas estáveis durante a vida útil do pavimento.
1.2.1 Agregado Mineral
Segundo a NBR 9935 (2011) agregado é um material granular, geralmente inerte, com dimensões e propriedades adequadas para a preparação de argamassa ou concreto. Os agregados representam a maior parte constituinte do pavimento, cerca de 90% em peso do conjunto asfalto.
1.2.1.1 Classificação do Agregado
Conforme Bernucci et al. (2007), os agregados classificam-se pela:
Natureza:
Os agregados podem ser artificiais, naturais e reciclados. A NBR 9935 (2011) define agregado natural como material pétreo granular que pode ser utilizado tal e qual encontrado na natureza. A mesma norma também define agregado artificial como um material granular resultante de processo industrial envolvendo alteração mineralógica, química ou físico-química da matéria-prima original. E agregados reciclados como um material granular obtido de processos de reciclagem de rejeitos ou subprodutos da produção industrial, mineração ou construção ou demolição da construção civil.
Tamanho:
Os agregados podem ser graúdos, miúdos e de enchimento (fíler). O agregado graúdo pela NBR 9935 (2011) é o agregado no qual os grãos passam pela peneira com abertura de malha de 75 mm e ficam retidos na peneira nº4 (abertura de malha de 4,75 mm).
O
agregado miúdo é agregado cujos grãos passam pela peneira nº4 e ficam retidos na peneira nº100 e o fíler (denominado como finos pela norma) é o material granular que passa na peneira nº100.20
Distribuição dos Grãos
A distribuição dos grãos é geralmente medida pela análise de um gráfico denominado de curva granulométrica. A curva granulométrica se obtém a partir de uma amostra de agregado seco de peso conhecido, que é separado por meio uma série de peneiras com aberturas variáveis.
Esta curva se classifica como densa, com degrau, uniforme ou aberta, todos demonstrados na Figura 02. Conforme Bernucci et al. (2007), densa é quando o agregado apresenta uma granulometria contínua, portanto, próximo da densidade máxima. E a com degrau é quando o agregado proporciona pequena porcentagem de agregados com tamanhos intermediários. Agregados com essa característica granulométrica são muito sensíveis a segregação.
Segundo WAPA (2010), uniforme é quando o agregado apresenta uma granulometria que contém a maioria das partículas numa faixa de tamanho muito estreito, ou seja, a curva granulométrica é íngreme. Na sua essência, todas as partículas têm o mesmo tamanho. E a aberta é quando o agregado contém apenas uma pequena percentagem de partículas de agregados nas peneiras de menor abertura. Isso resulta em mais vazios de ar, porque não há partículas pequenas suficientes para preencher os vazios entre as partículas maiores.
Figura 02 - Representação convencional de curvas granulométricas
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1.2.1.2 Características Importantes para o Agregado
Conforme Bernucci et al. (2007), o revestimento asfáltico é um material composto por agregados de vários tamanhos, unidos por um ligante asfáltico. A seleção dos agregados depende da facilidade de encontrá-lo, do seu preço, da sua qualidade, da faixa de projeto adotada, do tipo de revestimento utilizado e outros fatores.
Tamanho e Graduação
A distribuição granulométrica dos agregados é uma de suas principais características e efetivamente influi no comportamento dos revestimentos asfálticos. Em misturas asfálticas a distribuição granulométrica do agregado influencia quase todas as propriedades importantes incluindo rigidez, estabilidade, durabilidade, permeabilidade, trabalhabilidade, resistência à fadiga e à deformação permanente, resistência ao dano por umidade induzida etc. (BERNUCCI et al.,2007)
Forma das Partículas
Segundo Bernucci et al.(2007), a forma das partículas altera a trabalhabilidade e a resistência ao cisalhamento da mistura asfáltica, e também muda a energia de compactação.
A NBR 6954 (1989) classifica as partículas em cúbica, alongada, lamelar e alongada, classificando cada uma delas através de três dimensões: comprimento (a), largura (b) e espessura(c), relacionando elas entre si, b/a e c/b, conforme demonstra o Quadro 01.
Quadro 01 - Classificação da forma dos agregados
Média das Relações b/a e c/b Classificação da Forma
b/a > 0,5 e c/b >0,5 Cúbica b/a < 0,5 e c/b > 0,5 Alongada b/a >0,5 e c/b < 0,5 Lamelar b/a < 0,5 e c/b < 0,5 Alongada-lamelar Fonte: NBR 6954 1.2.2 Ligantes Asfálticos
O ligante asfáltico garante a união dos agregados, além de ser durável e resistente. No Brasil atualmente são mais utilizados seis tipos de ligantes asfálticos, todos provenientes do Cimento Asfáltico de Petróleo (CAP). São eles:
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CAP - Cimento Asfáltico de Petróleo; ADP - Asfaltos Diluídos de Petróleo; EAP - Emulsões Asfálticas de Petróleo;
AMP ou AMB - Asfaltos Modificados por Polímeros ou por Borracha de Pneus; AR e ARE - Asfaltos Rejuvenescedores;
Asfaltos oxidados ou soprados de uso industrial;
Como todo derivado de petróleo, o Cimento Asfáltico de Petróleo deve atender as especificações da Agência Nacional do Petróleo (ANP). Os CAP’s são classificados de acordo com o resultado do ensaio de penetração NBR 6576 (2007), em: CAP 30-45, CAP 50-70, CAP 85-100, CAP 150-200.
Quando os asfaltos convencionais não suprem as exigências do revestimento com CAP, os ligantes modificados por polímeros se tornam opções. Ele adiciona características ao ligante como a redução da susceptibilidade térmica e envelhecimento precoce do pavimento, maior resistência ao afundamento na trilha de rodas e trincas por fadigas, reduz o envelhecimento, entre outros. Alguns desses modificadores são: Elastômeros, Plastômeros, Borracha de Pneu, Enxofre, Modificadores Químicos, Melhorador de Adesividade, Cal Hidratada.
De acordo com Leite (1999) apud Bernucci (2007), em geral, as especificações para polímeros baseiam-se em medidas de tensão versus deformação, viscosidade versus temperatura, efeito de calor e do ar, estabilidade à estocagem, recuperação elástica, suscetibilidade térmica e módulo de rigidez.
