Caracterização da Fração Pedregulho de Materiais Utilizados em
Pavimentação Através de Microscopia Óptica e Difração Raio-X
Yasser Arafat Belém de Figueiredo,
Instituto Militar de Engenharia, Rio de Janeiro, Brasil
Antônio Carlos Rodrigues Guimarães,
Instituto Militar de Engenharia, Rio de Janeiro, Brasil, guimaraes@ime.eb.br
Graziella Pereira Pires dos Santos,
Instituto Militar de Engenharia, Rio de Janeiro, Brasil, graziellappires@yahoo.com.br
Gabriela Gomes de Loiola Almeida
Instituto Militar de Engenharia, Rio de Janeiro, Brasil, gabiloiola89@gmail.com
RESUMO: No presente trabalho é apresentada uma metodologia para caracterização da fração pedregulho de alguns materiais usualmente empregados nas camadas de pavimentos, considerando a utilização de microscópio óptico, difração de raio-X e análise de lâminas petrográficas. Para o estudo foram selecionadas as frações pedregulho de solos lateríticos concrecionados oriundos de São Gabriel da Cachoeira/AM, região norte de Minas Gerais e do estado do Acre. Através da metodologia utilizada foi possível determinar a composição mineralógica dos materiais, analisar a porosidade da superfície dos grãos e a microtextura. Comenta-se a influência destas características no emprego dos materiais como materiais de pavimentação em obras rodoviárias.
PALAVRAS-CHAVE: Pedregulhos Lateríticos, Microscopia Óptica, Difração de Raio-X, Pavimentos.
1 INTRODUÇÃO
Na construção civil é cada vez mais comum a utilização de agregados alternativos devido à carência de agregados convencionais principalmente no que diz respeito a região norte do país onde a há uma escassez de agregados convencionais e que atualmente o volume de obras civis e rodoviárias têm almentado bastante nessa região devido ao desenvolvimentos do país em obras de infraestrutura e aos Progamas de Aceleramento ao Crescimento do governo federal o PAC.
Estudos relacionados ao emprego de agregados alternativos em obras civis vem de maneira favorável a contribuir com atual cenário da construção civil no Brasil e no mundo, encontrando soluções para materiais que antes não explorados e descartados estão sendo reutilizados com foco e interesse na
contribuição e cuidado com o meio ambiente possibilitando a diminuição de passivos ambientais que se tornou um dos maiores apelos da sociedade moderna para a proteção do meio ambiente.
O primeiro passo para a utilização de novos materiais na engenharia rodoviária deve ser a correta caracterização dos mesmos, porque o conhecimento das suas peculiaridades é a chave para a solução de eventuais problemas que venham a existir a partir da utilização destes novos materiais. Por exemplo, um dos maiores obstáculos para utilização de agregados alternativos na construção civil é a porosidade
destes materiais, que influencia
significativamente a dosagem de misturas asfálticas. No presente trabalho optou-se pela realização de ensaios importantes para caracterização desses materiais, tais como o ensaio de difração de raio-X para verificação da
composição mineralógica do agregado pois o tipo de mineral composto no agregado pode influenciar na resistência desse material e o ensaio de microscopia óptica para análise do tamanho da área e da dimensão da profundidade dos poros do agregado, fato que influencia na dosagem do ligante no material e no ensaio de compactação para determinação da umidade ótima.
2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
Conforme Guimarães e Motta (2000), no meio rodoviário brasileiro, denomina-se laterita um solo concrecionado enriquecido com óxidos hidratados de ferro ou alumínio, tendo a caulinita como argilo-mineral predominante, com coloração vermelha, amarela, marrom ou alaranjada.
Nogami e Villibor (1995) citam que as lateritas contêm também frequentemente a magnetita, a ilmenita, a hematita e, sobretudo, o quartzo; e ainda alertam para um dos problemas da laterita que é a grande variação de propriedades, o que dificulta a previsão de comportamento.
Genericamente denominam-se lateritas formações superficiais constituídas por óxi-hidróxidos de alumínio e de ferro e por caulinita. Dá-se o nome de laterização a esse conjunto de processos responsáveis por essas associações minerais, respectivamente, alitização e monossialitização. Este é um processo importante não apenas na formação dos solos das regiões tropicais úmidas, mas também na formação de jazidas minerais.
Segundo Teixeira et al., (2009), no Brasil, situado quase todo na faixa tropical do globo, as condições para o intemperismo laterítico vêm existindo pelo menos desde o Terciário, o que resultou numa área de cerca de 70% do território nacional coberta por formações lateríticas. Estas formações estão ausentes apenas nas regiões Nordeste, de clima semiárido, e Sul, de clima subtropical. Os principais bens minerais concentrados por laterização no Brasil são Fe, Mn, Al, Ni, Nb e fosfatos.
