UNIVERSIDADE REGIONAL DO NOROESTE DO
ESTADO DO RIO GRANDE DO SUL - UNIJUI
DEPARTAMENTO DE CIÊNCIAS EXATAS E ENGENHARIAS
Curso de Engenharia Civil
MARCOS ROBERTO MACIEL PEREIRA
ESTUDO SOBRE INCORPORAÇÃO DE FRESADO ASFÁLTICO E
CAL EM MISTURAS BETUMINOSAS DO TIPO PRÉ-MISTURADO A
FRIO
Ijuí/RS 2015
ESTUDO SOBRE INCORPORAÇÃO DE FRESADO ASFÁLTICO E
CAL EM MISTURAS BETUMINOSAS DO TIPO PRÉ-MISTURADO A
FRIO
Trabalho de conclusão de
curso apresentado ao curso de
Engenharia Civil da Universidade
Regional do Noroeste do Estado do
Rio Grande do Sul - UNIJUÍ, como
parte dos requisitos para obtenção do
título de Bacharel em Engenharia
Civil.
Orientador: Me. José Antônio Santana Echeverria
Ijui 2015
ESTUDO SOBRE INCORPORAÇÃO DE FRESADO ASFÁLTICO E
CAL EM MISTURAS BETUMINOSAS DO TIPO PRÉ-MISTURADO A
FRIO
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 Antônio Santana Echeverria, Mestre – Orientador
________________________________
Prof. Carlos Alberto Simões Pires Wayhs, Mestre
“A adversidade tem o efeito de atrair a força e as qualidades de um homem que as teria adormecido na sua ausência.”
me deixado desistir, pela compreensão quando eu não fui compreensivo, pela presença, pelo amor incondicional, pelos subsídios nesses anos todos em que estive lutando para conseguir graduar-me. Theresinha Maciel Oleiro, Marcos Francisco Reis Pereira, Ramiro Maciel Pereira, Victória Maciel Pereira. MUITO OBRIGADO!
Ao meu orientador e amigo, Professor José Antônio Santana Echeverria. Por ter sido fundamental na elaboração deste trabalho, bem como ao longo da graduação. Por ter me despertado interesse pelo rodoviarismo e inserido neste meio. Pelas inúmeras portas abertas, pela atenção, cordialidade, por dedicar seus fins de semana e feriados lendo e fazendo apontamentos a este trabalho, pelas inúmeras vezes em que mandou mensagem com três palavras: “E o TCC?”. Por ter ensinado que a frase “dá teus pulos, peão” pode ser extremamente motivacional. Por ter sido um amigo excepcional e um exemplo profissional. MUITO OBRIGADO!
Àqueles que, parafraseando um sábio, “a gente não escolhe, mas reconhece”: os meus amigos André Zwirtes, Gabriel Hochmüller, Frederico Heemann, Maiquel Heinrich, Eduardo Pasche, Dieimes Lima, Eneias Da Ros, Antônio Herath, Francisco Langner Dal Ri, Felipe Makoski, Sergio Freitas. Peço desculpas se esqueci alguém. A importância de vocês na minha vida e graduação é imensurável. Pelos conselhos, pelas conversas, pelas risadas, pelos estudos em grupo, pelos acampamentos, churrascos, por terem dedicado seu tempo me auxiliando no laboratório a executar os ensaios desta pesquisa. Sem vocês, eu jamais teria conseguido. MUITO OBRIGADO!
Às demais pessoas que me auxiliaram na execução dos ensaios, seja por solicitação, sejam amigos de amigos meus, ou seja por terem ido ver o que se tratavam os ruídos estridentes no laboratório em sextas-feiras à noite, em pleno horário de aula: Hugo Steiner, Gustavo Brocardo, Carlos Fagundes, Pizzuti. Sua colaboração foi imprescindível para a concretização deste sonho. MUITO OBRIGADO!
À Professora Cristina Eliza Pozzobon, coordenadora do curso de Engenharia Civil da UNIJUI, a qual admiro imensamente pela competência e dedicação ao seu
A todos os demais professores dos quais tive o prazer e a honra de assistir às aulas ministradas ao longo da graduação. Pela importância em minha formação acadêmica, pelo conhecimento transmitido e pela dedicação nesta função social que hora é arte e hora é intenso labutar: lecionar. MUITO OBRIGADO!
Aos meus amigos Eng. Fabiano Fabrin Secchi, Eng. Luiz Cláudio Leal, Eng. Cássio Rubin, Eng. Joana Kirchner, Eng. André Luiz Menegassi Wojciechowski, Luis Carlos de Jesus e toda a equipe da 5ª Superintendência Regional do DAER/RS, minha segunda casa durante dois anos desta graduação. Pelos desafios propostos, pelas inúmeras conversas, por terem auxiliado em tudo o que precisei ao longo do período em que trabalhamos juntos, pelo conhecimento que me permitiram adquirir, pela transparência, pela honestidade. Por terem me mostrado caminhos e me ajudado a pavimentá-los. MUITO OBRIGADO!
Ao laboratorista Luiz Donatto, pela solicitude em tirar dúvidas acerca dos ensaios realizados, pela compreensão em perceber que eu não tinha tempo em horários convencionais para utilizar o laboratório, por ter disponibilizado as instalações para a realização desta pesquisa durante noites, madrugadas, feriados e finais de semana. MUITO OBRIGADO!
Pela oportunidade, ao MEC/PROUNI, por permitir que pessoas realizem seus sonhos que a desigualdade social da nação faz-nos crer serem impossíveis. MUITO OBRIGADO!
A todas as pessoas que entraram e saíram de minha vida nos últimos seis anos, e em especial às que permaneceram, e que sabem o papel que desempenharam para a concretização deste objetivo. Reconheço vossa importância e sou extremamente grato. MUITO OBRIGADO!
Por fim, agradeço à pessoa com quem gostaria de compartilhar esta conquista, e que sei que onde estiver, está contente e orgulhosa de seus filhos. Pela vida. Carla Roberta Maciel Pereira. MUITO OBRIGADO, MÃE!
Segundo a Sistema Nacional de Viação, em 2014 a malha rodoviária brasileira era composta por 1.691.522 km, sendo 203.599 km de rodovias pavimentadas. A crescente preocupação técnica em garantir segurança e conforto ao rolamento deste que é um dos maiores patrimônios públicos do Brasil leva à pesquisas no âmbito de materiais e métodos utilizados em pavimentação. Assim como preocupações concernentes ao manejo ambiental de resíduos oriundos de atividades de conservação e restauração de rodovias propicia o estudo de formas racionais de reciclagem de pavimentos deteriorados. A presente pesquisa constitui-se na avaliação da reincorporação de material fresado, que é um resíduo de serviços de restauração rodoviária, através da substituição parcial de agregados virgens em Pré-Misturados a Frio (PMF) por material fresado e adição de cal calcítica CH-I. Foram estudados quatro projetos de PMF: referência (PMF-TR); com adição de 1% de cal calcítica (PMF-TRC); com substituição de 70% de agregados virgens por material fresado (PMF-FR); e com substituição de 70% de agregados virgens por material fresado e adição de 1% de cal calcítica (PMF-FRC), objetivando avaliar, comparativamente, características volumétricas e de adesividade destes traços. Comparou-se o desempenho e variação das propriedades Marshall, a resistência à tração e a resistência ao dano induzido por umidade através de uma adaptação para PMF da Metodologia Lottman, para todos os traços estudados. Constatou-se que a adição de 1% de cal diminui o consumo de ligante das misturas e que a adição de material fresado reduz o volume de vazios, bem como a densidade do material. Os resultados do ensaio Marshall para o traço PMF-FRC foram inconclusivos em virtude da impossibilidade de controlar a viscosidade do ligante durante a mistura. A resistência à tração foi incrementada significativamente tanto face à incorporação de material fresado quanto de cal calcítica. Quanto ao dano induzido por umidade, verificou-se que a saturação, gelo-degelo e imersão agrediu tão intensamente os traço de referência quanto o traço com incorporação de 70% de material fresado, enquanto a adição de cal calcítica foi benéfica ao traço de referência e desvantajosa no traço contendo material fresado. Concluiu-se que a incorporação de 1% de cal calcítica aufere vantagens às características mecânicas das misturas e a incorporação de fresado não repercute significativamente na perda de resistência face ao dano provocado por umidade, apresentando uma melhora na adesividade entre o ligante RM-1C e os agregados.
