ALIFER ANDREI VEBER BEIER
É POSSÍVEL FAZER ASFALTO COM O EMPREGO DE TIJOLOS CERÂMICOS?
Ijuí 2020
É POSSÍVEL FAZER ASFALTO COM O EMPREGO DE TIJOLOS CERÂMICOS?
Trabalho de Conclusão de Curso de Engenharia Civil apresentado como requisito parcial para obtenção do título de Engenheiro Civil.
Orientador(a): Prof. Me. José Antonio Santana Echeverria
Ijuí /RS 2020
É POSSÍVEL FAZER ASFALTO COM O EMPREGO DE TIJOLOS CERÂMICOS?
Este Trabalho de Conclusão de Curso foi julgado adequado para a obtenção do título de ENGENHEIRO CIVIL e aprovado em sua forma final pelo professor orientador e pelo membro da banca examinadora.
Ijuí, 21 de Julho de 2020
Prof. José Antonio Santana Echeverria Mestre pela Universidade Federal do Rio Grande do Sul - Orientador Prof. Lia Geovana Sala Coordenadora do Curso de Engenharia Civil/UNIJUÍ
BANCA EXAMINADORA
Prof. José Antonio Santana Echeverria (UNIJUÍ) Mestre pela Universidade Federal do Rio Grande do Sul (RS)
Prof. Daiana Frank Bruxel Bohrer (UNIJUÍ) Mestre pela Universidade Federal de Santa Maria (RS)
Dedico este trabalho aos meus pais Dilson e Roselaine, aos quais devo minha eterna admiração e gratidão.
sabedoria, compaixão e forças para nunca, jamais, desistir. Ele que me concedeu saúde para enfrentar meus medos e angústias perante os obstáculos encontrados, meu muito obrigado.
Aos meus pais Dilson e Roselaine (mais conhecidos como Bias e Rose), não existem palavras suficientes para expressar todo meu amor e gratidão por todo o apoio que vocês me forneceram. Desde o início desta jornada, antes mesmo de prestar o vestibular, sempre me incentivaram, pois acreditaram no meu potencial. Obrigado pelos ensinamentos, conselhos e até mesmo puxões de orelha, pois foram eles que me fizeram crescer como pessoa e como profissional. Sem vocês, não chegaria até aqui. Amo-os.
Ao meu orientador Professor Me. José Echeverria, por todo o auxílio prestado e ensinamentos compartilhados ao longo da graduação, e principalmente, pela força dada durante este trabalho nos últimos meses, mesmo diante dos diversos percalços que infelizmente o mundo vem enfrentando. Saiba que tenho uma admiração gigantesca e um respeito grandioso sobre ti, pelo fato de que, além de ser meu professor, acabou se tornando um grande amigo motivador que será levado para fora da UNIJUÍ. Agora na situação de aluno-professor, mas logo, como colegas de profissão no qual apreciamos tanto. Meu muitíssimo obrigado.
À grande parceira de laboratório Bruna Jachinski, do início ao fim, não medindo esforços para me auxiliar sempre que possível, partindo da britagem em Santa Maria, peneiramento, moldagens, até às obtenções dos ensaios laboratoriais. Obrigado pela disponibilidade, pela empatia, amizade, pelas risadas e companhia durante todo esse tempo. Sou extremamente grato a você.
Aos amigos parceiros, Douglas Sartori, Fernando Johann, Felipe M., João Elias, Vinicius Maicá e William Melo, e amigas, Bianca Milena, Rodriane Santos, Giseli Aguiar e Paula Blume por todo o auxílio prestado em alguma etapa deste trabalho. Mesmo diante de uma situação tão atípica, como é o caso dessa pandemia, sempre mantiveram-se prestativos e solidários no que fosse preciso para que tudo ocorresse conforme planejado. Pelo apoio moral, pelas conversas no laboratório e fora dele também, pela amizade nas disciplinas durante o curso. Tenho orgulho de ter vocês como amigos. Muito obrigado.
graduação acabou me proporcionando. Muito agradecido.
