Alternativa de revestimento asfáltico para o Anel Rodoviário de Belo Horizonte – a viabilidade econômica e ambiental das pavimentações poliméricas / Alternative asphaltic coating for the Anel Rodoviário de Belo Horizonte - the economic and environmental f

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Braz. J. of Develop.,Curitiba, v. 6, n. 3,p.16055-16079 mar.. 2020. ISSN 2525-8761

Alternativa de revestimento asfáltico para o Anel Rodoviário de Belo

Horizonte – a viabilidade econômica e ambiental das pavimentações

poliméricas

Alternative asphaltic coating for the Anel Rodoviário de Belo Horizonte -

the economic and environmental feasibility of polymeric pavements

DOI:10.34117/bjdv6n3-468

Recebimento dos originais: 29/02/2020 Aceitação para publicação: 30/03/2020

Paula Cristina de Lima Bastos

Engenheira Civil

Instituição: Pontifícia Universidade Católica de Minas Gerais

Endereço: Av. Afonso Vaz de Melo, 1200 - Barreiro, Belo Horizonte -MG, Brasil E-mail: dodo.paula@hotmail.com

Vinícius Gabriel Ferreira Xavier

Engenheiro Civil

Endereço: Av. Afonso Vaz de Melo, 1200 - Barreiro, Belo Horizonte -MG, Brasil E-mail: viniciusgfxavier@gmail.com

Bárbara Isabela Glicério Silva

Engenheira Civil.

Endereço: Av. Afonso Vaz de Melo, 1200 - Barreiro, Belo Horizonte -MG, Brasil E-mail: ba_isabela@hotmail.com

Carolina de Carvalho Pinto

Engenheira Civil

Endereço: Av. Afonso Vaz de Melo, 1200 - Barreiro, Belo Horizonte -MG, Brasil E-mail: carolinacarvalho0205@hotmail.com

Daniel Arco Verde Barbosa

Engenheiro Civil

Endereço: Av. Afonso Vaz de Melo, 1200 - Barreiro, Belo Horizonte -MG, Brasil E-mail: daniel.arcoverde@hotmail.com

Larissa Durães Vieira

Engenheira Civil

Endereço: Av. Afonso Vaz de Melo, 1200 - Barreiro, Belo Horizonte -MG, Brasil E-mail: laladuraes2009@gmail.com

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Bruno Christiano Silva Ferreira

Mestre em Engenharia Ambiental Instituição: Universidade Federal de Ouro Preto

Endereço: Av. Afonso Vaz de Melo, 1200 - Barreiro, Belo Horizonte -MG, Brasil E-mail: brunocrhis@yahoo.com.br

RESUMO

O presente trabalho tem como tema uma proposta de pavimentação para um trecho do anel rodoviário, em Belo Horizonte, viabilizando a utilização da pavimentação com asfalto modificado por polímero e asfalto modificado por borracha em busca de resultados econômicos e ambientais mais favoráveis. O descarte de polímeros aumenta cada dia mais dado ao grande consumo de materiais desse tipo e devido ao seu longo tempo de degradação, uma maneira de reutilizar estes foi pensada para agregar tanto ao meio ambiente que sofre com o seu acúmulo, quanto para a pavimentação, que será favorecida com um material que apresenta boa resistência e flexibilidade, características favoráveis para a pavimentação. Esse estudo apoiou-se em monografias e teses publicadas, consulta a manuais que apoiam o tema, além de consultas a composições de preço definidas por órgãos públicos e empresas de asfalto. Assim, foi feito um dimensionamento da camada de revestimento no pavimento para o trecho analisado, para poder avaliar sustentável e economicamente qual tipo de pavimentação é mais viável, utilizando asfalto modificado por polímero, asfalto modificado por borracha ou asfalto convencional na confecção do concreto betuminoso usinado a quente para o trecho. Portanto conclui-se que os asfaltos modificados apresentam um custo de execução maior em relação aos convencionais, contudo a frequência de manutenção dos mesmos é menor em relação às dos asfaltos convencionais, logo a sua utilização em restaurações é mais eficaz por ser menos suscetível aos defeitos anteriormente apresentados. Assim para fazer a escolha de qual asfalto utilizar não se deve apenas fazer uma análise econômica, mas estudar também a eficácia e os aspectos ambientais que a implementação do asfalto escolhido apresenta.

Palavras-chave: Asfalto. Pavimentação. Polímero. Borracha.

ABSTRACT

The present paper has as its theme a paving proposal for a road in Belo Horizonte, enabling the use of paving with polymer modified asphalt and rubber modified asphalt like more favorable economic and environmental results. With the increased disposal of polymers and their long degradation time, a new way to reuse them have been thought to addition environment characteristics that suffers from its accumulation, as well as paving, which will be favored with a material that presents good strength and flexibility, favorable characteristics for paving. For this study it relied on published monographs and theses, consultations on manuals about the theme, as well as consultations of price compositions defined by public bodies and asphalt companies. Thus, the floor covering layer was dimensioned for the analyzed section, in order to be able to sustainably and economically evaluate which type of pavement is most viable, using polymer modified asphalt, rubber modified asphalt or conventional asphalt in the fabrication of machined bituminous concrete. Therefore, it can be concluded that modified asphalts have a higher value compared to conventional asphalts,

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Braz. J. of Develop.,Curitiba, v. 6, n. 3,p.16055-16079 mar.. 2020. ISSN 2525-8761 however their maintenance has been performed in a longer time than common asphalts, then, their use in restorations is more effective because they are less susceptible to previously defects presented. Thus, to make the choice of which asphalt to use not only must make an economic analysis, but also study the effectiveness and environmental aspects that will bring the implementation of the chosen asphalt.

Keywords: Asphalt. Paving. Polymers. Rubber.