De acordo com Specht (2004), uma solução sustentável que tem sido aplicada hoje em dia é a do asfalto-borracha, que é um ligante modificado por 12% a 18% de borracha de pneus incorporada ao ligante asfáltico, ou misturas tipo agregado-borracha com adição por um processo seco, que resultam em uma mistura com maior resistência à fadiga, deformações permanentes e maior durabilidade.
1.3 MISTURA ASFÁLTICA
Segundo as Especificações Gerais do DAER-RS (1998), a mistura asfáltica é uma mistura de agregados, fíler e cimento asfáltico, que dosados de forma correta geram
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vantagens ao pavimento, como impermeabilidade, estabilidade, durabilidade, flexibilidade, resistência ao trincamento e à fadiga.
1.3.1 Tipos
Essas misturas se classificam em quatro principais tipos: Misturas Usinadas, Misturas in situ em Usinas móveis, Recicladas e Tratamento Superficial.
1.3.1.1 Misturas Usinadas
A mistura de agregados e ligante é realizada em usina estacionária e transportada posteriormente por caminhão para a pista, onde é lançada por equipamento apropriado, denominado vibro acabadora. Em seguida é compactada, até atingir um grau de compressão tal que resulte num arranjo estrutural estável e resistente, tanto às deformações permanentes quanto às deformações elásticas repetidas da passagem do tráfego (BERNUCCI et al., 2007)
Dividem-se em dois tipos, a quente e a frio.
Mistura a Quente:
A mistura do agregado e ligante é realizada com o aquecimento de ambos os materiais numa determinada temperatura.
Concreto Asfáltico (CA) ou Concreto Betuminoso Usinado a Quente (CBUQ): Conforme as Especificações Gerais do DAER-RS (1998), o concreto asfáltico é uma mistura flexível, resultante do processamento a quente, em uma usina apropriada, fixa ou móvel, de agregado mineral graduado, material de enchimento ("fíler" quando necessário) e cimento asfáltico, espalhada e comprimida a quente.
Camada Porosa de Atrito (CPA): Tem distribuição aberta, por isso a quantidade de ligante não pode ser elevada. São consideradas porosas pela quantidade de vazios de ar encontrada nelas, de 18 a 25 %. Segundo a Especificação de Serviço DNER (1999) esse revestimento tem uma elevada permeabilidade, consequentemente diminuindo a lâmina e o spray de água. Outra qualidade é a redução de ruído do rolamento.
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Stone Matrix Asphalt (SMA): Tem distribuição com degrau, ou seja, tem elevada porcentagem de agregado graúdo, gerando assim muitos vazios entre os agregados. Esses vazios são ocupados por uma mistura de areia, fíler, ligante asfáltico e fibras. O consumo de ligante é maior em relação as outras misturas. Tem boa drenagem e aderência com os pneus em dias de chuva (devido a uma textura mais grosseira de superfície), boa flexibilidade e boa estabilidade a temperaturas e elevada resistência ao desgaste.
Areia Asfalto Usinada a quente (AAUQ): Conforme as Especificações Gerais do DAER-RS (1998), a AAUQ é uma mistura asfáltica a quente executada em usina apropriada, composta de agregado mineral fino graduado e de cimento asfáltico de petróleo (CAP), espalhada e comprimida em temperatura bem superior a do ambiente, na espessura do projeto, satisfazendo às exigências da especificação do DAER.
Mistura a Frio:
A mistura do agregado e ligante é realizada com os materiais na temperatura ambiente, talvez o ligante (EAP - Emulsão Asfáltica de Petróleo) possa ser pouco aquecido. Segundo Bernucci et al. (2007), as vantagens de misturar a frio é pela utilização de equipamentos mais simples, trabalhabilidade à temperatura ambiente, flexibilidade elevada e possibilidade de estocagem.
1.3.1.2 Mistura Asfáltica Reciclada
A reciclagem asfáltica não é uma técnica nova. Segundo Kandhal apud Lima (2003), o uso das técnicas de reciclagem de pavimentos asfálticos data do início do século passado, mais precisamente por volta de 1915. Contudo, foram às exigências crescentes da economia e da proteção ambiental, que promoveram em um maior destaque as técnicas e procedimentos de reciclagem.
A reciclagem, nada mais é que o processo de reutilização de misturas asfálticas velhas para produção de novas, aproveitando os agregados e o ligante de um pavimento asfáltico deteriorado, com o acréscimo de novos materiais, como CAP ou EAP. A reciclagem pode ser feita:
A quente: Utilizando CAP, agregados quentes e/ou agente rejuvenescedor.
A frio: Utilizando EAP, agregados a temperatura ambiente e agente rejuvenescedor emulsionado.
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Pode ser realizada em:
Usina: à quente ou à frio - o material fresado é levado para a usina;
In situ: à quente ou à frio - o material fresado é misturado com ligante no próprio local do corte, seja à quente (CAP), seja à frio (EAP) por equipamentos especiais.
Os procedimentos de dimensionamento de misturas recicladas a quente, não são diferentes dos de pavimentos de misturas convencionais. Desde que a mistura reciclada atenda as mesmas especificações das misturas convencionais.
1.4 FRESAGEM
Segundo Bonfim (2001) fresagem é 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. Ou seja, é o corte de todo ou parte do revestimento deteriorado por equipamento específico, conforme demonstra a Figura 03.
Figura 03 - Realização da fresagem em uma rodovia
Fonte: Echeverria (2012)
1.4.1 Tipos
Pode se classificar a fresagem de acordo com as espessuras de corte, usualmente em três categorias: superficial, rasa e profunda.
A fresagem superficial é destinada apenas à correção de defeitos existentes na superfície do pavimento, podendo ser dispensado o
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posterior recapeamento da pista, visto que a textura final garante rolamento de forma segura. Já a fresagem rasa atinge as camadas superiores do pavimento, normalmente esse tipo de intervenção tem uma profundidade da ordem de 5 cm. Quando a operação atinge as camadas de ligação, base e até sub-base é denominada de fresagem profunda, esta operação já visa o aspecto estrutural (CORREIA E SILVA, 2012 apud BONFIM, 2001).