O microscópio óptico é um instrumento que serve para ampliar, através de série de lentes
multicoloridas e ultravioletas capazes de enxergar através da luz, a imagem de estruturas pequenas ou partes de estruturas grandes que são impossíveis de serem observadas a olho nu ou sem a ajuda de outro recurso.
O difratômetro de raio-X é um aparelho utilizado para determinar a estrutura e a composição de uma amostra analisada. O seu funcionamento é baseado na radiação de raio-X e no fenômeno de difração. Detalhes desta técnica podem ser vistos em Cullity (1967).
3 MATERIAIS E MÉTODOS
Para o estudo foram selecionadas as frações pedregulho de solos lateríticos concrecionados de três distintos locais do país:
Laterita de São Gabriel da Cachoeira/AM
Laterita de Brasília de Minas/MG
Laterita Rio Branco/AC
Um aspecto dos materiais estudados podem ser visto na figura 1.
Figura 1: Amostras de laterita de Minas (à esquerda e acima), de laterita do Acre (à direita e acima) e de brita (abaixo) imersas em água.
Estas amostras foram conduzidas ao Laboratório de Materiais do IME, na cidade do Rio de Janeiro. A partir daí, as amostras foram submetidas ao ensaio de absorção, norma (DNER 081/98) sendo em seguida, levadas ao microscópio óptico com o aumento de 6,5 vezes o seu tamanho natural, conseguindo-se observar bem os seus poros. Neste caso a ideia básica é caracterizar os poros dos agregados.
Após a verificação da viabilidade do estudo, acrescentou-se outras duas amostras de lateritas: uma de Brasília de Minas, em Minas Gerais, e a outra de Rio Branco, no Acre. Fez-se, então, o ensaio de absorção também desses 2 materiais.
Separou-se 10 pequenas amostras de cada um dos 3 materiais para que fossem observadas no microscópio óptico e, além disso, foram tiradas medidas dos seus poros, de forma que suas áreas aproximadas pudessem ser obtidas.
Para fins de comparação com agregados convencionais foi adotado o mesmo procedimento para uma amostra de brita de granito oriunda de Porto Velho/RO, sendo comparado os resultados.
Após esse procedimento, foi realizada a análise de difração de raio-X e de microscopia petrográfica da amostra de São Gabriel da Cachoeira, através de uma lâmina de material devidamente preparada para este fim.
Por fim, os agregados foram revestidos de ligante asfáltico e cortados para verificar a ocorrência de absorção de ligante pelos vazios da superfície do material no microscópio óptico.
4 RESULTADOS
Na figura 2 são apresentadas as imagens obtidas com o aumento de 6,5 vezes para a laterita de São Gabriel da Cachoeira, nas quais é possível observar claramente a elevada porosidade da superfície deste material.
Figura 2. Primeiras imagens dos poros da amostra de São Gabriel da Cachoeira capturadas por microscópio óptico com aumento de 6,5 vezes.
Esta porosidade pôde ser analisada através da realização do ensaio de absorção, cujos resultados são apresentados nas tabelas de 1 a 4. A absorção obtida foi a seguinte: laterita Acre 8%, laterita São Gabriel da Cachoeira 11% e laterita Brasília de Minas 5%. A amostra de referência de agregado convencional, constituída de granito de Porto Velho, apresentou apenas 1% de absorção.
Estes valores de absorção para as lateritas podem ser considerados como elevados, sendo que esta característica afeta significativamente a utilização destes materiais como materiais de pavimentação, principalmente porque altera a porcentagem de umidade a ser adicionada ao solo, assim como eventuais ligantes asfálticos no caso de misturas betuminosas.
Tabela 1: Resultados para o ensaio de absorção da amostra do Acre. Amostra Peso da amostra úmida (g) Peso da amostra seca (g) Absorção 294,8 271 9% Acre 298,8 277,7 8% 289,1 266,8 8%
Tabela 2: Resultados para o ensaio de absorção da amostra de São Gabriel da Cachoeira.
Amostra amostra Peso da úmida (g) Peso da Absorção amostra seca (g) 336,2 302,5 11% 339,6 316,2 7% São Gabriel 339,6 310,3 9% da Cachoeira 338,9 302,4 12% 333,2 307,3 8% 330 306,9 8%
Tabela 3: Resultados para o ensaio de absorção da amostra de Minas Gerais.