1 INTRODUÇÃO

O homem moderno, em qualquer área de atuação, está em uma busca constante para aperfeiçoar técnicas, materiais e métodos que possam melhorar ou impulsionar aquilo que já existe. No âmbito da pavimentação, isso não é diferente. Estudos são constantemente realizados com a finalidade de melhorar as técnicas construtivas já existentes ou na busca por novos materiais mais resistentes, de baixo custo e que provoquem o mínimo de impactos ambientais.

É sabido que a malha rodoviária brasileira cresce a cada dia, muito disso, em função do transporte de produtos a serem comercializados, em sua maioria, por uma grande frota de caminhões, que cortam as estradas do país. Dessa forma, o pavimento rodoviário que é submetido a uma carga elevada e à mudanças climáticas pode se deteriorar, solicitado por inúmeras patologias, o que reforça os constantes estudos para o desenvolvimento de novos materiais e/ou até mesmo, o aperfeiçoamento dos materiais comumente usados na pavimentação em nosso país. Destacam-se dois estudos nesse contexto: a utilização de ligantes asfálticos modificados por polímeros, chamados de asfalto polímeros, e a utilização de ligantes asfálticos modificados por borracha de pneus inservíveis chamados de asfalto borracha, cujos resultados são pavimentos com maior durabilidade, maior elasticidade, menor suscetibilidade a deformações plásticas, além disso, são pavimentos que possibilitam a reciclagem de polímeros e pneus.

Os polímeros estão cada vez mais presentes no nosso dia a dia, o seu uso vem aumentando constantemente e, consequentemente, a disposição dos resíduos desses materiais se torna um grande problema socioambiental. O consumo per capita de plástico no Brasil foi de aproximadamente 22 kg/hab/ano em 2006, aparentemente, não representa um valor expressivo, entretanto esse pequeno valor multiplicado pelo número de habitantes no país, se torna em um contingente preocupante. Além disso, o descarte desses materiais em lixões e/ou aterros controlados/sanitários se mostra como um sério problema, uma vez que estes materiais

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Braz. J. of Develop.,Curitiba, v. 6, n. 3,p.16055-16079 mar.. 2020. ISSN 2525-8761 apresentam grandes volumes, reduzindo a vida útil dos locais de descarte, além de serem, em sua maioria, não degradáveis (CANDIAN, 2007). Por conseguinte, se faz necessário estudos que possibilitem a reutilização desses tipos de resíduos.

Sabe-se, ainda, que a frota brasileira de veículos aumenta a cada dia, devido à necessidade das pessoas se locomoverem transportando mercadorias, irem para o trabalho, ou apenas por lazer. Atrelado a isso, a fabricação e consumo de pneus também crescem na mesma proporção. Esse crescimento traz consigo a problemática do descarte quando os pneus já não apresentam uso, pois manifestam uma degradação muito lenta e elevado volume para descarte em aterros sanitários, ou até mesmo, para diversos tipos de reúso. Dessa forma, os pneus são muitas das vezes armazenados em locais inadequados, como fundo de quintal e borracharia, servindo como criadouros de roedores e se estiverem em condições para acúmulo de água, podem servir para procriação de insetos (BERTOLLO, 2002). À vista disso, assim como os resíduos poliméricos, é importante que os resíduos de pneus sejam reutilizados de maneira adequada à preservação do ambiente em que vivemos.

Estudos já realizados mostraram que a utilização de asfalto polímero e asfalto borracha na confecção do pavimento conferiram uma melhora na resistência à tração, na resistência à flexão e no módulo de resiliência (fator determinante para aumento de vida útil) comparado com pavimentos construídos com asfaltos convencionais (BERNUCCI, 2008).

Conquanto, qualquer estudo em desenvolvimento que altere os métodos e os materiais, há anos utilizados, requer experimentações e análises mais detalhadas, principalmente a respeito de custos, sendo assim é importante que haja um estudo de viabilidade econômica sobre a utilização desses materiais e misturas diferentes dos métodos convencionais.

Os objetivos específicos deste trabalho incluem verificar as vantagens da utilização do asfalto polímero e asfalto borracha na confecção da camada de revestimento de um pavimento contra o asfalto convencional, assim como apresentar possibilidade de reutilização de materiais poliméricos e de pneus inservíveis na pavimentação.

2 METODOLOGIA

Nesse estudo foram feitas pesquisas em literatura existente que destacam a respeito da pavimentação, seus tipos e do seu comportamento a partir da adição de diferentes materiais como borracha, polímeros e outros materiais. Além disso, fez-se um dimensionamento simplificado da camada de revestimento do Anel Rodoviário considerando toda sua extensão de 27 quilômetros para avaliar a economicidade desta prática e qual o tipo de asfalto é mais

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Braz. J. of Develop.,Curitiba, v. 6, n. 3,p.16055-16079 mar.. 2020. ISSN 2525-8761 viável - utilizando asfalto polímero industrial, asfalto borracha industrial ou asfalto convencional na confecção do concreto betuminoso usinado a quente para o trecho em estudo.

2.1 PREMISSAS PARA DIMENSIONAMENTO DO PAVIMENTO

Devido à complexidade para conhecer o comportamento pleno do pavimento, seu

dimensionamento requer diversas simplificações. Adotou-se dois métodos gerais para o dimensionamento, objeto deste estudo. Um dos métodos utilizados para o dimensionamento do pavimento é um método empírico, adaptado pelo engenheiro Murillo Lopes de Souza a partir dos estudos feitos em Los Angeles e adotado pelo DNIT (DNER, 1981).

Os Estudos de Tráfego consistiram no desenvolvimento do número máximo de veículos esperado que se propõe transitar pela rodovia por um determinado trecho de uma faixa ou pista durante um período determinado (ESTUDOS DE TRÁFEGO, 2015). Sabe-se que, solicitações acima das previstas em projeto podem ocasionar degradações como deformações permanentes, trincas e perda de material da superfície de rolamento.