Figura 2 - Comportamento mecânico de pavimentos flexíveis e rígidos face
às solicitações ... 5
Figura 3 - Equipamentos para execução do ensaio de equivalente de areia e demonstração da leitura dos níveis dos materiais ... 7
Figura 4 - Curvas de diversos tipos de distribuição granulométricas ... 11
Figura 5 - Representação da massa específica real (a), aparente (b) e efetiva (c) de um agregado ... 13
Figura 6 - Emulsão Asfáltica de Petróleo. ... 17
Figura 7 - Esquema de produção de Emulsões Asfálticas. (a) Mistura da fase aquosa e asfalto em moinho coloidal. (b) Esquema de moinho coloidal ... 18
Figura 8 - Frações granulométricas do material fresado ... 27
Figura 9 - Tipos e composições das misturas ensaiadas ... 31
Figura 10 – Picnômetro na bomba de vácuo ... 33
Figura 11 - Granulometria dos Materiais ... 41
Figura 12 – Curva granulométrica das misturas ... 44
Figura 13 – Parâmetros do traço de referência (PMF-TR) ... 46
Figura 14 - Parâmetros do traço de referência com adição de 1% de cal (PMF-TRC) ... 47
Figura 15 - Parâmetros do traço de referência com adição de 1% de cal (PMF-TRC) ... 48
Figura 16 – Parâmetros do traço de referência com adição de 1% de cal (PMF-TRC) ... 49
Figura 17 – Comparação do teor ótimo de ligante para os traços avaliados 50 Figura 18 – Comparação dos parâmetros avaliados no ensaio Marshall para todas as misturas ... 52
Figura 19 – Comparação das Resistências à Tração das amostras condicionadas e não-condicionadas ... 55
Quadro 2 - Sugestões para emprego em pavimentação das emulsões convencionais ... 21
Quadro 3 - Especificação brasileira de emulsões asfálticas catiônicas... 22 Quadro 4 – Correção das superfícies específicas em função das densidades dos agregados ... 25
Quadro 5 – Granulometria dos Materiais ... 41 Quadro 6 - Massas específicas reais dos agregados miúdos ... 42 Quadro 7 – Massas específicas real e aparente dos agregados graúdos ... 43 Quadro 8 – Ajuste granulométrico das misturas ... 44 Quadro 9 – Superfície específica e teores de emulsão asfáltica preliminares ... 45 Quadro 10 – Comparativo dos parâmetros avaliados no ensaio Marshall para todas as misturas. ... 50
Quadro 11 – Resultados das resistências à tração dos corpos de prova Lottman ... 54
LISTA DE SIGLAS E SÍMBOLOS
# – Abertura nominal das peneiras
∑ - Superfície específica dos agregados
AASHTO – American Association of Highways and Transportation Oficials
AAUQ – Areia Asfato Usinado a Quente
ABEDA – Associação Brasileira das Empresas Distribuidoras de Asfalto
ABNT – Associação Brasileira de Normas Técnicas
ADP – Asfalto diluído de petróleo
ASTM – American Association for Testing and Materials
CAP – Cimento asfáltico de petróleo
CBUQ – Concreto Betuminoso Usinado a Quente
CM – Asfalto diluído de petróleo de cura média
cm - Centrímetro
CNP – Conselho Nacional do Petróleo
CP ou CPs – Corpo de prova ou Corpos de prova
DAER – Departamento Autônomo de Estradas de Rodagem
DER/PR – Departamento de Estradas de Rodagem do Paraná
DNER – Departamento Nacional de Estradas de Rodagem
DNIT – Departamento Nacional de Infraestrutura e Transportes
EAP – Emulsão asfáltica de petróleo
in. – Inch (polegada)
ISC – Índice de Suporte Califórnia
k – Módulo de riqueza de pré-misturados a frio
kgF – Quilograma-Força
LEC – Laboratório de Engenharia Civil
mm – Milímetro
MR – Modulo de resiliência
NBR – Norma Brasileira
ºC – Graus Celcius
OSU – Oregon State University
p’ – Teor de asfalto
p’ – Teor de asfalto
p’EA – Teor de emulsão asfáltica
PMF – Pré-Misturado a Frio
RAP – Reclaimed Asphalt Pavement
RL-1C – Emulsão asfáltica de petróleo catiônica de ruptura lenta, faixa de viscosidade 1.
RM-1C – Emulsão asfáltica de petróleo catiônica de ruptura média, faixa de viscosidade 1.
RM-2C – Emulsão asfáltica de petróleo catiônica de ruptura média, faixa de viscosidade 2.
RR-2C – Emulsão asfáltica de petróleo catiônica de ruptura rápida, faixa de viscosidade 2.
Rrt – Resistência à tração retida
RS – Rio Grande do Sul Rt – Resistência à Tração
t – Teor de asfalto residual em emusões asfálticas de petróleo
TSD – Tratamento Superficial Duplo
TSS – Tratamento Superficial Simples
2. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA ... 3
2.1.Pavimento rodoviário ... 3
2.1.1. Classificação dos pavimentos rodoviários... 5
2.2.Materiais utilizados em pavimentação ... 6
2.2.1. Agregados... 6
2.2.2. Ligantes asfálticos ... 15
2.3.Pré- Misturado a Frio ... 22
2.3.1. Definição ... 22
2.3.2. Dosagem de pré-misturados a frio ... 24
2.4.Material fresado ... 26
3. MATERIAIS E MÉTODOS ... 30
3.1.Aquisição e coleta dos materiais ... 30
3.2.Misturas asfálticas ... 31
3.3.Caracterização dos agregados ... 32
3.3.1. Granulometria ... 32
3.3.2. Massa específica real do agregado miúdo ... 32
3.3.3. Massa específica real e absorção do agregado graúdo ... 34
3.4.Caracterização do ligante asfáltico ... 35
3.5.Caracterização das misturas asfálticas ... 36
3.5.1. Dosagem Marshall... 36
3.5.2. Resistência à tração na compressão diametral ... 38
3.5.3. Perda por umidade induzida ... 38
4. APRESENTAÇÃO E ANÁLISE DOS RESULTADOS... 40
4.1.Caracterização dos materiais ... 40
4.2.Caracterização das Misturas ... 43
4.2.1. Ajuste Granulométrico ... 44
4.2.2. Ensaio Marshall ... 45
4.2.3. Resistência à Tração e Lottman Modificado ... 54
5. CONSIDERAÇÕES FINAIS ... 58
5.1.Conclusões ... 58
5.1.1. Dosagem Marshall... 58
5.1.2. Resistência à tração ... 59
5.1.3. Lottman Modificado ... 60
5.2.Sugestões para pesquisas futuras ... 60
1. INTRODUÇÃO
Conforme a Associação Brasileira das Empresas Distribuidoras de Asfalto - ABEDA (2010), durante muitos anos a solução adotada por órgãos rodoviários para recuperação de pavimentos era a execução de sucessivos recapeamentos sobre o revestimento deteriorado. Porém, a sobreposição de camadas altera a geometria da pista, causando degraus em acostamentos, comprometendo sistema de drenagem bem como a eficácia de defensas metálicas e também, muitas vezes, a recuperação era impossibilitada por restrições de nível em pontes, túneis e passeios públicos.
Apesar da prática da reciclagem do pavimento datar dos anos 30, foi apenas década de 70 que a crise do petróleo e o advento dos equipamentos de fresagem a frio propiciaram a expansão da técnica de fresagem de revestimentos asfálticos como intervenção para recuperação funcional desta camada do pavimento. A fresagem consiste na remoção do pavimento existente, utilizando um equipamento consistente de um cilindro giratório com aparato para abrasão e arrancamento. Este procedimento gera um resíduo denominado Fresado ou Reclaimed Asphalt
Pavement (RAP).
Todavia, surgiram preocupações sobre possíveis impactos ambientais causados pela inexistência de critérios de estoque e destinação de material fresado. Sadecki et al (1996) pesquisou sobre compostos lixiviados de pilhas de estoque de material fresado e concluiu que a concentração de hidrocarbonetos aromáticos policíclicos (HAP) estavam próximas ou abaixo do limite aceitável pelo Minnesota
Department of Transportation. No Rio Grande do Sul, não há limites de
concentração de HAP estabelecidos. De maneira geral, a presença de HAP está associada à ocorrência de câncer na fauna.