Ao Dr. Fernando Boeira e professor Luciano Specht, muito obrigado. Pela disponibilidade em abrir as portas do Laboratório de Materiais de Construção Civil (LMCC) da UFSM de Santa Maria (RS) para a realização da britagem do material, bem como o comprometimento e apoio na realização dos ensaios de abrasão, módulo de resiliência e resistência à tração, facilitando a logística e fortalecendo a parceria entre a UFSM e a UNIJUÍ. Ao Luiz Donato, laboratorista do Laboratório de Engenharia Civil da UNIJUÍ onde nesse semestre acabou sendo minha segunda casa. Obrigado por toda a atenção, paciência no ensinar, pelas histórias e conhecimentos compartilhados, pela troca de ideias, gargalhadas e conselhos, e acima de tudo, por ser sempre um agente motivador nesta etapa final tão importante. Devo também a ti, todo o meu agradecimento e admiração pela pessoa e pelo profissionalismo que você transmite.
Ao Grupo de pesquisa PET/EGC da UNIJUÍ e ao MEC/SESu por possibilitar a minha participação, em especial aos integrantes do grupo de misturas asfálticas, no qual fiz parte por alguns anos. Grandes amizades foram feitas, conhecimentos adquiridos, eventos participados, viagens e experiências adquiridas, engrandecendo ainda mais a bagagem do conhecimento e admiração pela pesquisa.
Agradecimento especial à Refinaria Alberto Pasqualini (REFAP) de Canoas (RS) pela doação do CAP empregado na pesquisa.
Por fim, mas não menos importante, à coordenação, à todos os professores, aos funcionários da UNIJUÍ, em especial às secretárias de curso Juliana e Cassiana, por sempre estarem dispostas no que fosse preciso, aos familiares e amigos que mesmo direta ou indiretamente, contribuíram para que esse sonho se tornasse realidade. Gratidão à todos vocês!
Eu faço da dificuldade a minha motivação. A volta por cima vem na continuação. Charlie Brown Jr.
2020. Trabalho de Conclusão de Curso. Curso de Engenharia Civil, Universidade Regional do Noroeste do Estado do Rio Grande do Sul – UNIJUÍ, Ijuí, 2020.
O agregado sintético de argila calcinada correlacionado ao agregado de argila oriundo da produção de tijolo cerâmico maciço em olarias, são materiais com características tecnológicas diferentes do agregado pétreo natural. A elevada absorção e a baixa densidade são aspectos relevantes que levam a um comportamento diferente em misturas asfálticas. Embora existe a carência de normas técnicas e estudos detalhados que viabilizem seu emprego nas camadas de revestimentos de um pavimento no Brasil, visto que as normativas atuais não levam em consideração este tipo de material, sua utilização na pavimentação dependendo da região a ser empregada é muito bem vista. Assim, estudos enfatizam a grande aceitabilidade do comportamento mecânico do pavimento em relação aos agregados naturais, visto que sua viabilidade se concretiza em regiões onde há escassez desses materiais, servindo como uma possível alternativa de mercado. O presente trabalho apresenta resultados de um estudo laboratorial e experimental sobre a possibilidade e análise do emprego de tijolos cerâmicos maciços incorporados ao revestimento asfáltico, aliado ao uso do ligante asfáltico CAP 50/70, perfazendo um tipo de mistura moldada à quente, chamada de Referência (REF). O estudo, foi enquadrado na faixa C do DNIT, através de suas análises granulométricas e composições da mistura, onde foram destacadas as massas específicas e densidades de cada material, para a partir de então, serem moldados os corpos de prova (CP´s) pela metodologia Marshall e submetidos aos ensaios mecânicos de estabilidade e fluência para a definição do teor ideal de betume. A composição dos CP´s baseiam-se em agregados graúdos (3/4” e 3/8”), agregados miúdos (pó de argila) e, ainda, ligante asfáltico com um teor de 18%. Com os corpos de prova já moldados e a análise dos resultados dos ensaios mecânicos realizadas, constatou-se que para a estabilidade, a mistura apresentou valores superiores ao que indica a norma, e a fluência, com valor entre a faixa mínima e máxima especificada através da média dos resultados. O valor médio RRT composto pelas resistências com e sem condicionamento pela Metodologia Lottman foi de 88%, o que garante uma adesividade agregado-ligante satisfatória em comparação ao estipulado pela normativa (70%). Já a abrasão Los Angeles, para este tipo de agregado houve um pequeno acréscimo em relação aos 35% limitados por estudos, devido ao seu processo de produção e temperatura de queima. Ainda, a relação de MR/RT apresenta-se em conformidade com outros estudos onde faz-se o emprego de argila calcinada, uma vez que quanto menor essa relação, as chances da mistura possuir uma boa flexibilidade à uma resistência a tração são maiores, refletindo diretamente no seu comportamento. Ao se tratar da relevância deste tema, conclui-se que devem ser realizados estudos complementares quanto ao seu custo-benefício, visto o alto teor de ligante presente na mistura. Embora, por se tratar de uma excelente alternativa no que tange aos revestimentos asfálticos em regiões com déficit de agregados minerais.