Na metodologia indicada pelo DNIT, considerou-se caminhões e ônibus (veículos comerciais), como sendo os únicos veículos existentes na corrente de tráfego. Esta consideração foi justificada pelo fato de que os automóveis apresentam um efeito muito pequeno em função de seu baixo peso (BERNUCCI, 2008). Em virtude da heterogeneidade do tráfego surgiu, também, a necessidade de se adotar um eixo padrão, que serve de referência aos demais carregamentos, este eixo padrão pode ser definido por um eixo simples com rodas duplas de 8,2 tf. O número de repetições (ou operações) dos eixos dos veículos, equivalentes às solicitações do eixo padrão rodoviário de 8,2 tf durante o período considerado de vida útil do pavimento é conceituado como número N (BERNUCCI, 2008).

2.1.1 Determinação do Número N

O Parâmetro “N” – número de repetições do eixo padrão - foi determinado utilizando-se a utilizando-seguinte expressão, decorrente do “Método de Projeto de Pavimentos Flexíveis” do DNER, adaptado em 1966 pelo Engenheiro Murilo Lopes de Souza e revista em 1971, de forma simplificada:

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Onde:

Vt = Volume total de tráfego, no ano médio de período de projeto, em veículos/dia (em um sentido) FC = Fator de carga

FE = Fator de eixo

FR = Fator climático regional.

2.1.2 Volume de tráfego (Vt)

Conhecendo-se o volume diário médio inicial de veículos, VDMo, em um sentido da

rodovia, e sabendo-se que este número não é constante ao longo dos anos, admitiu-se uma taxa de crescimento anual t % para o fluxo de veículos, pode-se calcular o volume diário médio final (VDMf) ao final do período de projeto, e com isso pode-se calcular o volume total (Vt) de tráfego, no ano médio do período de projeto, em veículos/dia em um sentido (CASTRO, 2019).

Para o caso de uma estimativa de crescimento linear do tráfego anual, admitiu-se uma evolução em progressão aritmética.

𝑉𝐷𝑀𝑓= 𝑉𝐷𝑀0. [1 + (𝑝 − 1)].

𝑡

100 (2)

Onde:

VDMf = Volume diário médio de tráfego no último ano do período de projeto (veículos/dia);

VDM0 = Volume diário médio de tráfego no início do primeiro ano do período de projeto (veículos/dia);

p = período de projeto, em anos;

t = Taxa anual de crescimento do tráfego

𝑉𝐷𝑀_𝑚 =𝑉𝐷𝑀𝑓+ 𝑉𝐷𝑀0 2 → 𝑉𝐷𝑀𝑚 = 𝑉𝐷𝑀₀_{. [2 + (𝑝 − 1). 𝑡 100}⁄ ] 2 ( (3) Onde:

VDMm = Volume diário médio de tráfego, no ano médio do período de projeto (veículos/dia)

(7)

Onde:

Vt = Volume total de tráfego, no ano médio do período de projeto, em veículos/dia (em um único

sentido).

Para o caso de uma estimativa de crescimento exponencial do tráfego anual, pode-se admitir uma evolução em progressão geométrica. No caso de crescimento geométrico, a curva que representa o crescimento do tráfego é uma parábola que possuí a seguinte forma geral:

𝑉𝐷𝑀𝑓= 𝑉𝐷𝑀0. (1 +

𝑡 100)

𝑝−1 ₍₅₎

Onde:

VDMf = Volume diário médio de tráfego no último ano do período de projeto (veículos/dia);

VDM0 = Volume diário médio de tráfego no início do primeiro ano do período de projeto (veículos/dia);

p = período de projeto, em anos;

t = Taxa anual de crescimento do tráfego, em %

𝑉_𝑡= 365. 𝑉𝐷𝑀0. [(1 + 𝑡 100⁄ ) 𝑝 − 1] 𝑡 100 ⁄ (6) Onde:

Vt = Volume total de tráfego, no ano médio do período de projeto, em veículos/dia (em um único sentido)

2.1.3 Determinação Fator de Carga (FC)

Fator de equivalência de carga é um fator que transforma qualquer magnitude de cargas em um número equivalente de operações de um eixo padrão, em função do tipo de eixos. Esta conversão é realizada através de relações empíricas estabelecidas previamente e que foram transformadas em ábacos, para o caso de eixos simples ou duplos, e em tabelas, para o caso de eixos triplos (CASTRO, 2019).

Baseou-se no fator de equivalência de operações, que relaciona o efeito da passagem de qualquer tipo de veículo com o efeito de passagem do veículo padrão. Para cada eixo há um fator de equivalência de carga em relação ao eixo padrão de 8,2 tf. Multiplicou-se o fator de

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Braz. J. of Develop.,Curitiba, v. 6, n. 3,p.16055-16079 mar.. 2020. ISSN 2525-8761 equivalência pela correspondente porcentagem de veículos, obteve-se assim, a equivalência de operações, e sua soma corresponde ao fator de carga (DNER, 1981).

As equações para o fator equivalente de carga para cada tipo de eixo estão mostradas na tabela 1, abaixo

Tabela 1 – Fator de equivalência de carga

Tipo de eixo Faixa de Cargas (t) Equações (P em tf) Diâmetro simples e traseiro simples 0 - 8 FC = 2,0782 . 10-4. P 4,0175 >= 8 FC = 1,8320 . 10-6. P 6,2542 Tandem duplo 0 - 11 FC = 1,5920 . 10-4. P 3,472 >= 11 FC = 1,5920 . 10-6. P 5,484 Tandem triplo 0 - 18 FC = 8,0359 . 10-5. P 3,3549 >= 18 FC = 1,3229 . 10-7. P 5,5789

P = Carga total por eixo

Fonte: Adaptado de SZLACHTA, 2015

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Figura 1 - Ábaco para obtenção dos fatores de equivalência de operações

Fonte: DNER, 1981

2.1.4 Determinação do Fator de eixo (FE)

Uma vez que o número de eixos por veículo é bastante variado, utilizou-se o fator de eixo para determinar o número médio de eixos por veículo que circula em uma determinada rodovia (CASTRO, 2019).