Muitas vezes, o material fresado é utilizado como revestimento primário de rodovias não-pavimentadas. Bonfim (2001) constatou que esta prática é ineficiente pois em pequeno período de tempo, os agregados são carregados para fora da pista, comprometendo os sistemas de drenagem da via e poluindo cursos de água.
Face à necessidade de oferecer destino adequado ao material fresado, uma alternativa estudada por Pasche (2013) é a reincorporação de fresado em misturas betuminosas a quente. A substituição parcial de agregados virgens por material
fresado e cal demonstrou resultados economicamente satisfatórios e tecnicamente vantajosos, como a redução do teor de ligante ótimo de projeto, incremento da resistência à tração e aumento da resistência ao dano por umidade.
Ainda que o meio técnico utilize amplamente PMF, especialmente em reparos emergenciais de rodovias, a literatura nacional carece de estudos científicos sobre o material (SILVEIRA apud MOREIRA, 20-?), portanto pesquisas nesta área vêm a acrescentar conhecimento técnico-científico ao meio acadêmico brasileiro.
Deste modo, a presente pesquisa objetiva analisar parâmetros de misturas asfálticas do tipo Pré-Misturado a Frio (PMF) face à substituição parcial de agregados virgens por material fresado, bem como verificar alterações no desempenho do material quanto ocorre adição de filler (cal calcítica), utilizando emulsões catiônicas de ruptura média, do tipo RM-1C, comparando o desempenho destas misturas a um traço de referência (composto apenas por agregados virgens).
O objetivo deste trabalho é avaliar a viabilidade técnica da reciclagem de material fresado em misturas asfálticas do tipo pré-misturado a frio, através do atendimento aos critérios estipulados nas especificações pertinentes, bem como verificar quais parâmetros físicos da mistura asfáltica são alterados em função da incorporação do material fresado e da cal, a fim de diminuir custos da massa asfáltica e atenuar possíveis impactos ambientais por estoque e destinação imponderados de material fresado.
2. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
O presente capítulo aborda a revisão literária dos assuntos que abrangem o objeto desta pesquisa.
2.1. Pavimento rodoviário
Uma definição de “pavimento rodoviário” é: estrutura de múltiplas camadas de espessuras finitas, construída sobre a superfície final de terraplenagem. (BERNUCCI et al, 2007). À plataforma originada pelos serviços de terraplenagem, dá-se o nome de subleito.
O Asphalt Institute (1987) define algumas propriedades necessárias a pavimentos rodoviários. São elas:
a) A ocorrência de espessura total e resistência interna suficientes para resistir às cargas do tráfego previsto;
Esta propriedade está ligada ao comportamento mecânico do pavimento face às tensões normais e tangenciais geradas pelos carregamentos. Desta forma, Santana (1992) define que a finalidade do pavimento é dissipar os carregamentos através das suas camadas, de tal maneira que o subleito receba tensões compatíveis com a sua resistência. A forma como as tensões normais dissipam-se ao longo da espessura do pavimento flexível pode ser verificada na Figura 1. Esta ilustração também demonstra que as tensões tangenciais são resistidas pelo revestimento, uma vez que este apresenta coesão entre suas partículas.
Figura 1 - Diagrama de tensões ao longo da espessura do pavimento
Fonte: Medina (1998)
b) Ser adequadamente compactado, para impedir penetração e acúmulo de umidade excessiva na estrutura;
c) Apresentar superfície superior regular, resistente à derrapagem, desgaste, distorção e deterioração face às intempéries. Em regiões onde o clima permite a formação de gelo na superfície do revestimento, o pavimento não pode deteriorar-se quando exposto aos produtos químicos descongelantes.
Senço (2001) sugere que a pavimentação de rodovias com Volume Diário Médio (VDM) superior a 300 veículos por dia deve ser avaliada. O mesmo autor define que, nos casos de rodovias com baixo volume de tráfego, pode-se adotar um tipo de intervenção à qual denomina “pavimento de baixo custo”.
De acordo com Senço (2001), pavimento de baixo custo é uma alternativa que deve oferecer condição permanente de trafegabilidade, sem qualquer outra exigência que oneraria a solução adotada. Enquanto para projetos normais a vida útil é de 10 a 15 anos, para pavimento de baixo custo admite-se que estes valores sejam reduzidos a um terço ou metade.
2.1.1. Classificação dos pavimentos rodoviários
Considerando as deformações do pavimento, Senço (2001) classifica-os em rígidos e flexíveis. Os pavimentos rígidos são pouco deformáveis, possuindo baixa resistência à tração na flexão, constituídos principalmente de concreto de cimento Portland.
O mesmo autor define que os pavimentos flexíveis, por sua vez, aceitam certos limites de deformação sem que haja rompimento do material. Os revestimentos usuais são compostos por concretos de cimentos asfálticos de petróleo (CAP), agregados e filler. Em seu dimensionamento, considera-se o efeito de bacias de deformação sob as rodas de veículos, que geram tensões de tração na flexão e levam a estrutura a deformações permanentes e rompimento por fadiga.
Com relação à resposta estrutural, os pavimentos flexíveis apresentam um campo concentrado de tensões enquanto os pavimentos rígidos distribuem mais as tensões, gerando um campo disperso (BALBO, 2007).
O comportamento mecânico de pavimentos flexíveis e rígidos, conforme supracitado, está exposto na Figura 2.
Figura 2 - Comportamento de pavimentos flexíveis e rígidos face às solicitações
2.2. Materiais utilizados em pavimentação
A seguir, serão citados os materiais utilizados em pavimentação e suas principais características e ensaios de caracterização.
2.2.1. Agregados
A terminologia para agregados, conforme a Associação Brasileira de Normas Técnicas (ABNT), Norma Brasileira (NBR) 9935/2011, é a de material sem forma ou volume definido, geralmente inerte, de dimensões e propriedades adequadas para a produção de argamassas e concreto.
Bernucci et al (2007) enfatiza a perspectiva da engenharia rodoviária sobre a ideia de “propriedades adequadas” citada pela ABNT NBR 9935/2011. O objetivo da caracterização dos agregados é tentar prever o comportamento em campo de um material (rocha) existente no meio ambiente há milhões de anos.
2.2.1.1. Características dos agregados
Para Santana (1992), as principais características dos agregados que definirão seu comportamento em pavimentos asfálticos são: limpeza, resistência mecânica, forma e textura, durabilidade, contaminação com finos plásticos, porosidade, granulometria e adesividade aos produtos asfálticos. Bernucci et al (2007) elenca, ainda, as massas específicas dos agregados.
a) Limpeza: Uma condição essencial aos agregados – especialmente àqueles utilizados em misturas a frio (que não passam no secador). A presença de material orgânico, conchas e grumos de argila pode tornar o material impróprio para uso em revestimento asfáltico (BERNUCCI et al, 2007).
Para assegurar a limpeza dos agregados, eles devem passar por inspeção visual. Há, também, um ensaio denominado Equivalente de Areia que determina a proporção de finos (como argilas, por exemplo) em agregados miúdos.
Para executar o Equivalente de Areia conforme a norma DNER-ME 054/97, deve-se separar uma amostra de material passante na Peneira n° 4, medida em volume em uma cápsula padronizada, e repousá-la durante 20 minutos em uma proveta contendo uma solução defloculante (cloreto de cálcio-glicerina-formaldeído).
Após este período, a mistura deve ser agitada por 30 segundos. Deve-se, então, acrescentar desfloculante até um nível pré-determinado deixar em repouso por mais 20 minutos. Após este período, procede-se com a medição da altura do material floculado em suspensão (h1) e, através da inserção de um bastão padronizado na proveta, a altura do agregado sedimentado (h2). A Figura 3 ilustra o equipamento e as alturas de materiais ao término do ensaio.
Figura 3 - Equipamentos para execução do ensaio de equivalente de areia e demonstração da leitura dos níveis dos materiais
Fonte: Bernucci et al (2007)
Aplica-se a Equação 1 para determinar o resultado do Equivalente de Areia. Valores baixos representam isenção de impurezas.
b) Resistência mecânica: Propriedade importante em agregados graúdos, pois este deve resistir ao choque e ao desgaste por atrito entre as partículas (principalmente em misturas com pouco mástique).