1.4.2 Equipamentos utilizados
Existem diversos equipamentos que permitem realizar a fresagem, denominados de máquinas fresadoras que utilizam cilindros característicos com pontas cortantes, denominadas como bits. Estes bits contêm a presença de diamante o que os torna mais resistentes, como mostra a Figura 04. O material gerado no corte pode ser aproveitado pela reciclagem.
Figura 04 - Representação de um rolo de corte com os bits
Fonte: Wirtgen (21-¿)
1.5 DOSAGEM
A dosagem de uma mistura asfáltica é feita através de procedimentos laboratoriais, para determinar um teor ideal de ligante para uma determinada composição granulométrica. Segundo Senço (2001), o projeto de um concreto asfáltico para pavimentação nada mais é que um estudo de seleção e dosagem dos materiais constituintes, com a finalidade de enquadrá-los nas especificações de concreto asfáltico.
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1.5.1 Dosagem para Mistura à Quente
O primeiro procedimento documentado foi o de Hubbard-Field. Esse procedimento foi um dos primeiros a analisar as propriedades mecânicas das misturas. O ensaio consiste em determinar a carga máxima resistida por um corpo de prova quando forçado através de um orifício circular, sendo que esta carga é considerada o valor da estabilidade Hubbard-Field. O ensaio gera um tipo de ruptura correspondente ao cisalhamento.
O método de dosagem Marshall se resume em determinar a massa específica do CAP e dos agregados constituintes na mistura. Enquadrar a composição granulométrica de acordo com as normas do órgão competente e adotar a composição que se enquadra em uma faixa limite determinada. Determinam-se as temperaturas de mistura e compactação, a partir da curva de viscosidade versus temperatura do ligante. Com esses dados, moldam-se os corpos de prova com diferentes teores de ligante, para calcular as massas especificas. Depois em uma prensa, se obtêm os seguintes valores mecânicos:
Estabilidade: Carga máxima a qual o corpo de prova resiste antes de romper. Fluência: Deslocamento na vertical, devido à aplicação da carga máxima.
O método Hveem realiza uma análise de densidade/vazios e estabilidade, e determina a resistência da mistura ao inchamento em água. O método Hveem possui duas vantagens reais. Conforme Motta (2000), a primeira é que o método de compactação pulsante em laboratório é vista pelos técnicos como a melhor simulação da compactação que ocorre com o concreto asfáltico em campo. Segundo, o parâmetro de resistência, a estabilidade Hveem é uma medida direta dos componentes de atrito interno da resistência de cisalhamento. Este método mede a capacidade de um corpo de prova de resistir a deformação lateral quando uma carga vertical é aplicada .
No método Superpave o teor de ligante do projeto é estimado através do volume de vazios e a granulometria dos agregados disponíveis. A maior diferença desse método para o Marshall é a realização da compactação dos corpos de prova, onde no metódo Marshall é realizada por golpes e a do Superpave por giros, outra diferença é a escolha da granulometria dos agregados da mistura.
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1.5.2 Dosagem de Misturas Recicladas à Quente
O processo necessário para compor os materiais recuperados, escolher o teor de ligante e preparar a dosagem final, foi baseado no livro do Asphalt Institute (2002). Esse método de reciclagem de mistura a quente utiliza de 10% a 60% de fresado na mistura.
1.5.2.1 Passos Preparatórios
A dosagem da mistura asfáltica reciclada pode ser feita tanto pela dosagem Marshall como pela dosagem Hveem. O fresado é misturado com agregados para a obtenção de uma graduação combinada que atenda as especificações desejadas. Primeiro se calcula as proporções de agregados, para depois calcular a demanda total de asfalto. Seleciona-se o grau do novo asfalto, molda-se seguindo as metodologias de dosagem escolhida e se escolhe o teor ideal de ligante.
1.5.2.2 Avaliações dos Materiais
Deve-se determinar a graduação do fresado. Esta informação é utilizada para a definição da graduação e quantidade de agregados adicionais e a quantidade de novo ligante que se necessita. Realizam-se os seguintes ensaios com o fresado:
a) Avaliação do agregado - É o peneiramento de uma amostra desse material, que determina a sua granulometria (graduação).
b) Extração do ligante - Serve para determinar as quantidades de agregado e ligante c) Avaliação do asfalto - É avaliar o teor de ligante encontrado no fresado, além da
viscosidade a 60ºC desse ligante. Esta determinação é importante para estimar um valor aproximado de teor de ligante.
Indica-se que se for utilizado no máximo 10% de fresado na mistura, não se torna necessário verificar a viscosidade do ligante extraído. O teor de ligante a ser usado na mistura reciclada normalmente é o mesmo das misturas convencionais.
O novo ligante asfáltico incorporado aumenta o teor de ligante da mistura e também combina o asfalto já envelhecido na parte recuperada, fazendo com que a mistura obedeça às especificações.
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1.5.2.3 Dosagem da Mistura
Com as avaliações de todos os materiais utilizados na mistura, a dosagem pode ser formulada. Podem-se adotar os seguintes passos para o procedimento da dosagem da mistura:
a) Calcular o agregado combinado na mistura reciclada
b) Estabelecer aproximadamente a demanda de asfalto dos agregados combinados c) Estimar a porcentagem de ligante na mistura
d) Adotar um teor ideal
e) Fazer a dosagem da mistura seguindo algum método (Marshall ou Hveem) f) Selecionar a mistura mais vantajosa.
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2 METODOLOGIA
2.1 CLASSIFICAÇÃO DA PESQUISA
Esta pesquisa pode ser classificada como básica.
Quanto aos procedimentos é uma pesquisa experimental.
Do ponto de vista da forma de abordagem a pesquisa pode ser classificada como quantitativa.
2.2 PLANEJAMENTO DA PESQUISA
O planejamento dessa pesquisa se dá pela determinação dos parâmetros para a dosagem Marshall de misturas de concreto asfáltico (CA) tendo em vista a incorporação de 10% e 20% de agregado mineral por material fresado asfáltico, e a substituição de 1% de fíler por cal calcítica, devido a esta apresentar bons resultados em pesquisas realizadas anteriormente na universidade.