2020. Trabalho de Conclusão de Curso. Curso de Engenharia Civil, Universidade Regional do Noroeste do Estado do Rio Grande do Sul – UNIJUÍ, Ijuí, 2020.
The synthetic aggregate calcined clay correlated to clay aggregate originating from the production of solid ceramic brick in potteries are materials with different technological characteristics from the natural stone aggregate. High absorption and low density are relevant aspects that lead to different behavior in asphalt mixtures. Although there is a lack of technical standards and detailed studies that make it possible to use it in the layers of floor covering in Brazil, whereas the current regulations do not take this kind of material into consideration, its use in paving depending on the region to be used is very well seen. Thus, studies emphasize the great acceptability of the mechanical behavior or the pavement in relation to natural aggregates, since its viability is realized in regions where there is a shortage of these materials, serving as a possible market alternative. This research presents the results of a laboratory and experimental study on the possibility and analysis of the use of solid ceramic bricks incorporated into the asphalt coating, combined with the use of the asphalt binder CAP 50/70, making a type of hot molded mixture, called by Reference (REF). The study was classified in the DNIT range C, through its granulometric analysis and mix composition, where the specific masses and densities of each material were highlighted, for then, be shaped the body molded through Marshall Methodology and submitted mechanical stability tests and fluency to define the ideal bitumen content. The composition of the body molded is based on coarse aggregate (¾” and ⅜”), small aggregate (dust clay), and still, asphalt binder with an 18% content. With the specimens already molded and the analysis of the results of the mechanical tests carried out, it was found that for stability, the mixture presented values higher than that indicated by the standard and fluency with a value between the minimum and maximum range specified through average results. The average RRT value composed by the resistances with and without conditioning by the Lottman Methodology was 88%, which guarantees a satisfactory aggregate-bonding adhesion in comparison to the stipulated by the norm (70%). Already for the Los Angeles coat, for this type of aggregate, there was a small increase in relation to the 35% limited by studies, due to its production process and firing temperature. Though, the relation of MR/RT is in accordance with other studies where the use of calcined clay is used, since the lower this relation, the chances of the mixture having good flexibility to resistance, traction is more possible, reflecting directly on their behavior. When it comes to the relevance of this theme, it is concluded that complementary studies should be carried out regarding its cost-benefit, because it is an excellent alternative with regard to asphalt coating in regions with a deficit of mineral aggregates
Figura 2 - Estrutura do pavimento flexível ... 27
Figura 3 - Distribuição das deformações em pavimentos flexíveis ... 28
Figura 4 - Estrutura de um pavimento flexível demonstrado através de corte transversal esquemático... 30
Figura 5 - Curva granulométrica ... 34
Figura 6 - Equipamento para obtenção da estabilidade e fluência ... 37
Figura 7 - Condição da superfície do pavimento ... 41
Figura 8 - Aparência e formato da argila expandida ... 46
Figura 9 - Delineamento da pesquisa ... 48
Figura 10 - Tijolo cerâmico maciço utilizado ... 50
Figura 11 – Britagem do tijolo cerâmico maciço e aparência após o processo ... 51
Figura 12 - CAP 50/70 aquecido à 135ºC... 51
Figura 13 - Quarteador manual ... 53