Há vários ensaios realizados para definição numérica da tenacidade e resistência à abrasão dos agregados. Bernucci et al (2007) cita que o ensaio mais comumente utilizado para parametrizar a resistência à abrasão é o Los Angeles.
A execução deste ensaio, preconizada na norma DNER-ME 035/98 (Agregados – determinação da abrasão “Los Angeles”), ocorre através da submissão de uma amostra de agregados – cerca de 5000g – à 500 a 1000 revoluções no interior de um equipamento padronizado, juntamente com esferas metálicas de tamanho e quantidade variáveis em função da granulometria da amostra. O impacto das esferas com os agregados altera a granulometria dos agregados. O resultado da Abrasão Los Angeles é expresso pela relação entre a massa de material retido na Peneira n° 12 antes e depois do ensaio, dado pela Equação 2.
Onde (mi) é a massa de material retida na Peneira n° 12 antes da execução do ensaio e (mf) é a massa de material retida na Peneira n° 12 após a execução do ensaio.
c) Forma e textura: Santana (1992) cita uma importante associação entre a forma da partícula e a qualidade do agregado graúdo: deve-se evitar agregados com partículas muito alongadas ou lamelares. Esta característica está relacionada ao
índice de forma.
Santana (1992) aponta que quanto à textura, os agregados rugosos e com arestas vivas tendem a desenvolver mais atrito interno, melhor adesividade passiva, resistência ao cisalhamento e menor trabalhabilidade do que os arredondados e de textura lisa. Não há forma de definir a textura superficial do agregado, de maneira direta.
d) Durabilidade: Santana (1992) afirma que os agregados devem apresentar durabilidade tanto mecânica quanto química.
Enquanto o ensaio de Abrasão Los Angeles pode ser um indicador da durabilidade mecânica, a durabilidade química pode ser determinada pelo ensaio de Sanidade.
O ensaio de Sanidade consiste na exposição do agregado a uma solução saturada de sulfato de sódio ou magnésio em cinco ciclos de imersão com duração de 16 a 18 horas à 21ºC, seguido de secagem em estufa, conforme a metodologia DNER-ME 089/94.
e) Contaminação com finos plásticos: Deve haver limitação na existência de finos plásticos incorporados ao agregado miúdo. A contaminação por finos plásticos é obtida pelo ensaio de Equivalente de Areia, previamente descrito.
f) Porosidade: Alguns agregados absorvem água e asfalto em quantidades exageradas. Esta característica, denominada Absorção, é definida como a quantidade de água que pode preencher os vazios superficiais de um agregado (SENÇO, 2001).
Para avaliar a absorção de determinado agregado graúdo, deve-se imergi-lo em água durante 24 horas. Em seguida, enxuga-se o material com toalha e determina-se o peso da amostra em condição de superfície saturada seca (mh). Então, deixa-se secar em estufa a 100-110ºC e pesa-se novamente após resfriamento para obtenção do peso seco da amostra (ms). A Equação 3 exprime a absorção do material (SENÇO, 2001)
g) Granulometria: Santana (1992) enfatiza que esta é a característica mais importante dos agregados. Está intimamente ligada às propriedades físicas dos materiais de pavimentação.
A graduação, bem como o diâmetro máximo dos agregados, estão prescritos em especificações de serviços dos diversos órgãos rodoviários e variam entre si e entre os diversos serviços de pavimentação. Para Bernucci et al (2007), a correta distribuição granulométrica dos materiais assegura a estabilidade do revestimento
asfáltico por estar ligada ao entrosamento entre as partículas e, por consequência, ao atrito entre elas.
A granulometria dos agregados é obtida através da pesagem de frações da amostra de material retidas em diversas peneiras. Relativiza-se as porcentagens retidas em um gráfico denominado curva granulométrica. Com base nas características granulométricas, Bernucci et al (2007) classifica os agregados em: graduação densa, aberta, uniforme e descontínua.
Agregados de graduação densa: aquele cuja graduação está próxima à graduação de densidade máxima. A granulometria da graduação de densidade máxima pode ser calculada em função de cada peneira (d), conforme exprime a Equação 4 (BERNUCCI et al, 2007).
Onde d é a peneira em questão; d0 é o diâmetro mínimo do agregado; D é o diâmetro máximo do agregado; n é um coeficiente, considerado 0,5.
Agregados de graduação aberta: é o agregado que possui graduação contínua, mas ausência de material fino (menor do que 0,075mm) (BERNUCCI et al, 2007).
Agregados de graduação uniforme: apresenta a maioria das partículas com tamanhos restritos a uma faixa bastante estreita. A curva granulométrica apresenta-se bastante íngreme (BERNUCCI et al, 2007).
A Figura 4 ilustra diversos comportamentos para curvas granulométricas de um agregado com tamanho máximo de 3/4".
Figura 4 - Curvas de diversos tipos de distribuição granulométricas
Fonte: Bernucci et al (2007)
h) Adesividade aos produtos asfálticos: É uma característica que depende do par ligante/agregado (SANTANA, 1992). Esta afirmação vai ao encontro do relato de Furlan (2006, apud BUDNY, 2010): a adesividade deve-se tanto a propriedades do ligante, como tensão superficial, poder de molhagem e viscosidade, como à características do agregado, como composição mineralógica, forma, textura superficial e absorção.
A perda de adesividade é promovida, fundamentalmente, pelo efeito da água sobre a mistura betuminosa. Está ligada às questões de materiais, climáticas, tráfego, projeto e construção de via, dentre outros fatores. (LIBERATORI et al, 2005,
apud BUDNY, 2009).
Existem produtos melhoradores de adesividade, denominados dopes. Os dopes atuam como uma ponte de ligação química entre os agregados e o asfalto. Alguns fillers, como cal e cimento, também melhoram a adesividade da mistura (BUDNY, 2009). E, por fim, uma alternativa para melhorar a adesividade é a utilização de ligantes modificados, todavia esta solução apresenta alto custo inicial,
dificuldade de transporte, armazenamento e incorporação à mistura (SPECHT, 2004,
apud BUDNY, 2009).
Conforme Reis (2005), existem três procedimentos laboratoriais comumente utilizados, nos Estados Unidos, para avaliar a adesão entre asfalto e agregado, bem como o desempenho dos diversos promotores de adesividade. O primeiro procedimento é um ensaio expedito, que avalia visualmente o desprendimento de ligante durante um determinado período de tempo em que a amostra não compactada é imersa em água fervente (prescrita na norma American Association of
Testing and Materials (ASTM) D-3625 e adaptada na norma DNER-ME 078/94).
O segundo procedimento descrito por Reis (2005) é denominado de Ensaio Lottmann Modificado (American Association of Highways and Transportation Oficials (AASHTO) T-283 ou ASTM D-4867). Consiste na moldagem de, ao menos, 6 corpos de prova com volume de vazios entre 6% e 8%. A seguir, separam os corpos de prova em dois grupos. Um dos grupos é condicionado às seguintes etapas: saturação de água entre 55% e 80%; resfriamento a -18ºC durante 16 horas; aquecimento em banho Maria a 60ºC durante 24 horas; resfriamento em banho Maria a 25ºC por 2 horas. O segundo grupo é condicionado a banho Maria a
25C
por 2 horas.
Após
, ensaiam-se os corpos de prova condicionados e não-condicionados à resistência à tração na compressão diametral (Rt). O resultado do ensaio Lottmann Modificado é a relação entre as Rt das amostras condicionadas à ambiente agressivo e das amostras de referência. Esta proporção é denominada Resistência à Tração Retida (Rrt)Bernucci et al (2007) menciona a norma ASTM D-1075, que prescreve outro ensaio para avaliação da adesividade: uma amostra é condicionada à imersão em água a 50ºC durante 24 horas e a outra amostra não é condicionada à imersão. A resistência à compressão simples da amostra condicionada (RC’) é comparada com a resistência à compressão simples da amostra não condicionada (RC) e, para que a mistura seja aceitável, o valor deve ser superior ou igual a 0,75.
i) Massa específica: Massa específica é a relação entre quantidade de matéria (massa) e o volume que esta ocupa. No estudo de agregados, Bernucci et al (2007) definem três designações: massa específica real, aparente e efetiva.