Nesse estudo, a cal utilizada será a calcítica provinda do estado de Minas Gerais, e doada por acadêmicos do mestrado da UFSM. E o material fresado asfáltico proveniente da fresagem da BR 285/RS, trecho de Ijuí/RS.
Após a determinação dos parâmetros para a dosagem Marshall, como teor de ligante de projeto, serão estudados cinco tipos de misturas de concreto asfáltico:
31 REFERÊNCIA (REF) 10 % de FRESADO (F10) 20 % de FRESADO (F20) 10 % de FRESADO + 1 % de CALCÍTICA (F10C1) 20 % de FRESADO + 1 % de CALCÍTICA (F20C1)
Serão realizados ensaios de Resistência à Tração por Compressão Diametral e ensaio de Módulo de Resiliência que servem para verificar o comportamento mecânico da mistura, e os ensaios de Metodologia Lottman Modificada e o Cantabro para verificar a adesividade. Para os ensaios serão moldados um total de 150 corpos de prova tendo as quantidades e ensaios a que serão submetidos descritos no Quadro 02.
Quadro 02 - Número de corpos de prova
Ensaio \ Misturas REF F 10 F 20 F 10C 1 F 20 C 1
Dosagem Marshall 15 15 15 15 15 Resistência a Tração 3 3 3 3 3 Módulo de Resiliência 3 3 3 3 3 Cantabro 3 3 3 3 3 Lottman 6 6 6 6 6 TOTAL 30 30 30 30 30 TOTAL GERAL 150
Fonte: Próprio autor
2.3 MATERIAIS UTILIZADOS
2.3.1 Agregados Minerais
Os agregados minerais utilizados nesta pesquisa serão a brita 1, o pedrisco e o pó de pedra, provenientes de rocha basáltica. Estes agregados são originários da Pedreira Paim, com a jazida localizada no município de Coronel Barros-RS, conforme mostra a Figura 05. Os agregados coletados serão submetidos a ensaios laboratoriais no Laboratório de Engenharia Civil da UNIJUÍ.
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Figura 05 - Jazida da Pedreira Paim
Fonte: Próprio autor
2.3.2 Cal
A incorporação de cal em misturas asfálticas, além de melhorar a adesividade agregado-ligante e enrijecer o ligante asfáltico e a própria mistura (o que a torna mais resistente às deformações permanentes) retarda o trincamento (seja este ocasionado por fadiga ou por baixas temperaturas), altera favoravelmente a cinética da oxidação e interage com produtos da oxidação, reduzindo seus efeitos deletérios. (BUDNY, 2010, apud NÚÑEZ et al , 2007, 24 p.)
A forma de incorporação de cal na mistura asfáltica nessa pesquisa será através da adição desta no agregado graúdo seco, pois pesquisas já realizadas em laboratório por Bock (2009) comprovam que a incorporação de cal no agregado graúdo seco apresentou uma maior Resistência à Tração, um maior Módulo de Resiliência e uma maior resistência à Fadiga. A escolha da cal Calcítica para o trabalho se deu por ela apresentar uma maior quantidade de Hidróxido de Cálcio (Ca(OH)2) e também, segundo Boeira (2012), esta cal apresentou melhores resultados no teor de 1% do que a cal dolomítica, comparando o teor de ligante, Módulo de Resiliência, perda de massa e Lottman modificado.
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2.3.3 Ligante Asfáltico
O ligante asfáltico empregado neste estudo será o CAP 50/70, produzido na Refinaria Alberto Pasqualini, em Canoas (RS). Esse é o ligante asfáltico convencionalmente utilizado em obras de pavimentação no Rio Grande do Sul e no Brasil. Serão realizados ensaios em laboratório para a caracterização do ligante.
2.3.4 Agregado Reciclado
“Agregado reciclado: é o material granular proveniente do beneficiamento de resíduos de construção que apresentem características técnicas para a aplicação em obras de edificação, de infra-estrutura, em aterros sanitários ou outras obras de engenharia.” (CONAMA, 2002). Como na pesquisa utilizaremos a substituição de 10 e 20 % do agregado mineral por material fresado asfáltico, ou seja, não usaremos o fresado como ele é retirado na fresagem, e sim fizemos uma modificação em sua granulometria do material e com a adição de agregados e ligante asfáltico novos. Tornando o fresado assim um agregado reciclado.
O material fresado asfáltico é proveniente da fresagem da BR 285/RS, do depósito provisório localizado as margens da rodovia, próximo à estação de tratamento de água (ETA) do município de Ijuí, observada na Figura 06.
Figura 06 - Depósito provisório próximo a ETA de Ijuí
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2.4 PROCEDIMENTOS DE ENSAIOS E DESCRIÇÃO DOS EQUIPAMENTOS
2.4.1 Caracterização dos materiais
2.4.1.1 Análise granulométrica
Conforme Bernucci et al. (2007), a distribuição granulométrica dos agregados é uma de suas principais características e interfere diretamente no comportamento dos revestimentos asfálticos.
Foi realizada a composição granulométrica, dos agregados minerais e reciclados, através de uma análise por peneiramento, preconizada pela NBR NM 248 (2003) que prescreve o método para a determinação da composição granulométrica de agregados miúdos e graúdos e as peneiras a serem utilizadas, com exceção da peneira #200, que a norma não utiliza, mas adotamos devido a importância dos finos na mistura asfáltica.
2.4.1.2 Massa específica e absorção de água dos materiais
Esse dado é importante para a mistura asfáltica, pois as massas específicas dos materiais e absorção influenciam na massa especifica da mistura, que consequentemente influencia na quantidade de ligante da mistura asfáltica. Estes ensaios foram realizados nos agregados minerais e para o material fresado asfáltico.
Massa especifica é a relação entre massa e volume. Existem três tipos de massas especificas, a real (Dr) é a relação entre a massa seca e o volume real. A aparente (Da) é a relação entre a massa seca e o volume aparente do agregado. E a efetiva (Def) é a relação entre a massa seca e o volume efetivo, essa massa depende da absorção do material ser maior ou menor que 2%. Absorção (A) é a quantidade de água que o agregado absorve quando imerso. A Figura 07 demonstra os volumes dos materiais.