𝐹𝐸 = 𝛴(𝑁𝐸. %𝑁𝐸) (6)

Onde:

NE = Número de eixos do veículo;

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2.1.5 Determinação do Fator de veículo (FV)

O fator de veículo (FV) é “um número que multiplicado pelo número de veículos que operam no trecho, pode-se inferir diretamente, o número de eixos equivalentes ao eixo padrão” (DNIT, 2006). Sendo resultado da multiplicação do fator de eixo (FE) pelo valor do fator de carga (FC). Dessa maneira, o fator de veículos engloba o número médio de eixos de veículos passantes em uma rodovia com a equivalência desses mesmos eixos para um eixo de 8,2 tf, conforme utilizou-se no método de dimensionamento.

A determinação do fator de veículos requer estudos e pesquisas amplas sobre as várias cargas por tipo de eixo que atuarão sobre a rodovia; outrora, na falta desses dados, utilizou-se tabelas para tal determinação- Estas tabelas devem ser certificadas por órgão de fiscalização superior (DER/SP, 2006).

As tabelas utilizadas neste trabalho mostram valores para a adoção de dois métodos de dimensionamento, o da United States Army Corps of Engineers – USACE preconizado pelo DNIT e American Association of State Highway and Transportation Officials – AASHTO e sugerem valores tanto para projetos em etapas preliminares quanto para projeto básico e executivo. Além disso, os fatores de veículo são em prol do tipo de veículo classificados pela quantidade de eixo (DER/SP, 2006). Como o intuito desse estudo foi, em seu objetivo principal, realizar uma análise de custos, considerou-se apenas a tabela de estudo preliminar, visto que orçamentos geralmente são feitos nessa etapa, em qualquer projeto.

Utilizou-se o fator de veículo de um tipo de veículo classificado como semirreboque para a determinação do número N de uma rodovia significando adotar a condição mais crítica de dimensionamento, na qual o trafego é o mais pesado possível (DER/SP, 2006). Entretanto, para o dimensionamento executado nesse trabalho, fez-se a média dos valores. A tabela 2 a seguir, demonstra o que foi relatado.

Tabela 2 – Fatores de veículos na etapa de estudo preliminar

Classificação dos veículos

FV

Flexível Rígido

Classe Tipo USACE AASHTO

Médio Com. 1 1,98 1,36 1,37

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Semi- Reb. Com. 3 9,89 3,04 5,26

Ônibus Com. 4 2,39 1,06 1,28

Fonte: Adaptado de DER/SP. 2006

2.1.6 Determinação do Fator Climático Regional (FR)

Um mesmo pavimento apresentará resistências diferentes em diferentes condições climáticas. Este fato deve-se à constatação de que a umidade presente no subleito e no interior de uma estrutura de pavimento é variável em função do regime de chuvas de determinada região. Consequentemente, são diferentes as respostas estruturais de pavimentos com as mesmas estruturas e submetidos aos mesmo carregamento, mas sob condições de umidade diferentes, refletindo isto no aumento ou diminuição da sua vida útil de serviço (CASTRO, 2019). Desse modo, obtém-se através da tabela 3, a relação de fator climático regional com a precipitação média do local

Tabela 3 - Valores a serem adotados para o fator climático regional

Precipitação média (mm) Fator Climático Regional (FR)

Até 800 mm 0,7

De 800 a 1500 1,4

Mais de 1500 1,8

Fonte: Adaptado de CASTRO, 2019

Para o Brasil, considera-se o valor de FR = 1, conforme adaptado peloMurilo Lopes de Souza, uma vez que os ensaios feitos em solo nos estudos geotécnicos em um projeto de pavimentação já são considerados muito severos, dessa forma, esse valor é irrisório.

2.1.7 Determinação da Espessura da camada de revestimento

Para determinar a espessura mínima do revestimento, levou-se em conta o número equivalente de operações de um eixo tomado como padrão de 8,2 tf, a partir de dados empíricos e tabelados vistos na tabela 4 abaixo:

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Tabela 4 – Espessura do pavimento em função de N

N Espessura mínima do revestimento betuminoso

N ≤ 106 _{Tratamentos superficiais betuminosos}

106_{< N ≤ 5×10}6 _{Revestimentos betuminosos com 5,0 cm de espessura}

5×106_{< N ≤ 10}7 _{Concreto betuminoso com 7,5 cm de espessura}

107_{< N ≤ 5×10}7 _{Concreto betuminoso com 10,0 cm de espessura}

N > 5×107 _{Concreto betuminoso com 12,5 cm de espessura}

Fonte: Adaptado de DNER, 1981

2.2 DETERMINAÇÃO DO TRECHO DE DIMENSIONAMENTO - ANEL RODOVIÁRIO CELSO MELLO AZEVEDO

Sabe-se que o Anel Rodoviário Celso Mello Azevedo é uma via expressa da grande

Belo Horizonte, com 27 km de extensão e é uma via de ligação entre as rodovias federais de acesso e atravessamento da cidade (BR 040, BR 356, BR 262, BR 381) com rodovias estaduais e o sistema viário municipal urbano. Esta via transpõe áreas bastante povoadas e concentra o maior número de acidentes graves dentro da Região metropolitana de BH. Além de receber grande fluxo do transporte rodoviário, é uma importante via de tráfego metropolitano com volume significativo de tráfego urbano. Construído nos anos 50, para desafogar o crescente tráfego de carga que passava pelo Centro de Belo Horizonte (PLANO DIRETOR..., 2017).