Massa específica real: é determinada através da relação entre a massa seca e o volume real dos sólidos do agregado (BERNUCCI et al, 2007).
Massa específica aparente: considera o material como um todo, sem descontar vazios. É medido através da relação entre a massa seca e o volume do material e poros superficiais permeáveis à água. Em laboratório, o agregado deve estar em condição de superfície saturada seca, para determinação da massa específica aparente (BERNUCCI et al, 2007).
Massa específica efetiva: é determinada quando se trabalha com misturas asfálticas com teor de ligante conhecido. Considera, como parâmetro volumétrico, o volume do agregado sólido e os vazios permeáveis a água, mas não permeáveis ao asfalto. Para fins práticos, para agregados com menos de 2% de absorção, é calculado utilizando a média entre massa específica real e aparente (BERNUCCI et
al, 2007).
A Figura 5 ilustra o significado físico de massa específica real, aparente e efetiva de um agregado.
Figura 5 - Representação da massa específica real (a), aparente (b) e efetiva (c) de um agregado
2.2.1.2. Classificação dos agregados
O Manual de Pavimentação do Departamento Nacional de Infraestrutura e Transportes (DNIT, 2006) classifica os agregados quanto sua natureza, tamanho e graduação. O Quadro 1 esquematiza a classificação proposta pelo autor.
Quadro 1 - Classificação dos Agregados
Natureza
Natural
Grãos oriundos da alteração das rochas pelos processos de intemperismo ou produzidos por britagem.
Artificial
Grãos são produtos ou subprodutos de processo industrial por transformação física e química do material.
Tamanho
Graúdo Fração retina na peneira n° 10 (2,0 mm).
Miúdo Fração que passa na peneira n° 10 e é retida
na peneira n° 200 (0,075 mm).
Material de Enchimento
Fração que passa pelo menos 65% na peneira n° 200.
Distribuição dos Grãos
Denso
Curva granulométrica contínua e bem
graduada, com material fino suficiente para preencher os vazios entre as partículas maiores.
Aberto Curva granulométrica contínua e bem
graduada, mas com deficiência de finos.
Tipo Macadame
Granulometria uniforme, com diâmetro máximo aproximadamente igual ao dobro do diâmetro mínimo.
2.2.2. Ligantes asfálticos
Bernucci et al (2007) afirma que o asfalto é um material oriundo da destilação fracionada do petróleo e que há três formas de refinar o petróleo para obtenção do asfalto:
a) Destilação direta: utilizada quando o petróleo é de base asfáltica, denominado de petróleo pesado (possui muito asfalto em relação a outras frações). É realizada apenas uma destilação à vácuo.
b) Destilação atmosférica e a vácuo: utilizada quando o petróleo é leve.
c) Desasfaltação por solvente: após o processo a vácuo, pode-se utilizar alcanos de baixa massa molar para extrair o asfalto de petróleos leves e intermediários.
Essencialmente, o asfalto é composto por betume. Pode ocorrer a pres ença de oxigênio, nitrogênio e enxofre em pequena proporção. O asfalto é a fração mais pesada dos componentes do petróleo. Apresenta-se como um material termoplástico com propriedades viscoelásticas, adesivo, impermeável à água e quimicamente pouco reativo (BERNUCCI et al, 2007). Devido a isto, apresenta alta durabilidade. Suas características e preço competitivo ou vantajoso em relação a outros materiais tornaram-no atrativo à pavimentação (SANTANA, 1992).
2.2.2.1. Cimento asfáltico de petróleo (CAP)
Cimento Asfáltico de Petróleo (CAP) é o produto final do refino do petróleo para uso em pavimentação: hidrocarbonetos de alto ou baixo peso molecular (os de alto peso molecular são os asfaltenos). Possuem resinas em sua composição, que são os materiais que possibilitam a aderência aos agregados por meio de adsorção (VINHA, 1975, apud MOURA, 2001).
Ao término do processo de refino do petróleo, o Cimento Asfático de Petróleo (CAP) apresenta-se em estado sólido ou semi-sólido à temperatura ambiente. Para possibilitar bombeamento através de tubulações, mistura com agregados e espargimento, o ligante asfáltico precisa estar suficientemente
liquefeito. Para liquefazer o ligante, há três alternativas (ASPHALT INSTITUTE, 1989):
a) Aquecimento: processo operacional característico de misturas betuminosas que utilizam CAP como aglomerante. Os Cimentos Asfáticos de Petróleo modificados com polímeros ou borracha também necessitam aquecimento para utilização.
b) Diluição em solvente: permite a operação em temperatura ambiente. A diluição do CAP em solventes dá origem aos Asfaltos Diluídos de Petróleo (DAP).
c) Emulsificação: consiste em uma mistura homogênea e estável entre asfalto e água, propiciada pela adição de agente emulsificante (BERNUCCI et al, 2007). A emulsificação do CAP dá origem às Emulsões Asfálticas de Petróleo (EAP), que pode ser manuseada à temperatura ambiente.
2.2.2.2. Asfaltos diluídos de petróleo (ADP)
São asfaltos que resultam da diluição de um cimento asfáltico de petróleo por destilados leves de petróleo, em frações que se aproximam da nafta, do querosene e do diesel, com o objetivo de reduzir temporariamente sua viscosidade, facilitando sua aplicação, geralmente exigindo temperaturas menores que a do cimento asfáltico nessa aplicação. [...] Após a aplicação, os diluentes se evaporam, dando-se a essa evaporação o nome de cura (SENÇO, 2001, p. 325).
Os Asfaltos Diluídos de Petróleo são classificados em função do tempo de cura. Os ADP de cura lenta não tinham vantagens em pavimentação e não são mais produzidos em escala. Seu diluente era, geralmente, o diesel. (SENÇO, 2001)
Os ADP de cura média (CM) possuem querosene. Os ADP de cura rápida (CR) possuem nafta ou gasolina.
É imperioso ressaltar que a volatilização do solvente gera riscos de incêndio e explosão, além da emissão de hidrocarbonetos orgânicos voláteis serem geradoras de problema ambiental (BERNUCCI et al, 2007). Ainda assim, o uso de Asfaltos Diluídos de Petróleo mostra-se extremamente adequado à determinados serviços de pavimentação em função da sua viscosidade e temperatura de trabalho, como imprimação e pré-misturados a frio (SENÇO, 2001).
2.2.2.3. Emulsões asfálticas de petróleo (EAP)
As Emulsões Asfálticas de Petróleo (EAP) são caracterizadas por serem misturas homogêneas de asfalto, água e agente emulsificante. Além destes materiais pode-se adicionar solventes e outros aditivos especiais (SANTANA, 1992; BERNUCCI et al, 2007). É um material de coloração castanha e de baixa viscosidade à temperatura ambiente, em condições ideais, como percebe-se ao observar a Figura 6.
Figura 6 - Emulsão Asfáltica de Petróleo.
Fonte: Autoria própria (2014)
Para produzir emulsões asfálticas, é necessário aquecer o asfalto e fragmentá-lo em glóbulos micrométricos. Este processo ocorre em um moinho coloidal. O tamanho dos glóbulos é variável em função da viscosidade do asfalto e situa-se entre 1 μm e 20 μm. Após a fragmentação do asfalto, ocorre a dispersão dos glóbulos em uma solução com água, agente emulsificante e aditivos (BERNUCCI et al, 2007). O esquema de produção das emulsões asfáticas está explícito na Figura 7.
Figura 7 - Esquema de produção de Emulsões Asfálticas. (a) Mistura da fase aquosa e asfalto em moinho coloidal. (b) Esquema de moinho coloidal
Fonte: Adaptado de LCPC (apud Bernucci et al, 1976)
A função do agente emulsificante é permitir a mistura entre asfalto e água, que são imiscíveis em condições normais. Esta substância reduz a tensão superficial do asfalto e permite que ele fique disperso na água (BERNUCCI et al, 2007).