Figura 14 - Massas específicas: real, aparente e efetiva, respectivamente ... 55
Figura 15 - Agregados graúdos submersos por 24h e imersos sob o cesto metálico ... 56
Figura 16 - Determinação da massa específica de agregado miúdo com uso de picnômetro e bomba de vácuo ... 58
Figura 17 - Picnômetro cilíndrico e cônico conforme normativa ... 59
Figura 18 - Picnômetro com amostra imerso ao banho d´água à 25ºC ... 60
Figura 19 - Mistura de 1200g submetido à moldagem ... 63
Figura 20 - Comparação de massa entre agregado cerâmico e pétreo (brita) ... 63
Figura 21 - Misturas para definição do teor ideal de ligante ... 65
Figura 22 - Moldagem e desmoldagem dos CP´s (Metodologia Marshall)... 67
Figura 23 - Aferições quanto às dimensões dos corpos de prova ... 68
Figura 24 - Pesagem dos corpos de prova em diferentes condições ... 68
Figura 25 - CP´s em banho maria à 60ºC ... 69
Figura 26 - Ensaio de estabilidade e fluência ... 70
Figura 27 - Ensaio de Resistência à Tração por Compressão Diametral... 71
Figura 28 - Ensaio de Módulo de Resiliência ... 73
Figura 29 - Tambor da máquina Los Angeles ... 75
Figura 33 - Parâmetros de dosagem Marshall... 86
Figura 34 - Resultados da estabilidade (Kgf) ... 87
Figura 35 - Resultados da Fluência ... 88
Figura 36 - Relação Estabilidade/Fluência ... 89
Figura 37 - Resistência à tração ... 91
Figura 38 - Média dos resultados de módulo de resiliência ... 93
Figura 39 - Relação MR/RT ... 94
Tabela 2 - Faixa granulométrica proposta ... 45
Tabela 3 - Faixas de especificação para a composição química de argila calcinada ... 45
Tabela 4 - Relação de quantidade de corpos de prova ... 49
Tabela 5 - Massa mínima por amostra de ensaio ... 53
Tabela 6 - Série de peneiras para granulometria ... 54
Tabela 7 - Determinação da graduação a ser utilizada ... 74
Tabela 8 - Determinação do número de esferas que compõe a carga abrasiva... 75
Tabela 9 - Análise granulométrica da percentagem passante ... 79
Tabela 10 - Massa específica e absorção dos agregados graúdos ... 81
Tabela 11 - Massa específica real agregado miúdo... 81
Tabela 12 - Resultado da densidade do ligante asfáltico ... 82
Tabela 13 - Percentuais da composição da mistura... 83
Tabela 14 - Quantidade de material da mistura REF ... 84
Tabela 15 - Propriedades da mistura REF ... 85
Tabela 16 - Estabilidade e Fluência Marshall ... 87
Tabela 17 - Resultado da abrasão dos agregados graúdos ... 90
Tabela 18 - Resistência à tração por compressão diametral ... 91
Tabela 19 - Resultados do módulo de resiliência ... 92
Tabela 20 - RT dos CP´s sem condicionamento ... 95
AAUQ Areia Asfalto Usinada a quente
ABEDA Associação Brasileira das Empresas Distribuidoras de Asfalto ABNT Associação Brasileira de Normas Técnicas
ADP Asfaltos Diluídos de Petróleo AG-A Agregado Artificial
AI Asphalt Institute
AMB Asfalto Modificado por Borracha Moída de Pneu AMP-E Asfaltos Modificados por Polímeros Elastoméricos ANP Agência Nacional do Petróleo
ARE Agentes de Reciclagem Emulsionados CA Concreto Asfáltico
CAP Cimento Asfáltico de Petróleo
CBUQ Concreto Betuminoso Usinado a quente CNT Confederação Nacional do Transporte CP Corpo de Prova
CPA Camada Porosa de Atrito
DAER Departamento Autônomo de Estradas de Rodagem Dap Densidade Aparente
DCEEng Departamento de Ciências Exatas e Engenharias Def Densidade Efetiva
DNIT Departamento Nacional de Infraestrutura de Transportes Dr Densidade Real
EAP Emulsão Asfáltica de Petróleo
EAP-E Emulsões Asfálticas Catiônicas Modificadas por Polímeros Elastoméricos
ES Especificação de Serviço EUA Estados Unidos da América IME Instituto Militar de Engenharia IPR Instituto de Pesquisas Rodoviárias LDH Departamento de Estradas da Louisiana LEC Laboratório de Engenharia Civil
LMCC Laboratório de Materiais de Construção Civil ME Método de Ensaio