Em 1963, eram 26,5 km de pista simples, na qual passavam 1500 carros por dia, desse modo, cinco anos depois ele se tornou o trânsito mais movimentado de Belo Horizonte, sendo que dos automóveis que trafegam pelo Anel Rodoviário, 23% são caminhões. É possível notar que o Anel rodoviário não possui uma estrutura adequada, e pode-se aferir que este parâmetro acarreta diversos acidentes e mortes na via (BRAGA, 2013)

Em pesquisas sobre essa via notou-se que, em 1980 ocorreu a conclusão de sua primeira e única reforma, data-se deste período a sua duplicação e construções das vias marginais. Desde então, reporta-se para esta via apenas atividades de recapeamento asfáltico e operações tapa-buracos (BRAGA, 2013). Vale salientar, neste estudo, que os estreitamentos de pista nos pontos onde há trevos e viadutos, a qualidade da pavimentação, o crescimento do número de habitações às margens da rodovia e o aumento do fluxo continuam sendo um risco para quem trafega pelo anel rodoviário de Belo Horizonte.

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Braz. J. of Develop.,Curitiba, v. 6, n. 3,p.16055-16079 mar.. 2020. ISSN 2525-8761 Para o dimensionamento de uma alternativa de revestimento asfáltico do Anel Rodoviário de Belo Horizonte foi feito um estudo da sua extensão, da sua quantidade de faixas e do seu volume diário médio de tráfego (VDM) (aferido em 30 dias consecutivos que passa em determinado local pelo DNIT no ano de 2010), considerando os veículos utilizados para cálculo do número N (veículos comerciais) conforme tabela 5.

Tabela 5 – Volume de tráfego do Anel Rodoviário de BH

Rodovia Km Sentido F aixa Data de aferição Quanti dade de veículos V DM BR‐040/MG 541,4 BH - Vitória 3 22/11/2009 1.009.061 33.635 BR‐040/MG 535,5 Vitória - BH 3 22/11/2009 1.138.553 37.952 BR‐381/MG 463,7 BH - Vitória 3 22/11/2009 1.032.450 34.415 BR‐381/MG 460,2 BH - Vitória 3 22/11/2009 657.848 22.684 BR‐381/MG 466,8 Vitória - BH 3 13/12/2009 1.190.496 39.683 BR‐381/MG 469,2 BH - Vitória 3 20/12/2009 1.683.578 56.119 BR‐381/MG 461,2 Vitória - BH 3 20/12/2009 482.311 16.631 BR‐381/MG 473,9 Vitória - BH 3 24/01/2010 1.031.630 34.388 BR‐381/MG 470,7 Vitória - BH 3 16/05/2010 1.226.513 51.105 BR‐381/MG 459,2 BH - Vitória 3 16/05/2010 888.420 29.614

Fonte Adaptado de DNIT, 2010

2.3 DETERMINAÇÃO DO CUSTO DO REVESTIMENTO

Para a determinação do custo do revestimento levou-se em consideração o valor para

usinagem e aplicação do CBUQ e o do insumo asfalto (ligante) utilizado para fabricação do concreto. Segundo a Agência Nacional do Petróleo, Gás Natural e Biocombustíveis (ANP) (2019), os preços médios ponderados para os ligantes asfálticos industrializados no mês de agosto do ano de 2019 para Minas Gerais são mostrados na tabela 6:

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Tabela 6 – Preços médios asfalto

Produto Custo Unitário (R$/ton)

CAP modificado por borracha de pneu R$ 2.833,54

CAP modificado por polímero R$ 2.861,99

CAP convencional 50-70 R$ 2.452,49

Fonte: Adaptado de ANP, 2019

De acordo com o Departamento Nacional de Infraestrutura de Transportes (DNIT) (2019), o custo de aplicação e usinagem de CBUQ com asfalto convencional, CBUQ com asfalto borracha e CBUQ com asfalto polímero está representado na tabela 7:

Tabela 7 – Custo de aplicação e usinagem de CBUQ

Descrição do Material Custo Unitário (R$ /

ton)

CBUQ com asfalto modificado por borracha R$ 116,86

CBUQ com asfalto modificado por polímero R$ 99,78

CBUQ convencional R$ 99,66

Fonte: Adaptado de DNIT, 2019

3 RESULTADOS E DISCUSSÃO

Após o desenvolvimento deste trabalho pode-se gerar resultados tocantes à

pavimentação, seus tipos e comportamento com a adição de diferentes materiais como borracha e polímero e por consequência, utilizou-se os métodos e dados, aqui apresentados, para a execução do dimensionamento do pavimento desta via tão importante para o estado de Minas Gerais, Faz-se sua análise de custo e pode-se assim, estabelecer discussões sobre a viabilidade econômica e ambiental da proposta que norteia este trabalho.

3.1 DIMENSIONAMENTO DO PAVIMENTO

Uma via como o Anel Rodoviário de Belo Horizonte, com o grande fluxo de veículos

(15)

Braz. J. of Develop.,Curitiba, v. 6, n. 3,p.16055-16079 mar.. 2020. ISSN 2525-8761 entretanto, a critério ilustrativo o dimensionamento foi feito seguindo métodos de cálculos simplificados, uma vez que a análise de dimensionamento de um pavimento requer longos estudos, fora do escopo desse trabalho.

3.1.1 Número N

Para o cálculo do número N adotou-se como volume médio diário inicial de veículos VDMo de projeto a média dos valores obtidos de volume diário médio de veículos no Anel

Rodoviário em diferentes pontos de aferição, considerando os dois sentidos da via para maior abrangência de dados.