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Figura 07 - Volume real, aparente e efetivo do agregado
Fonte: Bernucci (2007)
O ensaio para a determinação das massas específicas dos agregados depende do seu tamanho. Se o material for graúdo, ou seja, retido na peneira #4, deve ser feito o cesto metálico, ensaio preconizado pela norma NBR NM 53 (2009). Se for miúdo, deve ser feito o ensaio do picnômetro, regido pela norma NBR NM 52 (2009).
O ensaio do cesto metálico consiste primeiramente em levar duas amostras para a estufa e secá-las por um período de 24 horas. Após pesar as amostras para obter o peso seco (Ps), depois colocar as amostras imersas por 24 horas, como demonstra a Figura 08.
Figura 08 - Amostra de agregado graúdo submerso
Fonte: Próprio autor
Passado esse tempo, retiram-se os agregados das bandejas, e tira-se levemente a umidade deles, com um pano e os pesa, obtendo o peso superficialmente úmido (Ph). Por fim, se coloca as amostras no cesto metálico onde se obtém o peso imerso (Pi). A Figura 09 demonstra esse ensaio.
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Figura 09 - Ensaio Cesto Metálico
Fonte: Bernucci (2007)
As relações dos pesos demonstrados nas fórmulas abaixo determinam a massa especifica real, aparente e a absorção. Com estes valores se determina a massa especifica efetiva, também demonstrada nas fórmulas.
= − = ℎ ℎ − = ℎ − 100 < 2% = + 2 > 2% = + 2 3
No ensaio do picnômetro se obtêm a massa específica real dos agregados miúdos, se utiliza dois picnômetros para a realização do ensaio. Onde primeiro se pesa o picnômetro vazio (A), após enche-se o picnômetro com o material e pesa (B). Após, completa com água até certo ponto do picnômetro e o leva para a bomba, para retirar o ar da amostra, como demonstra a Figura 10.
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Figura 10 - Picnômetro na bomba de vácuo
Fonte: Próprio autor
Passado 20 minutos na bomba, se completa o picnômetro com água e se pesa (C), esvazia-se o picnômetro, limpa e o completa somente com água e o pesa (D). A relação dos pesos, demonstrados na equação abaixo, determina a massa especifica real.
= −
( − ) − ( − )
2.4.1.3 Teor de ligante
A determinação do teor de ligante do material fresado asfáltico se deu através do método de ensaio DNER-ME 053/94 , que fixa o modo pelo qual se determina a porcentagem de ligante extraído de misturas asfálticas, por meio de um extrator centrífugo. O ensaio consiste em colocar o material asfáltico dentro de um aparelho, denominado rotarex, mostrado na figura 11, juntamente com um solvente, onde a centrifugação gerada pelo aparelho faz com que o ligante se separe dos agregados. O teor de ligante se dá pela fórmula abaixo, onde PA é o peso da amostra antes da extração e PD é o peso da amostra depois da extração.
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Figura 11 - Demonstração do Rotarex
Fonte: Próprio autor
Deve se lembrar de que para resultados mais precisos o rotarex precisa passar por uma curva de calibração. Esta calibração consiste em extrair o ligante de misturas com os ligantes conhecidos, é a diferença dos resultados gera uma curva de correção do valor final.
2.4.2 Caracterização das misturas asfálticas
2.4.2.1 Dosagem Marshall
A mistura asfáltica dosada e moldada nessa pesquisa seguiu a norma DNIT ES 031/2006 , no que refere à qualidade dos materiais empregados (agregados e ligantes), além das condições de conformidade e não conformidade da própria mistura asfáltica. No que refere à dosagem Marshall segue-se a DNER-ME 043/95.
A composição granulométrica da mistura será realizada de forma a enquadrar os materiais na faixa “C” do DNIT, demonstrada no Quadro 3. Onde tem 100% a porcentagem passante dos agregados de 19,1mm, ou seja, na peneira #¾.
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Quadro 03 - Limites das faixas de trabalho da composição granulométrica do DNIT
Fonte: DNIT (2006)
Fundamentalmente foi feita a coleta do agregado e suas granulometrias. Após, se realiza a distribuição granulométrica e se separa a massa retida das peneiras: #1/2, #3/8, #4, #8, #30, #16, #50, #100 e #200. Posteriormente serão lavados e pesados os agregados para posterior moldagem das amostras de acordo com a metodologia Marshall.
Em síntese, a moldagem dos corpos de prova decorrerá da seguinte forma: Se aquece os agregados até que atinjam a temperatura de mistura, quando atingir, misturam-se os agregados com o ligante asfáltico, este sendo previamente aquecido na temperatura da mistura. Feito isso, a mistura é colocada em uma estufa calibrada na temperatura de compactação, onde repousará por 2 horas. Após moldam-se os de corpos de prova (CP´s) por compactação a quente, dentro de moldes cilíndricos metálicos. Depois os CP´s ficam ao ar livre durante 24 horas, após esse período são desmoldados, medidos e pesados. Na prensa, rompem-se os CP´s e se obtêm os valores mecânicos de estabilidade e fluência, que são necessários para verificar se as misturas estão dentro dos parâmetros exigidos pelo DNIT e para verificar o teor de ligante das misturas.
40
Para a dosagem de Misturas Recicladas a Quente, ou seja, as misturas que terão a adição de material fresado serão realizadas conforme cita o livro do Asphalt Institute (2002). Esse método de reciclagem de mistura a quente utiliza de 10% a 60% de fresado na mistura e se obtêm os materiais recuperados, escolher o teor de ligante e preparar a dosagem final com a metodologia Marshall.
2.4.2.2 Ensaio de Resistência à Tração por Compressão Diametral
Este ensaio determina a resistência à tração de corpos de prova cilíndricos de misturas betuminosas, através do ensaio de compressão diametral, conforme preconiza a DNIT-ME 126/2010. Conforme Bernucci et al (2007), a Resistência à Tração (Rt) tem se mostrado um importante parâmetro para a caracterização de materiais como o concreto de cimento Portland e misturas asfálticas.