Quando a emulsão é misturada com agregado mineral, inicia-se a separação entre o CAP e a água. O asfalto que permanece aderido ao agregado é chamado de “asfalto residual”. (BERNUCCI et al, 2007). Este fenômeno denomina-se “ruptura da emulsão”. Filho et al (2010) identificam as três formas pelas quais ocorre a ruptura da emulsão:
I. Ruptura por adsorção: O agregado apresenta interação química com
uma fração de agente emulsificante que não colabora para estabilidade da mistura (está além da concentração crítica). Esta força de atração é mais intensa do que a força gerada pelos agentes emulsificantes que garante a homogeneidade entre asfalto e água, e, então, o asfalto passa a ser atraído pelo agregado em um fenômeno chamado heterofloculação (FILHO et al, 2010). Ou seja, durante a heterofloculação, o agente emulsificante atua como um imã, que atrai partículas de asfalto em direção aos agregados.
II. Ruptura por aumento do pH: As emulsões são formadas à partir de um
ácido forte (agente emulsificante, baixo pH) que tem por objetivo ionizar as partículas de asfalto. Em vista disso, não é surpreendente a constatação de que o aumento do pH desestabilize o equilíbrio cinético e provoque a ruptura da emulsão (FILHO et al, 2010). A experiência tem demonstrado que a inserção de cal hidratada, que se dissolve bem em pH baixo e eleva o pH, permite ruptura mais rápida e coesiva.
III. Ruptura pela expulsão da água: Bourrel et al (1996, apud FILHO, 2010)
destaca que a expulsão da água, formando um filme continuo de asfalto sobre a superfície do agregado, é importante na aplicação rodoviária das emulsões asfálticas. Outro aspecto levantado por Bourrel et al (1996, apud FILHO, 2010) é o fato de que este fenômeno ocorre pela evaporação e exsudação da água. A esta altura, é inegável a importância que as condições climáticas, de tráfego, compactação, temperatura e umidade dos agregados exercerão sobre a velocidade da expulsão da água. Além disto, a velocidade com que ocorre a ruptura da emulsão está diretamente ligada à existência, tipo e quantidade de solvente (SANTANA, 1992).
As três formas de ruptura podem atuar concomitantemente. Todavia, a ABEDA (2010) ressalta que, nas emulsões catiônicas, a ruptura ocorre principalmente por adsorção e nas emulsões aniônicas e não-iônicas, por expulsão da água.
É importante mencionar o papel do agente emulsificante das emulsões catiônicas durante e após a ruptura: ele atua como um dope (melhorador de
adesividade), o que confere uma característica importante às emulsões: boa adesividade entre ligante e agregado. (ABEDA, 2010).
2.2.2.4. Classificação, nomenclatura e uso das emulsões asfálticas de petróleo
Com base na velocidade de ruptura da emulsão, há três tipos de emulsões asfálticas (SANTANA, 1992):
Ruptura Lenta (RL);
Ruptura Média (RM);
Ruptura Rápida (RR).
Quanto à viscosidade (diretamente relacionada ao teor de asfalto residual), as emulsões são classificadas em:
1 (Menos viscosas);
2 (Mais viscosas).
Com base na carga da partícula de asfalto, há três tipos de emulsões asfálticas (ASPHALT INSTITUTE, 1989):
Catiônicas: glóbulos de asfalto carregados eletropositivamente;
Aniônicas: glóbulos de asfalto carregados eletronegativamente;
Não-Iônicas: glóbulos de asfalto sem carga elétrica.
Através destas classificações, denominam-se as emulsões asfálticas convencionais produzidas no Brasil (SANTANA, 1992):
RR-1C: não é fabricado com solvente, mas pode-se adicionar até 3% quando se deseja diminuir a velocidade de ruptura. É indicado para serviço de pintura de ligação, macadame betuminoso e tratamentos superficiais com agregados miúdos (que não exigem película espessa de asfalto).
RR-2C: não é fabricado com solvente, mas pode-se adicionar até 3% quando se deseja diminuir a velocidade de ruptura. É indicado para execução de macadame betuminoso e tratamentos superficiais.
RM-1C: possui querosene. É indicada para pré-misturados a frio com poucos finos e poucos ou nenhum filler. Tende a depositar uma partícula de asfalto muito fina em agregados muito grandes.
RM-2C: possui querosene. É indicada para pré-misturados a frio com poucos finos, poucos ou nenhum filler e agregados grandes.
RL-1C: possui nafta como solvente. É indicada para pré-misturados a frio com bastante finos e, principalmente, filler.
Também existem emulsões de ruptura controlada, com adição de polímeros e agentes de reciclagem emulsionados (ABEDA, 2010).
O Quadro 2 apresenta sugestões de emprego das emulsões convencionais.
Quadro 2 - Sugestões para emprego em pavimentação das emulsões convencionais
Fonte: Adaptado de ABEDA (2010)
O Quadro 3 demonstra as especificações brasileiras para emulsões catiônicas. Ruptura Lenta RR-1C RR-2C RM-1C RM-2C RL-1C Pintura de Ligação x TSS x TSD x TST x Macadame Betuminoso x PMF Aberto x x PMF Denso x
Areia Asfalto a Frio x x x
Mistura na Estrada x x Solo-Emulsão x Emulsões Serviço Ruptura Média Ruptura Rápida Convencionais
Quadro 3 - Especificação brasileira de emulsões asfálticas catiônicas
Fonte: Conselho Nacional do Petróleo – CNP, 07/88 (1988, apud BERNUCCI et al, 2007)
2.3. Pré- Misturado a Frio
O presente subtítulo objetiva descrever o pré-misturado a frio e caracterizar a dosagem das misturas deste gênero.
2.3.1. Definição
Pré-Misturado a Frio (PMF) consiste em uma mistura asfáltica usualmente composta por agregados graúdos, agregados miúdos, filler e ligante asfáltico. O
Lenta RR-1C RR-2C RM-1C RM-2C RL-1C Viscosidade Saybolt-Furol, s, 50°C NBR 14491D 88 20 - 90 100 - 400 20 - 200 100 - 400 Máx. 70 Sedimentação, % em peso máx. NBR 6570 D 244 5 5 5 5 5 Peneiração, 0,84mm, % em peso máx. NBR 14393D 244 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1
Resistência à água, % min. de cobertura
agregado seco 80 80 60 60 60
agregado úmido 80 80 80 80 80
NBR 6297 D 244 - - - - 2
NBR 6302 D 244 - - - - 1,2 a 2
Carga da partícula NBR 6567 D 244 positiva positiva positiva positiva positiva
pH, máx. NBR 6299 D 244 - - - - 6,5
Destilação
solvente destilado, % em vol. 0-3 0-3 0-12 3-13 nula
resíduo, % em peso mín. 62 67 62 65 60 Desemulsibilidade % em peso mín. 50 50 - - % em peso máx. - - 50 50 -Destilação, 95% evaporados, °C, máx. NBR 9619 - - - 360 360 -Penetração, 25°C, 100g, 5s, 0,1mm NBR 6576 D 5 50-250 50-250 50-250 50-250 50-250
Teor de betume, % em peso mín. NBR 14855D 2042 97 97 97 97 97 Dutilidade a 25°C, cm, mín. NBR 6293 D 113 40 40 40 40 40 NBR 6568 D 244 NBR 6568 D 244 NBR 6300 D 244 Ensaios sobre a emulsão
Ensaio sobre o solvente destilado Mistura com cimento, % máx. ou mistura com fíler silícico
Ensaios sobre o resíduo
Métodos Tipo de Ruptura
Rápida Média
ABNT ASTM
ligante asfáltico geralmente é uma Emulsão Asfáltica de Petróleo (EAP), podendo-se utilizar, também, Asfaltos Diluídos de Petróleo (ADP) (ABEDA, 2010). O agregado miúdo e o filler são dispensáveis quando a interferência do mástique não é desejável no desempenho da mistura (SANTANA, 1992), isto é, deseja-se que o comportamento mecânico do material seja baseado no atrito entre as partículas de agregado, e não na coesão propiciada pelo mástique.
Os pré-misturados a frio são espalhados e compactados na pista à temperatura ambiente, assim como o processo de usinagem. Este pressuposto permite que a usinagem seja executada com equipamentos simples: usinas de solos, usinas de brita graduada, usinas de concreto asfáltico sem ativar o sistema de aquecimento de agregados, usinas de pequeno porte com misturadores tipo rosca sem fim, usinas horizontais dotadas de dosadores especiais e até mesmo betoneiras comuns, mas preferencialmente as betoneiras com eixo horizontal (IBP apud BERNUCCI et al, 2007).