Logo, o resultado obtido de VDMO é de 35.623 veículos comerciais, mostrado na tabela

8, em seguida:

Tabela 8 – Volume diário médio inicial (VDMo)

Aferição VDMo VDM médio

Ponto 1 33.635 35.623 Ponto 2 37.952 Ponto 3 34.415 Ponto 4 22.684 Ponto 5 39.683 Ponto 6 56.119 Ponto 7 16.631 Ponto 8 34.388 Ponto 9 51.105 Ponto 10 29.614

Fonte: Adaptado DNIT, 2010

O volume médio diário inicial de veículos não é constante ao longo do tempo, dessa forma, deve-se adotar uma taxa de crescimento para o mesmo a qual ditará o crescimento durante o período de projeto. A taxa adotada levou em consideração a evolução da frota de veículos da cidade de Belo Horizonte durante o período de 2010 a 2018 de forma linear. Foi

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Braz. J. of Develop.,Curitiba, v. 6, n. 3,p.16055-16079 mar.. 2020. ISSN 2525-8761 feito a taxa anual entre os anos e a taxa de crescimento adotada foi a média dos anos em questão, resultando em 6%, conforme mostra a tabela 9, com dados coletados do Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística (IBGE) (2019).

Tabela 9 – Taxa de crescimento da frota de veículos

Ano Quantidade de veículos Taxa de crescimento Taxa de crescimento média 2010 1.340.071 - 6% 2011 1.438.723 7% 2012 1.519.438 6% 2013 1.596.081 5% 2014 1.664.487 4% 2015 1.714.233 3% 2016 1.783.961 4% 2017 1.907.891 7% 2018 2.075.823 9% Fonte: IBGE, 2019

O período de projeto para o cálculo do número N foi adotado como 10 anos, valor

típico para cálculos desse tipo.

Logo, o volume médio diário de veículos final (VDMf) é de 54.860 veículos. Dessa

forma, o volume diário de veículos médio (VDMm) para o período de dimensionamento é de

45.242 veículos. Consequentemente o volume total (Vt) de veículos para o período de projeto é de 165.133.300 veículos.

Em virtude da complexidade de encontrar valores de fator de carga (FC) e fator de eixo (FE) simplificou-se o cálculo adotando o valor de veículos (FV) a partir da média dos fatores estipulados para o método de dimensionamento USACE, preconizado pelo DNIT, considerando os 4 tipos de veículos foi de 4,70. O fator climático regional (FR) utilizado foi de 1,00, comumente utilizado no Brasil e supra explicado.

(17)

Braz. J. of Develop.,Curitiba, v. 6, n. 3,p.16055-16079 mar.. 2020. ISSN 2525-8761 Portanto, após os cálculos o valor do número N que será utilizado para determinação da espessura da camada de revestimento do pavimento estudado é de 7,76 x 108. Os resultados dos cálculos são apresentados de forma resumida na tabela 10.

Tabela 10 – Resumo dos resultados

Grandezas Resultados VDMo 35.623,00 VDMf 54.860,00 VDMm 45.241,50 Vt 165.133.300,00 FV 4,70 FR 1,00 N 7,76 x 108

Fonte: Elaborado pelo autor

3.1.2 Espessura de revestimento mínima

A partir do número N encontrado e observando os valores da tabela 7 a espessura de

revestimento mínima deve ser de 12,5 centímetros de espessura

3.2 CUSTO

Na análise da viabilidade econômica de aplicação do revestimento de CBUQ com

asfalto polímero, de CBUQ com asfalto borracha, em detrimento do CBUQ com asfalto convencional, foi considerado a mesma espessura de camada para todos.

Diante de estudos similares a esse apresentado feitos por Gusmão (2009) e Arão (2016) o teor de ligante utilizado na fabricação do CBUQ com asfalto convencional, asfalto borracha e asfalto polímero adotado para os cálculos de custo foi de 5%. O peso especifico do CBUQ tem valor de 2,5 t/m³ (DNIT, 2019).

A partir do produto do comprimento da via pela sua largura de capa, multiplicado pelo produto da espessura de revestimento pelo peso especifico do material chega-se a um valor total de 101.250,00 toneladas de massa de CBUQ a ser utilizada na pavimentação, valores mostrados na tabela 11.

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Braz. J. of Develop.,Curitiba, v. 6, n. 3,p.16055-16079 mar.. 2020. ISSN 2525-8761 Tabela 11 – Grandezas Largura da capa (m) Comprimento total (m) Área de capa (m²) Volume de CBUQ (m³) Massa de CBUQ (t) 12,00 27.000,00 324.000,0 0 40.500,00 101.250,00

Com a massa de CBUQ calculada, conhecendo os custos de insumos e o teor de asfalto

utilizado, têm-se os seguintes resultados de custo, mostrados na tabela 12.

Tabela 12 – Comparativo de custos

I

tem Grandezas Cálculos CAP 50/70

Asfalto Borracha Asfalto polimérico A Quantidade de massa asfáltica de CBUQ produzida (tonelada) - 101.250,00 101.250,00 101.250,00 B Custo de usinagem/aplicação por tonelada de CBUQ aplicado - R$ 99,66 R$ 116,86 R$ 99,78 C Quantidade de massa X custo de usinagem/aplicação A x B R$ 10.090.575,00 R$ 11.832.075,00 R$ 10.102.725,00 D Teor de asfalto - 5% 5% 5%

E Custo do asfalto por

tonelada - R$ 2.452,49 R$ 2.833,54 R$ 2.861,99 F Custo do asfalto no CBUQ A x D x E R$ 12.415.730,63 R$ 14.344.796,25 R$ 14.488.824,38 G Custo Total C + F R$ 22.506.305,63 R$ 26.176.871,25 R$ 24.591.549,38

(19)

Considerando os cálculos apresentados, o revestimento suposto de CBUQ utilizando

asfalto modificado por borracha tem como custo total R$ 26.176.871,25, já o CBUQ utilizando asfalto modificado por polímero tem como custo total R$ 24.591.549,38, o que representa um valor superior de 16,31% e 9,26% respectivamente em comparação com o custo de utilização do CBUQ com asfalto convencional (CAP 50/70), como mostra a tabela 13.