MR Módulo de Resiliência
NBR Norma Brasileira Regulamentadora PET Programa de Educação Tutorial RS Rio Grande do Sul
RT Resistência à Tração
SHD State Highway Departament SMA Stone Matrix Asphalt SSS Superfície Saturada Seca
UNIJUÍ Universidade Regional do Noroeste do Estado do Rio Grande do Sul Vv Volume de Vazios
1.1 CONTEXTO ... 18 1.2 PROBLEMA ... 21 1.2.1 Questões de Pesquisa ... 22 1.2.2 Objetivos de Pesquisa ... 22 1.2.3 Delimitação da pesquisa ... 23 2 REVISÃO DA LITERATURA ... 24
2.1 PAVIMENTOS RODOVIÁRIOS: PANORAMA ATUAL E CONCEITOS ... 24
2.1.1 Classificação dos pavimentos ... 26
2.1.2 Caracterização das camadas do pavimento ... 28
2.1.3 Materiais comumente empregados ... 32
2.1.3.1 Agregados Minerais... 32
2.1.3.2 Ligante Asfáltico ... 34
2.1.4 Métodos de dosagens aplicáveis em misturas asfálticas ... 35
2.1.4.1 Método Marshall ... 36
2.1.4.2 Método Hubbard-Field ... 38
2.1.4.3 Método Hveem ... 39
2.1.4.4 Método Superpave ... 39
2.1.4.5 Método Triaxial Smith ... 40
2.1.5 Pavimentos: Avanços Tecnológicos ... 40
2.2 AGREGADO ARTIFICIAL DE ARGILA CALCINADA (AAAC)... 43
2.2.1 Propriedades do agregado ... 43
2.2.2 Aplicação do AAAC na pavimentação ... 46
3 METODOLOGIA ... 48
3.1 MÉTODO DE ABORDAGEM ... 48
3.2 TÉCNICAS DE PESQUISA ... 48
3.3 materiais utilizados ... 50
3.3.1 Agregados artificiais ... 50
3.3.2 Cimento Asfáltico de Petróleo (CAP) ... 51
3.4 métodos laboratoriais ... 52
3.4.1 Análise granulométrica... 52
3.4.2 Densidades e Massas Específicas ... 54
3.4.2.1 Agregados graúdos ... 55
3.4.2.2 Agregados miúdos ... 57
3.4.4 Determinação do teor ideal de ligante asfáltico ... 64
3.4.5 Procedimento de moldagem dos corpos de prova ... 66
3.4.6 Ensaios mecânicos ... 69
3.4.6.1 Estabilidade e Fluência ... 69
3.4.6.2 Resistência à Tração por Compressão Diametral ... 70
3.4.6.3 Módulo de Resiliência ... 72
3.4.6.4 Ensaio de Abrasão Los Angeles ... 74
3.4.6.5 Dano por Umidade Induzida ... 76
4 ANÁLISE DOS RESULTADOS ... 79
4.1 Caracterização dos materiais ... 79
4.1.1 Análise Granulométrica ... 79
4.1.2 Densidades e Massas Específicas ... 80
4.1.2.1 Agregados graúdos ... 80
4.1.2.2 Agregados miúdos ... 81
4.1.2.3 Ligante asfáltico ... 82
4.2 CARACTERIZAÇÃO DAS MISTURAS ... 82
4.2.1 Mistura referência ... 82
4.2.2 Definição do teor ideal de ligante asfáltico... 84
4.3 ensaios mecânicos... 87
4.3.1 Estabilidade e Fluência ... 87
4.3.2 Abrasão Los Angeles ... 90
4.3.3 Resistência a Tração por Compressão Diametral... 90
4.3.4 Módulo de Resiliência ... 92
4.3.5 Relação MR/RT ... 94
4.3.6 Dano por Umidade Induzida (Metodologia Lottman Modificado) ... 95
5 CONCLUSÃO... 98
_____________________________________________________________________________________________
1 INTRODUÇÃO
O presente trabalho de conclusão de curso tem como tema avaliar a possibilidade do emprego de agregados artificiais de tijolos cerâmicos maciços como alternativa em mistura do tipo Concreto Asfáltico (CA) moldada à quente, visando a semelhança na sua produção em olarias, em comparação com Agregados Artificiais de Argila Calcinada (AAAC), bem como demonstrar os resultados através de ensaios laboratoriais, constatar propriedades mecânicas, viabilidade econômica e verificar o avanço da mistura asfáltica no que tange a empregabilidade.
1.1 CONTEXTO
Devido a diversos investimentos na rede rodoviária na década de 30 e, posteriormente, à chegada da indústria automobilística nos anos de 1950 e 1960, o transporte do Brasil se tornou predominantemente pelo modal rodoviário, correspondendo uma parcela significativa em comparação ao restante dos modais existentes no país. Isto quer dizer que, 95 % da matriz rodoviária é destinada para transporte de passageiros e cerca de 61 %, é de movimentação de cargas (CNT, 2019).