Conforme a norma do DNIT-ME 126/2010, o corpo de prova para o ensaio pode ser obtido diretamente na pista por extração, por meio de sonda ou moldado em laboratório. Deve ter forma cilíndrica, com altura entre 3,50 cm e 6,50 cm e diâmetro de 10 cm. Para a realização desse ensaio deve-se medir a altura e o diâmetro do corpo de prova. Estabilizar os corpos de prova na temperatura de 25ºC por duas horas, após esse tempo, o corpo de prova é colocado na prensa entre dois frisos metálicos, curvos em uma das faces, com comprimento igual ao do corpo de prova, conforme a Figura 12. Aplica-se uma carga até que esta cause a ruptura do corpo de prova, quando romper anota-se o valor da carga.
Figura 12 - Ensaio de Compressão Diametral no corpo de prova
41
2.4.2.3 Ensaio de Módulo de Resiliência
Resiliência é a capacidade do material de absorver energia quando deformado elasticamente por uma carga e após o descarregamento ter parte da sua energia recuperada. A propriedade associada é o módulo de resiliência. Esse ensaio se caracteriza por ter uma carga pontual de 0,1 segundos e um repouso de 0,9 segundos, sendo este realizado numa prensa especifica normalmente uma triaxial. Os corpos de prova moldados serão rompidos no Laboratório da Universidade Federal de Santa Maria. Os procedimentos para o ensaio módulo de resiliência se baseiam na DNIT-ME 135/2010.
Conforme a norma do DNIT-ME 135/2010 posiciona-se o corpo de prova na prensa, por meio de garras em suas faces extremas, ou seja, coloca-se o corpo de prova na base da prensa, ajusta-se o pistão de carga para o contato com o corpo de prova, se fixa e se ajusta os transdutores para obter o registro no microcomputador.
2.4.2.4 Ensaio Metodologia Lottman Modificada
O ensaio Lottman Modificado é normatizado pela NBR 15617 (2011), determinação do dano por umidade induzida. Segundo Specht (2004), este ensaio trata em avaliar as propriedades de adesividade em misturas asfálticas, considerando o efeito insalubre da água, em amostras preparadas através da Metodologia Marshall, com volume de vazios entre 6 e 8%.
O ensaio é realizado da seguinte maneira, moldam-se 6 amostras seguindo a metodologia Marshall, com o volume de vazios entre 6 e 8%. Essas amostras se dividem em dois grupos, o primeiro segue a metodologia da Rt, preconizado pela norma DNIT-ME 126/2010, onde deve estabilizar os corpos de prova na temperatura de 25ºC por duas horas, após esse tempo, o corpo de prova é rompido à tração. O segundo grupo é aplicado uma pressão de vácuo nos corpos de prova, por 7 minutos. Logo após, embalam os corpos de prova com 10 ml de água destilada. O condicionamento ocorre levando as amostras por 16 horas a uma temperatura de -18 °C, após esse tempo os corpos de prova são submersos a 60 °C por 24 horas e por fim os CP´s são colocados a 25 °C por duas horas e então rompidos à tração.
42
A análise é feita pela relação entre a resistência à tração de amostras com condicionamento prévio e amostras sem condicionamento. Está relação é denominada Resistência Retida à Tração (RRt).
2.4.2.5 Ensaio de Cantabro - Abrasão Los Angeles
Este ensaio serve para avaliar a perda de massa por desgaste ou abrasão da mistura asfáltica. Este ensaio é normalizado de acordo com a DNER-ES 383/1999. Segundo o DNER (1999), o ensaio se realiza da seguinte forma, primeiro se pesa o corpo de prova moldado pela metodologia Marshall, após coloca-se o CP na maquina de Abrasão Los Angeles, como mostra a Figura 13.
Liga a máquina para ela realizar 300 revoluções em uma velocidade de 30 rpm. Completado as rotações, se retira o CP e se pesa. A relação entre os pesos antes e depois das revoluções informa o desgaste da mistura betuminosa por abrasão.
Figura 13 - Máquina de Abrasão Los Angeles
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3 APRESENTAÇÃO E ANÁLISE DOS RESULTADOS
Neste capítulo são apresentados os resultados dos ensaios realizados para avaliar os materiais utilizados na pesquisa e o desempenho das misturas asfálticas com a incorporação de material fresado e cal.
3.1 CARACTERIZAÇÃO DOS MATERIAIS
3.1.1 Análise granulométrica
Como já citado anteriormente, foi realizada a composição granulométrica, dos agregados minerais e reciclados, através de uma análise por peneiramento, preconizada pela NBR NM 248/2003. No Quadro 04 estão demonstradas as porcentagens médias passantes em cada peneira para cada material, a Figura 14 demonstra a curva granulométrica.
Quadro 04 - Porcentagem média passante de cada material
Fonte: Próprio autor
PENEIRA mm BRITA 1" PEDRISCO PÓ-DE-PEDRA FRESADO CAL
1 1/4" 32 100,00 100,00 100,00 100,00 100,0 1" 25 99,93 100,00 100,00 100,00 100,0 3/4" 19,1 99,42 100,00 100,00 93,51 100,0 1/2" 12,7 23,27 100,00 100,00 79,12 100,0 3/8" 9,5 2,40 99,91 100,00 66,63 100,0 1/4" 6,35 0,17 56,63 99,89 51,54 100,0 n 4 4,76 0,13 9,16 97,17 41,46 100,0 n 8 2,38 0,12 1,23 72,82 23,56 100,0 n 16 1,2 0,12 1,11 49,16 12,79 100,0 n 30 0,59 0,12 1,05 34,86 6,85 100,0 n 50 0,297 0,12 1,02 23,98 3,56 99,94 n 100 0,149 0,11 0,98 17,25 1,71 99,51 n 200 0,074 0,11 0,15 11,39 95,56
44
Figura 14 - Curva granulométrica dos materiais
Fonte: Próprio autor
3.1.2 Massa específica e absorção de água dos materiais
Como já citado anteriormente, foi obtida a massa específica dos agregados minerais e reciclados através dos ensaios de cesto metálico e picnômetro, preconizados respectivamente pela NBR NM 53/2009 e NBR NM 52/2009. O Quadro 05 apresenta os valores determinados pelo ensaio do cesto metálico e o Quadro 06 os valores determinados pelo ensaio do picnômetro.