Tabela 13 – Aumento de custo

Aumento de custo do CBUQ com asfalto borracha em substituição ao CAP 50/70

R$ R$ 3.670.778,45

% 16,31

Aumento de custo do CBUQ com asfalto polímero em substituição ao CAP 50/70

R$ R$ 1.931.915,48

% 9,26

Desse modo, analisando o dimensionamento e os cálculos feitos, percebe-se que o

CBUQ com ligante asfalto borracha e o CBUQ com ligante asfalto polímero possuem um custo maior em comparação com o CBUQ convencional. Partindo-se de uma diferença de 16,31% e 9,26% respectivamente, sua aplicação pode não ser interessante, todavia, deve-se fazer estudos mais aprofundados quanto a viabilidade econômica levando em consideração custos de manutenção, uma vez que, segundo Bernucci (2008) o revestimento com asfalto borracha pode durar até 3 vezes mais que o convencional e o revestimento utilizando asfalto polímero reduz a frequência de manutenções aumentando a vida útil do pavimento e indicado para locais de difícil acesso.

Ratificando essa informação, o Departamento Autônomo de Estradas e Rodagens possui um equipamento a fim de testar o comportamento de revestimento perante ao desgaste físico e por intemperes. Em 60 dias o equipamento é capaz de simular dez anos de uso sob ação de uma carga de 50 toneladas de massa por minuto. Em um teste realizado, o revestimento com asfalto borracha em sua composição apresentou uma durabilidade de 43% maior a desgastes superficiais do que revestimentos convencionais (NUNES, 2018)

Um estudo feito Zatarin et. al. (2016) consistiu em analisar a viabilidade econômica do asfalto borracha incluindo os custos de manutenção. Seus resultados mostraram que o custo

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Braz. J. of Develop.,Curitiba, v. 6, n. 3,p.16055-16079 mar.. 2020. ISSN 2525-8761 do asfalto modificado sem considerar frequências de manutenção é bem maior do que o asfalto convencional. Conquanto, em 7 anos, o pavimento feito com asfalto convencional necessitou de algum tipo de manutenção em 70% da sua extensão, enquanto que o pavimento com asfalto modificado por borracha apenas em 10%. Consequentemente o custo de reparos do convencional foi bem superior ao modificado. Ao realizar uma composição (união dos custos) de execução e posteriores gastos com manutenção, o asfalto modificado por borracha apresentou um custo inferior ao asfalto convencional, expondo as vantagens desse tipo de pavimento.

Mais uma pesquisa mostra as vantagens da utilização do asfalto polímero: Gusmão (2009), fez um estudo avaliando a restauração de um trecho experimental de uma rodovia utilizando asfalto modificado por polímero através de um reforço no pavimento existente. Nesse estudo foi constatado que a utilização de asfalto modificado por polímero permite a redução da espessura do reforço e esse fato pode ser um indicio que a espessura da camada de revestimento de um pavimento novo pode ser reduzida, reduzindo custos em comparação com o asfalto convencional. Além disso, o estudo mostrou também que houve um aumento na resistência a tração do trecho reforçado, tal fato limita o trincamento precoce do pavimento, mostrando que o asfalto modificado por polímero é menos suscetível aos defeitos anteriormente apresentados.

Ademais, é possível reutilizar materiais como modificadores do asfalto, ou do CBUQ, ao invés de utilizar modificadores industriais, tipo apresentado até esse momento no trabalho. Sendo assim é possível a inserção de polímeros reciclados e borracha de pneus inservíveis como agentes modificantes do revestimento a fim de obter um material compósito com desempenho semelhante ou superior ao já industrializado existente.

A partir desse posicionamento, Arao (2016) fez um estudo no qual avaliou a inserção do polímero Polietileno Tereftalato (PET) provenientes de garrafas PET recicladas em misturas asfálticas. Nele foram desenvolvidas 5 misturas com diferentes teores de adições. Os resultados de simulações em softwares que avaliam a vida útil do pavimento mostraram que 4 das 5 misturas apresentaram resultados satisfatórios, cujos anos de vida útil foram maiores que do revestimento convencional. Esse estudo mostra, mais uma vez, que apesar do custo inicial para a aplicação do asfalto polímero ser maior do que o convencional, a durabilidade do pavimento é maior, sendo assim os gastos com possíveis manutenções de defeitos serão menores ao longo dos anos.

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Braz. J. of Develop.,Curitiba, v. 6, n. 3,p.16055-16079 mar.. 2020. ISSN 2525-8761 Em âmbito ambiental a mesma autora constatou que a inserção de garrafa PET triturada em misturas asfálticas pode ser benéfica ecologicamente. Seu estudo mostrou que para uma rodovia com duas faixas de rolamento com 6 metros de largura cada, espessura de revestimento igual a 5 cm e garrafas PET de 2 litros, consome-se cerca de 416 mil garrafas PET por quilometro de rodovia para a mistura estudada com a melhor taxa de adição, 0,5% de flakes de 10 mm de dimensão de garrafas PET pelo peso da mistura em CBUQ e substituição de 2,5% de pó de pedra utilizado na composição do pavimento, pelo pó de PET, também em função do peso de CBUQ.

Dessa forma, para esses mesmos valores de porcentagem em peso de inserção, aplicado a quantidade de 101.250 toneladas de CBUQ necessária para pavimentação considerando o dimensionamento e a extensão do Anel Rodoviário, seriam necessárias 3.037,5 toneladas de garrafas PET. Considerando que cada garrafa de 2 litros de capacidade pesa em média 57 gramas, um montante de mais de 53 milhões de garrafas seriam reutilizadas na pavimentação do local de estudo, correspondendo a aproximadamente 2 milhões de garrafa por quilometro pavimentado, como mostrado na tabela 14, a seguir. Além disso, a logística de coleta, separação e preparação dessas garrafas para posteriormente serem utilizadas na pavimentação geram emprego e renda, mostrando o quão vantajoso é o reaproveitamento de polímeros reciclados na pavimentação.