Aliado à isso, faz-se necessário a busca de recursos e planejamento adequado no que se refere a manutenção, conservação e inovações de processos e materiais utilizados na malha rodoviária, onde o cenário atual brasileiro, infelizmente, se contrapôs mediante às más condições em que se encontram (BALBO, 2007).
De acordo com Silva (2006), o Brasil é um país com grande extensão territorial, entretanto, concentra poucas unidades de polarização econômica, o que de certa forma, ocasiona uma crescente desproporção destes polos, sendo um agravante imediato do planejamento logístico, econômico e estratégico no escoamento da economia para o desenvolvimento nacional e no relacionamento entre o produtor e consumidor. Para que haja uma crescente movimentação econômica no país, é necessário uma rede rodoviária a altura, ou seja, que absorvam de maneira adequada, segura e em bom estado de trafegabilidade, todo o fluxo existente atualmente.
Por consequente, a definição de pavimento de uma rodovia, é destacada por Balbo (2007), baseando-se em uma estrutura constituída por camadas sobrepostas de diversos materiais compactados, para atender a estrutura e a operação ao tráfego. À vista disso, é composta pelas seguintes camadas: revestimento, base, sub-base, reforço do subleito e subleito.
O revestimento asfáltico, conforme Bernucci et al. (2008), é definido como um conjunto de agregados com a graduação adequada, com propriedades particulares, destinado a receber a carga dos veículos. Assim sendo, o mesmo autor caracteriza-o por ser uma camada superior destinada a resistir diretamente às ações do tráfego e transmiti-las às camadas inferiores, impermeabilizando o pavimento, além de atenuar um melhoramento das condições de rolamento; já Balbo (2007) enfatiza que o revestimento necessita promover os quatro principais objetivos: conforto visual, segurança, conforto ao trafegar e, ainda, a capacidade de suportar as cargas oriundas dos veículos.
O emprego de agregado artificial de argila calcinada (AAAC) em pavimentos rodoviários começou a muitos anos atrás, nos Estados Unidos, por volta da década de 50, onde de maneira primária, baseou-se em estudos pioneiros da Universidade Texas A & M. Posteriormente, foi desenvolvido diversos estudos e pesquisas nesta área, no estado da Louisiana, localizado na região sudeste dos EUA, sendo que atualmente a técnica do emprego desse agregado em misturas betuminosas e tratamentos superficiais para rodovias já está bastante difundida neste país (DNER, 1981).
Em decorrência disto, em publicação realizada pela Revista Militar de Ciência e Tecnologia, vol. XXII no ano de 2005, a AAAC foi patenteada pelo IME em dezembro de 2004, constituindo-se como a primeira inovação tecnológica feita pelo Exército no século XX.
No intuito da busca da industrialização do processo de AAAC, naturalmente observou-se uma grande semelhança com as indústrias de cerâmicas convencionais, as chamadas olarias, uma vez que o processo utilizado nestas indústrias, poderiam ser aplicados na fabricação de AAAC, mediante adaptações técnicas. Este, se baseia no processo de calcinação de solos argilosos em temperaturas superiores à 760º C, onde a matéria-prima deverá atender a certos requisitos físicos, químicos e mineralógicos, em função da substituição parcial ou total de agregados pétreos em misturas asfálticas.
_____________________________________________________________________________________________ Cabral (2005) estabelece que o tempo de calcinação e temperatura são parâmetros importantes, pois a temperatura interfere significativamente nas características físicas e mecânicas do agregado produzido. Isto quer dizer que, a qualidade do agregado é resultado da elevação da sua temperatura. Outrora, em relação ao tempo de calcinação, preferencialmente devemos determinar o ponto ótimo, visto que um valor excessivo não evolui a qualidade do agregado e uma temperatura muito baixa pode não ser satisfatório para que atinja as melhores características.
Desta forma, devido ao processo de produção e temperaturas de queima entre o AAAC e tijolo cerâmico maciço serem muito semelhantes, houve-se a premissa de optar pela utilização dos tijolos cerâmicos no revestimento asfáltico, devido à dificuldade em encontrar olarias na região noroeste do estado do Rio Grande do Sul que se propusessem a produzir a argila calcinada. Diante do exposto, a tecnologia do agregado de argila calcinada vem atingindo resultados de resistência mecânica similares aos agregados provenientes de rochas, e há diversos estudos que auxiliam na bagagem do conhecimento técnico-científico desta alternativa (CABRAL,2011).