Quadro 05 - Densidades dos materiais através do cesto metálico
Fonte: Próprio autor
PEDRISCO FRESADO 3,004 2,538 BRITA 1" 3,008 2,962 2,932 2,525
Densidade Aparente
Densidade Real
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Quadro 06 - Densidades dos materiais através do picnômetro
Fonte: Próprio autor
Através das relações dos pesos realizados no ensaio do cesto metálico se consegue os valores da absorção dos materiais. A absorção é uma característica importante para produção de misturas asfálticas, pois estas têm elevada porosidade, resultando assim em um maior consumo de ligante asfáltico, além de dificultar a escolha do teor de ligante, podendo resultar em excesso ou falta do mesmo no concreto asfáltico. O Quadro 07 apresenta os valores determinados pelo ensaio do cesto metálico.
Quadro 07 - Resultados da absorção dos materiais
Fonte: Próprio autor
3.1.3 Teor de ligante
Como descrito anteriormente, a determinação do teor de ligante do material fresado asfáltico foi realizada através do método de ensaio DNER-ME 053/1994, foram realizadas extrações em duas amostras diferentes, e adotou-se o teor de betume médio das amostras, resultados descritos no Quadro 08.
Quadro 08 - Resultados da extração de betume do material fresado
Fonte: Próprio autor
Também foi realizada a extração do betume dos corpos de prova já moldados para a conferência do teor de ligante das misturas, com os resultados descritos no Quadro 09.
Densidade Real
FRESADO CAL 2,611 2,386 PÓ DE PEDRA 3,092 FRESADO 0,769Absorção
BRITA 1" PEDRISCO 1,238 0,323 2 783 749 4,34 MEDIA 4,48Amostras Peso Antes (g) Peso Depois (g) Teor de ligante (%)
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Quadro 09 - Teor de ligante das misturas
Fonte: Próprio autor
Através do Quadro 09, podemos perceber que a incorporação de material fresado aumentou o teor de ligante da mistura, sendo que a incorporação de 10% de fresado aumentou em 0,69% e a incorporação de 20% de fresado aumento 1,28%. .
3.2 CARACTERIZAÇÃO DAS MISTURAS ASFÁLTICAS
3.2.1 Dosagem Marshall
Conforme Budny (2010), a dosagem Marshall busca uma mistura asfáltica que tenha uma massa específica aparente para garantir estabilidade dentro dos parâmetros. Fluência entre certos limites, para garantir flexibilidade à mistura. Um volume de vazios entre determinados limites para garantir que não ocorra oxidação da massa asfáltica entre outros, pela ação da água e/ou ar, e que não ocorra exsudação do ligante asfáltico e uma relação betume vazios entre certos limites, para garantir que exista betume suficiente para unir os agregados. Abaixo esta a distribuição granulométrica e a curva da mistura, além de figuras que demonstram os parâmetros encontrados com a dosagem Marshall para cada mistura. E no Quadro 10 está o resumo com os parâmetros encontrados em cada mistura.
Teor de ligante adicionado Teor de ligante extraido
Diferença - 0,60 1,33 0,78 1,23
- 5,56 6,15 5,59 5,80
5,38 4,96 4,82 4,81 4,57
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REFERÊNCIA (REF):
Na composição granulométrica dessa mistura utilizaram-se as seguintes proporções dos materiais: 17% de brita 1, 28% de pedrisco e 55% de pó-de-pedra, resultando na curva de composição granulométrica, mostrada na Figura 15. E parâmetros encontrados com a dosagem demonstrados na Figura 16.
Figura 15 - Composição Granulométrica da mistura REF
48
Figura 16 - Parâmetros da dosagem da mistura REF
Fonte: Próprio autor
0,00 1,00 2,00 3,00 4,00 5,00 6,00 7,00 8,00 3,00 3,50 4,00 4,50 5,00 5,50 6,00 V a z io s ( % ) Ligante (%) Volume Vazios (%) 12 13 14 15 16 17 18 19 20 3,00 3,50 4,00 4,50 5,00 5,50 6,00 V A M ( % ) Ligante (%)
Vazios Agregado Mineral(%)
40 45 50 55 60 65 70 75 80 3,00 3,50 4,00 4,50 5,00 5,50 6,00 R B V ( % ) Ligante (%) Relação Betume/Vazios (%) 2,400 2,450 2,500 2,550 2,600 2,650 2,700 3,00 3,50 4,00 4,50 5,00 5,50 6,00 D e n s . A p a r e n te ( K N /m ³) Ligante (%) Densidade Aparente (KN/m³) 750 1000 1250 1500 1750 2000 2250 2500 3,00 3,50 4,00 4,50 5,00 5,50 6,00 E s ta b il id a d e ( k g f) Ligante (%) Estabilidade (kgf) 0 3 5 8 10 13 15 18 20 3,00 3,50 4,00 4,50 5,00 5,50 6,00 F lu ê n c ia ( 0 ,0 1 in .) Ligante (%) Fluência (0,01 in.) 0,00 1,00 2,00 3,00 4,00 5,00 6,00 7,00 8,00 3,00 3,50 4,00 4,50 5,00 5,50 6,00 V a z io s ( % ) Ligante (%) Volume Vazios (%) 12 13 14 15 16 17 18 19 20 3,00 3,50 4,00 4,50 5,00 5,50 6,00 V A M ( % ) Ligante (%)
Vazios Agregado Mineral(%)
40 45 50 55 60 65 70 75 80 3,00 3,50 4,00 4,50 5,00 5,50 6,00 R B V ( % ) Ligante (%) Relação Betume/Vazios (%) 2,4 2,45 2,5 2,55 2,6 2,65 2,7 3,00 3,50 4,00 4,50 5,00 5,50 6,00 D e n s . A p a r e n te ( K N /m ³) Ligante (%) Densidade Aparente (KN/m³) 750 1000 1250 1500 1750 2000 2250 2500 3,00 3,50 4,00 4,50 5,00 5,50 6,00 E s ta b il id a d e ( k g f) Ligante (%) Estabilidade (kgf) 0 2,5 5 7,5 10 12,5 15 17,5 20 3,00 3,50 4,00 4,50 5,00 5,50 6,00 F lu ê n c ia ( 0 ,0 1 in .) Ligante (%) Fluência (0,01 in.) 0,0 2,0 4,0 6,0 8,0 10,0 4,0 4,5 5,0 5,5 6,0 6,5 V a z io s ( % ) Ligante (%) Volume Vazios (%) 16,0 16,5 17,0 17,5 18,0 18,5 19,0 4,0 4,5 5,0 5,5 6,0 6,5 V A M ( % ) Ligante (%)
Vazios Agregado Mineral(%)
50 55 60 65 70 75 80 85 90 4,0 4,5 5,0 5,5 6,0 6,5 R B V ( % ) Ligante (%) Relação Betume/Vazios (%) 2,500 2,520 2,540 2,560 2,580 2,600 2,620 2,640 4,0 4,5 5,0 5,5 6,0 6,5 D e n s . A p a r e n te ( K N /m ³) Ligante (%)
Massa Específica Aparente (g/cm³)
1100 1200 1300 1400 1500 1600 1700 4,00 4,50 5,00 5,50 6,00 6,50 E s ta b il id a d e ( k g f) Ligante (%) Estabilidade (kgf) 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 4,00 4,50 5,00 5,50 6,00 6,50 F lu ê n c ia ( 0 ,0 1 in .) Ligante (%) Fluência (0,01 in.)