Amostra Peso da amostra úmida (g) Peso da amostra seca (g) Absorção 275,5 262,8 5% Minas 273,8 258,3 6% Gerais 271,6 257,5 5% 264,4 252 5%
Tabela 4: Resultados para o ensaio de absorção da amostra de brita. Amostra Peso da amostra úmida (g) Peso da amostra seca (g) Absorção Brita 367 362 1% 365,4 363,4 1%
Ao longo do experimento observou-se que, ao contrário da amostra de brita, quando imersas em água, as lateritas apresentaram o desprendimento de pequenas bolhas de ar, formando uma espécie de espuma na superfície da água, podendo ser um indício da presença de maior número de poros ou de poros de maior tamanho.
Com relação à porosidade do agregado pode-se obpode-servar, de acordo com a figura 3, que muitos poros da laterita do Acre são visíveis a olho nu.
Figura 1: Comparação da visibilidade a olho nu dos poros da laterita do Acre (acima) e da brita (abaixo) após retiradas da água.
Na segunda etapa foram capturadas 2 imagens através de microscopia óptica para cada tipo de agregado, considerando 10 amostras de cada material, em diferentes posições e medidos os tamanhos de seus poros. A seguir nas figuras 4 a 11, são apresentadas algumas imagens das lateritas estudadas.
Figura 2: Imagem 1 da amostra 4 da laterita do Acre com aumento de 6,5 vezes.
Figura 3: Imagem 2 da amostra 4 da laterita do Acre com aumento de 6,5 vezes.
Figura 64: Imagem 1 da amostra 4 da laterita de São Gabriel da Cachoeira com aumento de 6,5 vezes.
Figura 75: Imagem 2 da amostra 4 da laterita de São Gabriel da Cachoeira com aumento de 6,5 vezes.
Figura 8: Imagem 1 da amostra 8 da laterita de Minas Gerais com aumento de 6,5 vezes.
Figura 96: Imagem 2 da amostra 8 da laterita de Minas Gerais com aumento de 6,5 vezes.
Figura 107: Imagem 1 da amostra 1 de brita de granito de Porto Velho com aumento de 6,5 vezes.
Figura 118: Imagem 2 da amostra 1 de brita granito de Porto Velho com aumento de 6,5 vezes.
Conforme pode ser observado nas figuras de 4 a 9, a superfície das lateritas apresenta uma grande quantidade de poros, que foram mensurados com o auxílio de um software de processamento de imagem. Na tabela 5 são apresentadas as áreas médias dos poros da superfície dos materiais estudados, sendo possível constatar uma área mais elevada na laterita de Brasília de Minas. As descrições completas das imagens obtidas podem ser vistas em Almeida e Figueiredo (2011).
Tabela 5: Resultado geral obtido até essa etapa.
Item Absorção Área média dos poros
Laterita Acre 8% 0,07 mm² Laterita São Gabriel da Cachoeira/AM 8% 0,18 mm² Laterita Brasília de Minas/MG 5% 0,23 mm² Granito 1% Não se conseguiu visualizar poros com aumento de 6,5 vezes
Análise de difração de raio-X é apresentada na figura 12, através do gráfico de picos de intensidade. Na figura 13 são apresentados os minerais mais prováveis gerados pelo programa Xpert Highscore Plus, utilizado no laboratório de difração de raio-X do Instituto Militar de Engenharia (IME). O programa recebe o gráfico de picos de intensidade gerado no difratômetro e compara com os gráficos existentes em seu banco de dados, exibindo os materiais catalogados com picos mais semelhantes aos recebidos. Por essa análise, a amostra de laterita de São Gabriel da Cachoeira é composta majoritariamente de Hematita (Fe2O3) e de
Goethita (FeO.OH). Composição semelhante foi obtida para as demais lateritas.
10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 2Theta (°) 0 400 1600 3600 6400 10000 In te n s it y ( c o u n ts )
Figura 129: Gráfico de picos de intensidade obtido no difratômetro de raio-X para laterita de São Gabriel da Cachoeira.
Figura 1310: Lista de minerais mais prováveis na composição da amostra.
Para o uso do microscópio petrográfico, a lâmina com o material foi levada ao Centro Brasileiro de Pesquisas Físicas (CBPF), e com o auxílio da Professora Loiva Lízia Antonello foi feita a análise das imagens obtidas, mostradas nas figuras 14 a 19.
Figura 14: Fotomicrografia petrográfica de laterita de São Gabriel da Cachoeira em luz natural e aumento de 5 vezes.
Figura 1511: Fotomicrografia petrográfica de laterita de São Gabriel da Cachoeira em luz natural e aumento de 25 vezes.