Entretanto há diversos percalços que precisam ser analisados quanto a difusão deste tema no Brasil, como a carência de normas técnicas que delimitam ensaios e parâmetros de fabricação do mesmo. Correlacionado à isso, como relata DNER (1981), a fim de adaptar essas normas para a realidade brasileira, foi realizado uma visita técnica aos Estados Unidos em 1979, pelo fato dos órgãos rodoviários do país realizarem diversos testes de aplicação deste tipo de material sintético em pavimentos.
Assim, originaram-se seis ensaios do Texas Highway Department (1999), que adaptados ao Brasil, reduziram-se em três, sendo eles:
• DNER-ME 222/94 - Agregado sintético fabricado com argila - desgaste por abrasão;
• DNER-ME 223/94 - Argilas para fabricação de agregado sintético de argila calcinada - seleção expedita pelo processo de fervura;
• DNER-ME 225/94 - Agregado sintético de argila calcinada - determinação da perda de massa após fervura.
Ainda conforme Texas Highway Department (1999), essa experiência tornou possível relacionar a ideia de que praticamente qualquer argila, depois de ser umedecida e moldada em forma de pelotas, “venha a formar grãos duros secos ao ar, podendo servir para a fabricação de agregados de argila queimada”.
Desta forma, a escolha do tema exterioriza-se a partir da necessidade da busca incessante por melhorias tecnológicas no processo e na utilização de materiais utilizados tradicionalmente na área de pavimentação. Nesse escopo, a presente pesquisa busca avaliar o emprego e comportamento de misturas asfálticas moldadas à quente utilizando agregados artificiais de tijolo cerâmico maciço britado aplicáveis em camadas de revestimentos, buscando uma viabilidade na sua utilização, além de acrescentar uma contribuição nas pesquisas já levantadas. Assim, reforçando o elo da essencialidade no comprometimento da busca de alternativas e tecnologias na área de pavimentação, que venham a contribuir nas camadas de revestimento asfáltico.
1.2 PROBLEMA
A CNT (2019) através de suas pesquisas, divulgam um total de 108.863 quilômetros de rodovias em todo o país que foram avaliadas, e consequentemente, classificadas quanto à seu estado geral de conservação. Dentre os resultados, podemos destacar conforme a Tabela 01, que apenas 12% da malha total avaliada apresenta-se em estado ótimo e, em maior porcentagem, em estado regular com 34,6%, evidenciando o estado alarmante em que as rodovias estaduais e federais se encontram.
_____________________________________________________________________________________________ Além disso, dos 1.720.700 km de rodovias brasileiras, somente 12,4% são pavimentados. Isso contribui no impacto gerado para a sociedade, pois o tempo e custo de viagem se tornam maiores, tornando o consumo de combustíveis onerosos e gerando desconforto ao trafegar pela mesma. Todos esses fatores combinados, demandam que os níveis de investimento para manutenção e expansão da malha rodoviária sejam elevados. Entretanto, ao longo dos anos, esses valores foram muito aquém do necessário, o que contribuiu para a deterioração da malha rodoviária brasileira (CNT, 2009).
No que diz respeito aos revestimentos asfálticos, sua composição demonstra e necessidade da presença de muita quantidade de agregados pétreos. Porém, faz-se necessário a difusão de estudos com materiais alternativos para atender a demanda em regiões onde há escassez destes materiais, como é o caso da Amazônia, por exemplo, de modo que haja a diminuição dos custos de implantação e produção dos mesmos (SILVA,2006).
Neste sentido, torna-se interessante o estudo da viabilidade de utilização do material existente no local, como o solo argiloso, característico dessa região do Brasil, promovendo o emprego de agregados artificiais de tijolo cerâmico, objeto desta pesquisa.
1.2.1 Questões de Pesquisa
Questão principal:
Quais os principais efeitos da incorporação de agregados artificiais de tijolo cerâmico maciço em camadas de concreto asfáltico denso convencional a fim de se obter parâmetros mecânicos e características volumétricas na aplicação de revestimentos asfálticos?
Questão secundária:
O uso de agregados de tijolos cerâmicos britados podem ser considerados como uma alternativa na aplicação de pavimentos rodoviários?
1.2.2 Objetivos de Pesquisa
A partir dos itens anteriores, neste capítulo serão abordados os objetivos que estão sendo propostos pelo trabalho, subdividido em objetivos gerais e específicos.