49
10 % de FRESADO (F10):
Na composição granulométrica dessa mistura utilizaram-se as seguintes proporções dos materiais: 15% de brita 1, 20% de pedrisco, 55% de pó-de-pedra e 10% de material fresado asfáltico, resultando na curva de composição granulométrica, mostrada na Figura 17. E parâmetros encontrados com a dosagem demonstrados na Figura 18.
Figura 17 - Composição Granulométrica da mistura F10
50
Figura 18 - Parâmetros da dosagem da mistura F10
Fonte: Próprio autor
0,00 1,00 2,00 3,00 4,00 5,00 6,00 7,00 8,00 3,00 3,50 4,00 4,50 5,00 5,50 6,00 V a z io s ( % ) Ligante (%) Volume Vazios (%) 12 13 14 15 16 17 18 3,00 3,50 4,00 4,50 5,00 5,50 6,00 V A M ( % ) Ligante (%)
Vazios Agregado Mineral(%)
40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 3,00 3,50 4,00 4,50 5,00 5,50 6,00 R B V ( % ) Ligante (%) Relação Betume/Vazios (%) 2,400 2,450 2,500 2,550 2,600 2,650 2,700 3,00 3,50 4,00 4,50 5,00 5,50 6,00 D e n s . A p a re n te ( K N /m ³) Ligante (%) Densidade Aparente (KN/m³) 750 1000 1250 1500 1750 2000 2250 2500 3,00 3,50 4,00 4,50 5,00 5,50 6,00 E s ta b il id a d e ( k g f) Ligante (%) Estabilidade (kgf) 0 3 5 8 10 13 15 18 20 3,00 3,50 4,00 4,50 5,00 5,50 6,00 F lu ê n c ia ( 0 ,0 1 in .) Ligante (%) Fluência (0,01 in.) 0,00 1,00 2,00 3,00 4,00 5,00 6,00 7,00 8,00 3,00 3,50 4,00 4,50 5,00 5,50 6,00 V a z io s ( % ) Ligante (%) Volume Vazios (%) 12 13 14 15 16 17 18 19 20 3,00 3,50 4,00 4,50 5,00 5,50 6,00 V A M ( % ) Ligante (%)
Vazios Agregado Mineral(%)
40 45 50 55 60 65 70 75 80 3,00 3,50 4,00 4,50 5,00 5,50 6,00 R B V ( % ) Ligante (%) Relação Betume/Vazios (%) 2,4 2,45 2,5 2,55 2,6 2,65 2,7 3,00 3,50 4,00 4,50 5,00 5,50 6,00 D e n s . A p a re n te ( K N /m ³) Ligante (%) Densidade Aparente (KN/m³) 750 1000 1250 1500 1750 2000 2250 2500 3,00 3,50 4,00 4,50 5,00 5,50 6,00 E s ta b il id a d e ( k g f) Ligante (%) Estabilidade (kgf) 0 2,5 5 7,5 10 12,5 15 17,5 20 3,00 3,50 4,00 4,50 5,00 5,50 6,00 F lu ê n c ia ( 0 ,0 1 in .) Ligante (%) Fluência (0,01 in.) 0,0 2,0 4,0 6,0 8,0 4,0 4,5 5,0 5,5 6,0 6,5 V a z io s ( % ) Ligante (%) Volume Vazios (%) 16,0 16,5 17,0 17,5 18,0 18,5 19,0 4,0 4,5 5,0 5,5 6,0 6,5 V A M ( % ) Ligante (%)
Vazios Agregado Mineral(%)
50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 4,0 4,5 5,0 5,5 6,0 6,5 R B V ( % ) Ligante (%) Relação Betume/Vazios (%) 2,500 2,520 2,540 2,560 2,580 2,600 2,620 2,640 4,0 4,5 5,0 5,5 6,0 6,5 D e n s . A p a re n te ( K N /m ³) Ligante (%)
Massa Específica Aparente (g/cm³)
1200 1300 1400 1500 1600 1700 1800 1900 2000 4,00 4,50 5,00 5,50 6,00 6,50 E s ta b il id a d e ( k g f) Ligante (%) Estabilidade (kgf) 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 4,00 4,50 5,00 5,50 6,00 6,50 F lu ê n c ia ( 0 ,0 1 in .) Ligante (%) Fluência (0,01 in.)
51
20 % de FRESADO (F20):
Na composição granulométrica dessa mistura utilizaram-se as seguintes proporções dos materiais: 10% de brita 1, 15% de pedrisco, 55% de pó-de-pedra e 20% de material fresado asfáltico, resultando na curva de composição granulométrica, mostrada na Figura 19. E parâmetros encontrados com a dosagem demonstrados na Figura 20.
Figura 19 - Composição Granulométrica da mistura F20