Além da trabalhabilidade à temperatura ambiente e uso de equipamentos simples, outras vantagens técnicas inerentes aos Pré-Misturados a Frio (PMF) são a boa adesividade com quase todos os tipos de agregados britados propiciada pelas emulsões, possibilidade de estocagem e flexibilidade elevada (ABEDA, 2010).
No que concerne ao desempenho de PMF em relação às tradicionais misturas a quente, os PMF são erroneamente considerados ineficazes e de baixo desempenho. Santana (1992) relata que já em 1976, a Oregon State University (OSU) demonstrou, através de avaliação subjetiva e laboratorial de segmentos de rodovias nos estados de Oregon e Washington, que misturas a frio possuíram desempenho igual ou superior ao de misturas a quente no que tange a conforto ao rolamento, resistência à fadiga, trincas térmicas, propagação de trincas de reflexão e ação da água. Através de metodologia da American Association of Highways and
Transportation Oficials (AASHTO), comprovou-se que o coeficiente de equivalência
estrutural (K) de misturas de graduação aberta com emulsão catiônica é igual ao valor adotado no Brasil para Concreto Betuminoso Usinado a Quente (CBUQ) (K=2,00). O universo amostral da pesquisa da OSU incluía segmentos de rodovias com número de eixos-padrão (N) compreendido entre 94.000 e 2x107 (conforme metodologia DNER/66).
2.3.2. Dosagem de pré-misturados a frio
A definição de um traço de pré-misturado a frio segue o roteiro preconizado no método DNER-ME 107/94 (Mistura betuminosa a frio, com emulsão asfáltica - ensaio Marshall). O procedimento inicia-se com o cálculo de teores preliminares de asfalto e emulsão asfáltica. Para tanto, calcula-se a superfície específica dos agregados (∑) à partir da proporção dos diversos tamanhos de partícula, através da proposição de Duriez (SANTANA, 1992). Para as peneiras correspondentes às especificações brasileiras, pode-se utilizar a fórmula de Vogt, expressa na Equação 5.
Onde:
P4 é a massa do material retido entre as peneiras 2” e 1”;
P3 é a massa do material retido entre as peneiras 1” e ½”;
P2 é a massa do material retido entre as peneiras ½” e N°4;
P1 é a massa do material retido entre as peneiras N°4 e N°10;
S3 é a massa do material retido entre as peneiras N°10 e N°40; S2 é a massa do material retido entre as peneiras N°40 e N°80;
S1 é a massa do material retido entre as peneiras N°80 e N°200;
F é a massa do material passante na peneira N° 200.
Após calcular-se a superfície específica dos agregados, deve-se corrigi-la com um fator determinado em função da massa específica real média dos agregados (Gsamédio), pois a fórmula de Vogt foi elaborada para agregados com 2,65
g/cm³ de densidade (SANTANA, 1992).Os fatores corretivos estão expressos em função das densidades, no Quadro 4.
Quadro 4 – Correção das superfícies específicas em função das densidades dos agregados Densidade (g/cm³) Fator Corretivo 2,35 1,13 2,45 1,08 2,55 1,02 2,65 1,00 2,75 0,97 2,85 0,93 2,95 0,90 Fonte: Santana (1992)
Procede-se, então, com o cálculo do teor de asfalto residual (p) em relação à massa total dos agregados, utilizando para tanto a expressão de Duriez.
Onde k é o módulo de riqueza. Santana (1992) sugere que valores de k estejam compreendidos entre 3,2 e 4,5.
Determina-se, então, o teor de asfalto (p’) e de emulsão asfáltica (p’EA) sobre
a mistura asfáltica total à partir das Equações 7 e 8.
Onde t é o teor de asfalto da emulsão.
Tendo definido o teor p’EA, segue-se a dosagem Marshall, variando os teores
de moldagem (geralmente p’EA±1% e p’EA±2%), determinando-se os parâmetros
2.4. Material fresado
A reciclagem de pavimentos remonta da década de 70. A crise do petróleo foi a força motriz que estimulou a busca por novas técnicas que fossem mais econômicas para restaurar vias a níveis de serviços adequados. Até então, o pavimento deteriorado era removido por escarificação. À partir da segunda metade da década de 70, houve o advento da máquina fresadora,o que permitiu o controle da espessura do revestimento a ser removida. Um grande progresso na técnica de reciclagem de pavimentos (BONFIM, 2001, apud CORREIA, 2012).
O material fresado, também denominado reclaimed asphalt pavement (RAP), nada mais é do que revestimento asfáltico que sofreu um processo de trituração na pista (MCDANIEL e ANDERSON, 2001).
O material fresado é composto por agregados e ligante asfáltico. Ocorre a presença de grumos, formado pela aglomeração de material. Devido a estes grumos, quando realiza-se ensaio de granulometria constata-se que existem poucos finos no material fresado (BALBO, 2007).
A granulometria do revestimento original possui influência direta no material fresado a que origina. Por exemplo, fresado de Concreto Betuminoso Usinado a Quente (CBUQ) é bem graduado enquanto fresado de Stone Matrix Asphalt (SMA) é descontínuo. Pode haver contaminações por materiais utilizados em remendos, capas selantes e outros serviços de manutenção. Além disso, outros fatores que influenciam a granulometria do material fresado são: velocidade do equipamento fresador, sentido de rotação do cilindro de fresa e técnica de fresagem (BALBO, 2007; MCDANIEL e ANDERSON, 2001). A Figura 8 demonstra as diversas frações de uma amostra peneirada de material fresado.
Figura 8 - Frações granulométricas do material fresado
Fonte: Autoria própria (2015)
Diversos autores demonstram preocupação com a reutilização de material fresado. Bonfim (2001) identifica que a aplicação como revestimento primário em rodovias não pavimentadas mostra-se como ineficiente e ambientalmente agressiva. Esta é uma prática corrente, no Brasil. Sullivan (1996, apud MOREIRA, 2006) afirma que em 1986, nos Estados Unidos, 23% dos revestimentos asfálticos possuíam algum percentual de material reciclado e que 5% dos materiais utilizados na produção de revestimentos asfálticos eram materiais reciclados. O mesmo autor estima que em 1996, um terço de todo o fresado produzido nos Estados Unidos era reutilizado.
Correia (2012) estudou a incorporação de material fresado em diferentes teores, com adição de pó-de-pedra, em camadas granulares de pavimentos flexíveis. O autor constatou que a mistura com 70% de pó-de-pedra e 30% de fresado apresentou maior Índice de Suporte Califórnia (ISC) e Massa Específica Aparente Seca do que a mistura com 30% de pó-de-pedra e 70% de fresado. O mesmo autor, ainda, construiu uma pista experimental para avaliar, por retroanálise, o módulo de resiliência da mistura com 30% de pó-de-pedra e 70% de fresado, obtendo 340 MPa de MR na camada de base. Correia (2012) concluiu, por fim, que
a utilização da mistura 30% de pó-de-pedra e 70% de fresado demonstra-se como uma alternativa ambientalmente correta para disposição de material fresado, economicamente viável, pois é de fácil execução e necessita de equipamentos simples, e tecnicamente viável para rodovias de baixo volume de tráfego.
Pasche (2013), por sua vez, substituiu 10% e 20% do agregado mineral virgem por material fresado asfáltico e utilização de 0 e 1% de filler cal calcítica em misturas de concreto betuminoso usinado a quente. O autor constatou a redução do teor de ligante para misturas com incorporação de fresado e redução ainda maior para misturas com fresado e cal calcítica. O autor verificou perdas na resistência à tração com aumento do teor de fresado incorporado, mas que para 10% de fresado incorporado, a diferença foi de apenas 0,04 MPa em relação à mistura de referência. A cal calcítica atuou como filler ativo, melhorando a resistência à tração das misturas, mas prejudicou o desempenho face ao dano induzido por umidade. O autor avaliou a perda de massa no ensaio Cantabro e verificou que a redução do teor de ligante causou maior perda de massa. Portanto, a mistura com 20% de fresado e 1% de cal apresentou o pior desempenho (5,42% de perda de massa) e a mistura de referência apresentou o melhor desempenho (3,96% de perda de massa). O autor julga que este valor não é significativo.