A partir da análise das lâminas foi possível constatar que a amostra é composta por uma matriz de hematita com diversos côngruos de goethita inseridos, sendo estes côngruos formados por diversos anéis concêntricos. Foi possível perceber também a grande porosidade do material, representada pelos diversos espaços em branco.
Por fim, os agregados foram revestidos de ligante asfáltico durante o processo similiar ao de usinagem de uma mistura asfáltica, sendo posteriormente cortados para verificação do grau de absorção de ligante pelos poros da superfície do material no microscópio óptico. No processo de corte, ficou evidenciado que a laterita da região de Minas Gerais é a mais resistente, e a de São Gabriel da Cachoeira é a menos resistente e a que apresenta menor adesividade ao ligante. Isso foi evidenciado por não ser possível cortar a laterita de Minas pelo mesmo processo utilizado nas demais, e grande parte do ligante da laterita de São Gabriel da Cachoeira se desprendeu no momento do corte, deixando o agregado com a aparência de agregado virgem. Nas figuras 16 a 19 ficou evidenciado a hipótese inicial que o ligante poderia penetrar pelos poros e vazios do agregado, influenciando na sua dosagem. Entretanto, a penetração do ligante nos poros não ocorreu de maneira plena.
Figura 16: Fotomicrografia de amostra de laterita do Acre. Na parte inferior da foto pode-se perceber a presença de ligante asfáltico que penetrou no agregado. Aumento de 8 vezes.
Figura 12: Fotomicrografia de amostra de laterita do Acre. Pode-se perceber a presença do ligante na superfície do corte. Aumento de 8 vezes
Figura 1813: Fotomicrografia de amostra de laterita de São Gabriel da Cachoeira. Nota-se que na superfície da amostra há uma quantidade muito pequena de ligante, pois este se desprendeu durante o corte. Aumento de 8 vezes.
Figura 1914: Fotomicrografia de amostra de laterita de São Gabriel da Cachoeira. Apesar de ter sido acrescido de ligante, a amostra tem aparência de agregado virgem. Aumento de 8 vezes.
5 CONCLUSÕES
Os ensaios de absorção dos agregados analisados indicaram as seguintes variações: laterita Acre 8 – 9%, laterita São Gabriel da Cachoeira 7 – 12%, laterita Brasília de Minas 5-6%. Estes valores são significativamente mais elevados do que o obtido para o agregado tradicional de brita granito Porto Velho igual a 1%.
A área da superfície dos poros não observou uma relação direta com os valores de absorção, sendo obtido o valor de 0,07 mm2 para laterita do Acre, 0,018 mm2 para a laterita de São Gabriel da Cachoeira e 0,23 mm2. Este fato indica que a profundidade dos poros deve ser um dos fatores a ser considerado quando se analisa a absorção do agregado.
A composição mineralógica obtida através de ensaios de difração de raio-X das lateritas estudadas indicou uma predominância de hematita e goethita confirmando o elavado caráter ferruginoso destes materiais.
A análise dos materiais através de microscópio petrográfico constatou que a amostra é composta por uma matriz de hematita com diversos côngruos de goethita inseridos, sendo estes côngruos formados por diversos anéis concêntricos. Foi possível perceber também a grande porosidade do material, representada pelos diversos espaços em branco.
REFERÊNCIAS
Almeida, G. G. de L., Figueiredo, Y. A. B. de, (2011).
Estudo da absorção de Agregados Alternativos Utilizados em Pavimentação. Trabalho de Iniciação à
Pesquisa. Instituto Militar de Engenharia. Rio de Janeiro.
Bernucci, L. B. et al., (2006). Pavimentação asfáltica:
formação básica para engenheiros. Rio de Janeiro:
PETROBRAS: ABEDA.
Cullity, B.D. (1967). Elements of X-Ray Diffraction. United States of America: Addison-Wesley Publishing Company INC.
Departamento Nacional de Estradas de Rodagens - DNER-ME 081/98. Agregados – Determinação da
absorção e da densidade de agregado graúdo.
Guimarães, A.C.R; Motta, L.M.G. (2000). Execução de
revestimento asfáltico com agregado de laterita lavada no Acre. In: ENCONTRO DE ASFALTO, 13.,
2000, Rio de Janeiro: IBP. p. 86-95.
Nogami, J. S. Villibor, D. F. Pavimentação de Baixo
Custo com Solos Lateríticos. São Paulo: Vilibor,
1995. 213p
Teixeira, M. C. M. et al., (2009). Decifrando a Terra. São Paulo: Companhia Editora Nacional, 2009.