Contudo o estudo feito por Arao (2016) é apenas teórico e simulado em softwares computacionais, não havendo a criação de um trecho experimental, dessa forma, se faz necessário uma analise mais profunda a partir desse método de reciclagem e seus efeitos em prática em um revestimento asfáltico.

Tabela 14 – Consumo de garrafas PET

Quantidade de massa asfáltica de CBUQ produzida (t) Teor de flakes adicionados (%) Teor de pó adicionado (%) Quantidade de PET (t) Peso da garrafa PET (g) Quantidade de garrafas PET reutilizadas Quantidade de garrafas PET reutilizadas por quilometro 101.250,00 0,50 2,50 3.037,50 57,00 53.289.473,68 1.973.684,21

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Quanto ao reaproveitamento de borracha de pneu inservíveis a Greca Asfaltos (2017),

empresa de asfalto que fabrica ligantes asfálticos modificados por borracha moída de pneus, para cada tonelada de ECOFLEX (asfalto produzido) tem-se 800 quilos de ligante e 200 quilos de borracha de pneu moída, o que representa em média a 34 pneus comuns de carro de passeio com aproximadamente 6 kg. Adotando-se essa prescrição, para a pavimentação considerando o dimensionamento e a extensão do Anel Rodoviário são necessárias 101.250 toneladas de CBUQ, considerando 5% de teor de ligante, seriam necessárias 5.065,5 toneladas de ECOFLEX, o que resultaria em uma reutilização de 168.850 pneus que levariam mais de 600 anos para se decompor na natureza, como é mostrado na tabela 15. Ao contrário do estudo anterior, a inserção de borracha de pneus inservíveis já é feita na prática, tornando-a um método confiável.

Tabela 15 – Reutilização de pneus inservíveis

Quantidade de massa asfáltica de CBUQ produzida (t) Teor de ligante (%) Quantidade de ECOFLEX necessária (t) Quantidade de borracha de pneu (t) Quantidade de pneus reutilizados 101.250,00 5,00 5.062,50 1.012,50 168.750,00

4 CONCLUSÃO

Este trabalho avaliou a viabilidade socioambiental de uma alternativa de camada de

revestimento de uma via expressa de Belo Horizonte, o Anel Rodoviário Celso Mello Azevedo, para tal estudo apoiou-se em monografias e teses publicadas, consulta a manuais pertinentes ao tema, além de consultas a composições de preço definidas por órgãos públicos e empresas de asfalto.

Desse modo, foi possível executar um dimensionamento da camada de revestimento no pavimento, para o trecho da rodovia em análise, com os métodos preconizados por normas brasileiras. A partir disso, foi feita uma análise econômica sobre a implementação da utilização de asfalto modificado por polímero e borracha em comparação com a pavimentação utilizando asfalto convencional, realizada com planilhas de custo definidas por Órgãos Públicos e empresas certificadas para a prestação de serviço aos órgãos competentes. Logo após, fez-se

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Braz. J. of Develop.,Curitiba, v. 6, n. 3,p.16055-16079 mar.. 2020. ISSN 2525-8761 uma análise ambiental considerando se os pavimentos fossem feitos com polímeros reciclados e borracha reutilizada de pneus inservíveis, quantificando os materiais retirados do ambiente.

Neste sentido, tanto o revestimento feito com asfalto modificado por polímero quanto o revestimento feito com o asfalto modificado por borracha apresentaram um custo maior em comparação ao revestimento produzido com asfalto convencional quando consideradas as especificações e prescrições adotadas neste estudo. Apesar dos valores superiores encontrados para os revestimentos modificados, como mostrado ao longo do estudo, esse tipo de pavimentação apresenta inúmeras vantagens que podem ser enumeradas, tais como: ser menos susceptível a defeitos típicos da pavimentação brasileira; requerer menos manutenções ao longo de sua vida útil, o que a torna financeiramente viável; sofrer menos desgaste físico por intemperes e podem durar até 3 vezes mais que a pavimentação comum; além de se apresentar como uma alternativa ao descarte de materiais poliméricos, que descartados de forma inadequada, pela sociedade, vem ao longo dos anos causando inúmeros impactos ambientais.

Desse modo, considerando que mais de 78% das rodovias brasileiras não são pavimentadas, os pavimentos modificados podem emergir como alternativa para solução deste tipo de problema, já que é um método economicamente viável, quando considerado suas vantagens ambientais e físico-mecânicas podendo então, ser aplicado na pavimentação desse percentual altíssimo de vias não pavimentadas espalhadas pelo Brasil

Sabe-se que no âmbito ambiental, alicerçado nas pesquisas realizadas, há uma grande vantagem ambiental em reutilizar os polímeros e a borracha triturada de pneus inservíveis para confecção dos asfaltos modificados para posterior utilização na pavimentação. Como mostrado, para cada quilômetro de rodovia pavimentada um grande contingente desses resíduos deixa de ser descartado, muita das vezes de forma inadequada, no meio ambiente. Além disso, a angariação e movimentação dos pneus inservíveis em fábricas de reciclagem de borracha, antes de sua utilização na fabricação do ligante e a mesma disposição para os resíduos poliméricos, podem gerar fonte de renda, dessa forma essa análise reforça o alto valor socioambiental dos asfaltos modificados.

REFERÊNCIAS

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(24)

Braz. J. of Develop.,Curitiba, v. 6, n. 3,p.16055-16079 mar.. 2020. ISSN 2525-8761 ARAO, Mieka. Avaliação do comportamento mecânico de misturas asfálticas com a

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