Trichês et al (2000, apud MOREIRA, 2006) verificou o comportamento de uma mistura asfáltica a frio, utilizando fresado como agregado estabilizado com RM-1C. O autor sugere que o solvente presente na emulsão seria capaz de diluir o CAP presente no fresado. Constatou-se que o material fresado, reciclado em usina com emulsão RM-1C em camadas de revestimento conduziram à durabilidade 70% superior à de revestimentos em TSD, mostrando-se uma alternativa viável em revestimentos de vias de baixo e médio volume de tráfego.
Jurach et al (2006) executaram um traço de Pré-Misturado a Frio com 100% de material fresado, para eliminação de degraus entre pista e acostamentos. Após dois anos de utilização, o autor verificou que a superfície do acostamento apresentou-se isenta de defeitos, ainda que submetida à carga de veículos de transporte coletivos que utilizam o local como parada para embarque e desembarque de passageiros. A solução apresentada foi três vezes mais barata do que se comparada com a utilização de CBUQ.
Moreira et al (2006) comparou a resistência à tração e o módulo de resiliência de misturas asfálticas a frio com diferentes teores de fresado incorporado: 25%, 50% e 75%. Não foi feita nenhuma alusão ao ligante envelhecido presente no material fresado. Esta pesquisa revelou que a resistência à tração (RT) de PMF com fresado é inferior à do CBUQ, mas é superior à RT a de areia asfalto usinada a quente (AAUQ), mostrando-se tecnicamente viável em vias de baixo e médio volume de tráfego. Os autores notaram que o teor de fresado incorporado é inversamente proporcional ao desempenho mecânico da mistura.
McDaniel e Anderson (2001) citam que a influência do ligante envelhecido no material fresado é mínima em CBUQ, até limites de teor de fresado incorporado entre 10% e 40%. Nestes casos, o fresado é chamado de “agregado negro”. À medida que o teor de fresado aumenta, o ligante envelhecido aglomera ao agregado virgem em quantidade suficiente para influenciar o desempenho da mistura, sendo necessário extrair o ligante envelhecido para caracterizá-lo e utilizá-lo como parâmetro de dosagem através de metodologia Superpave.
3. MATERIAIS E MÉTODOS
O Capítulo 3 versa sobre a origem dos materiais empregados na pesquisa e define quais as metodologias empregadas pelo pesquisador para realização dos ensaios de caracterização dos agregados, ligante e mistura.
3.1. Aquisição e coleta dos materiais
Os agregados utilizados durante a pesquisa são: pó de pedra, material fresado, brita 0 e brita 1.
Os materiais britados foram fornecidos pelo Departamento Autônomo de Estradas de Rodagem do Rio Grande do Sul (DAER/RS), coletados de seus estoques na Superintendência Regional de Cruz Alta/RS. Estes agregados provêm de jazida no município de Ibirubá/RS.
O material fresado foi disponibilizado pelo Departamento Nacional de Infraestrutura em Transportes (DNIT), coletado de pilhas estocadas na Unidade Local de Cruz Alta. O fresado é originário dos serviços de conserva do pavimento da BR-377, em Cruz Alta/RS, cujo revestimento trata-se de um Concreto Betuminoso Usinado a Quente (CBUQ) com faixa granulométrica C da especificação de serviço DNIT 031/2006 - ES.
A coleta dos materiais supracitados foi realizada de acordo com a norma DNER-PRO 120/97 (Coleta de amostras de agregados). No caso do material fresado, seguiu-se a sugestão de McDaniel e Anderson (2001) para coleta de material em pilhas de estoque: o material foi coletado em 10 pontos aleatórios e, em cada coleta, os 15 cm superiores de material foram descartados.
O material fresado foi considerado agregado negro, ou seja, não foram feitas alusões às propriedades do ligante envelhecido no desempenho da mistura.
Ao longo do desenvolvimento do trabalho, também utilizou-se filler na composição das misturas. O filler trata-se de Cal Calcítica tipo CH-1, adquirida no comércio local pelo pesquisador.
O ligante utilizado na mistura Emulsão Asfáltica RM-1C. Produzido na Refinaria Alberto Pasqualini, em Canoas/RS e fornecido ao pesquisador pelo
Departamento Autônomo de Estradas de Rodagem do Rio Grande do Sul (DAER/RS).
3.2. Misturas asfálticas
O objetivo desta pesquisa é comparar o desempenho físico e mecânico de misturas asfálticas do tipo Pré-Misturado a Frio (PMF).
Considerando que a finalidade do PMF ensaiado é utilização em camada de revestimento de rodovias, determinou-se que a mistura deveria ser do tipo Semi-Densa, conforme a Faixa C da Especificação Técnica DER/PR ES-P 23/05.
A Figura 9 demonstra os tipos de misturas que serão confeccionadas e a nomenclatura adotada para citá-las ao longo desta pesquisa.
Figura 9 - Tipos e composições das misturas ensaiadas .
Fonte: Autoria própria (2015)
O teore de fresado entre as misturas PMF-FR e PMF-FRC foi mantido constante em 70%, conforme o ajuste granulométrico.
Tipo Semi-Denso Traço de Referência 1 Nome: PMF-TR RM-1C Pó-de-Pedra Brita 0 Brita 1 Traço com Fresado 01 Nome: PMF-FR RM-1C Pó-de-Pedra Brita 0 Brita 1 Fresado Traço com Fresado 02 Nome: PMF-FRC RM-1C Pó-de-Pedra Brita 0 Brita 1 Fresado Cal Calcítica Pré-Misturados a Frio Traço de Referência 2 Nome: PMF-FRC RM-1C Pó-de-Pedra Brita 0 Brita 1 Cal calcítica
O teore de cal nos traços PMF-TRC e PMF-FRC foi mantido constante em 1%.
3.3. Caracterização dos agregados
A primeira etapa da pesquisa laboratorial é a realização de ensaios para caracterização dos materiais. O presente item estipula os ensaios e normas utilizados para caracterização dos agregados graúdos, miúdos e filler.
Como o material fresado é composto por ligante asfáltico, agregado e filler de um revestimento antigo, foi tomado cuidado com relação à exposição deste material à temperaturas elevadas: as etapas de secagem do material foram realizadas em estufa a 60ºC, a fim de manter as propriedades do ligante adstringido aos agregados e não oxidá-lo. A temperatura de 60ºC foi estipulada por ser usual na superfície do revestimento asfáltico de rodovias no Rio Grande do Sul, durante o verão.
3.3.1. Granulometria
A granulometria dos agregados foi feita conforme preconiza a ABNT NBR NM 248.
A granulometria foi executada com lavagem dos agregados.
O resultado deste ensaio foi diretriz para a determinação da composição granulométrica das misturas. A faixa granulométrica utilizada nesta pesquisa é a Faixa C (PMF Semi-Denso) da especificação de serviço elaborada pelo Departamento de Estradas de Rodagem do Paraná, a DER/PR ES-P 23/05 (Pavimentação: Pré-Misturados a Frio).
3.3.2. Massa específica real do agregado miúdo
Este resultado foi obtido através da execução do ensaio normatizado na DNER-ME 084/95 (Agregado miúdo – determinação da densidade real), denominada Método do Picnômetro.
Uma etapa do ensaio foi modificada, visando otimizá-lo aos equipamentos disponíveis no Laboratório de Pavimentação da UNIJUI e não expor o Material
Fresado a elevadas temperaturas: ao invés de submeter o material à água em estado de ebulição para expelir eventuais bolhas de ar, o material foi colocado imerso em água e foi adaptada uma bomba, a fim de gerar vácuo.
Portanto, o procedimento para obtenção dos resultados foi o seguinte:
1. Foram separados Pó-de-Pedra, Brita 0, Brita 1, Fresado e Cal, retidos na peneira #10,#200 e fundo;
2. Os materiais foram misturados em proporções equivalentes às obtidas nos ajustes granulométricos dos traços de PMF, de modo a somar aproximadamente 500g;
3. Foi pesado um picnômetro vazio, obteve-se o valor de A;
4. O material foi inserido no picnômetro e pesado, obteve-se o valor de B;
5. Foi adicionada água destilada até cobrir completamente o material, com um excesso;
6. O picnômetro com água e agregados miúdos foi submetido a uma bomba de vácuo por 15 minutos e agitado de 5 em 5 minutos, conforme Figura 10.
Figura 10 – Picnômetro na bomba de vácuo