Objetivo Geral:
Avaliar laboratorialmente o comportamento das propriedades mecânicas e volumétricas das misturas asfálticas moldadas à quente com a incorporação de agregados artificiais de argila calcinada (AAAC) para uso em camadas de revestimento.
Objetivos específicos:
Avaliar as pesquisas já realizadas e normas existentes sobre o tema abordado; Obter o agregado artificial de tijolo cerâmico através de empresa comerciante; Realizar a britagem do material e os ensaios de caracterização dos materiais;
Determinar a dosagem da mistura asfáltica, para obtenção do teor de ligante que será utilizado;
Realizar os ensaios através da Dosagem de misturas asfálticas, pelo método de Marshall; Analisar a porcentagem de vazios;
Avaliar os ensaios de resistência a tração, abrasão Los Angeles, módulo de resiliência, estabilidade e fluência e dano por umidade induzida;
Relacionar os resultados obtidos com outras pesquisas realizadas.
1.2.3 Delimitação da pesquisa
O estudo será composto pela análise laboratorial do comportamento de misturas asfálticas moldadas à quente com substituição total de agregados pétreos utilizados comumente, pela incorporação de agregados artificiais de tijolo cerâmico maciço aplicado em revestimentos asfálticos.
_____________________________________________________________________________________________
2 REVISÃO DA LITERATURA
Neste capítulo serão abordados os assuntos mais relevantes para o melhor entendimento deste estudo, dentre eles a estrutura dos pavimentos rodoviários, sua classificação e camadas constituintes, além de seus materiais empregados tradicionalmente, como também, uma revisão acerca de estudos com a utilização de AAAC na pavimentação asfáltica, estudos estes que venham a contribuir na comparação com o emprego de tijolos cerâmicos maciços. Além disso, serão abordadas as principais características da argila calcinada, bem como o panorama da sua relevância e processo de obtenção.
2.1 PAVIMENTOS RODOVIÁRIOS: PANORAMA ATUAL E CONCEITOS
As rodovias brasileiras começaram a desenvolver-se após entrar em vigor o decreto-lei 8.463 de 27 de dezembro de 1945, onde o DNER reorganizou-se sendo autônomo administrativamente e financeiramente (FRAENKEL, 1980).
O Manual de Pavimentação do Departamento Nacional de Infraestrutura de Transporte (DNIT, 2006) define pavimento como sendo um arranjo de camadas em que materiais de diferentes resistências e deformabilidades são colocadas em contato uma sob a outra, resultando em um conjunto capaz de resistir às cargas impostas pelo tráfego exercida sobre ela. Além disso, relata que a partir dos anos 50 as técnicas de pavimentação asfáltica tiveram um enorme crescimento, devido à inter-relação de duas potências, Brasil e Estados Unidos nessa área. Isso trouxe parâmetros a serem atendidos: normalização e padronização perante às técnicas empregadas dos serviços em função do DNER, que nos trouxe o primeiro Manual de Pavimentação, no ano de 1960.
Outrora, de acordo com Bernucci et al. (2008), pavimento nada mais é que uma estrutura de diferentes camadas, construída sobre a face final de terraplenagem, designada a resistir aos esforços provenientes do tráfego de veículos e do clima, além de assegurar aos usuários melhoria nas condições de rolamento, como por exemplo, trafegar em condições de conforto, economia e segurança.
Os pavimentos rodoviários devem oferecer características de impermeabilidade, resistência ao fendilhamento, ao desgaste e às tensões tangenciais provocadas pelo tráfego, sem apresentar arranque de materiais, além de garantir, ao mesmo tempo, uma boa aderência (MINHOTO, 2005).
Complementando a ideia de Minhoto, é estabelecido que um pavimento tenha quatro objetivos considerados essenciais: conforto no rolamento, capacidade de arcar com as cargas que nele atuam, providenciar segurança e conforto visual. Entretanto, sob a visão dos usuários, um pavimento é aquele que tem superfície apropriada, garantindo a união segura do pneu com a superfície, além de ter uma aparência apreciável, de forma a manter uma viagem agradável e segura (DANIELESKI, 2004).
As camadas que constituem um pavimento se diferem pelas funções que desempenham dentro do conjunto do pavimento, podendo estipular-se dois consideráveis grupos: a camada superficial e o corpo de pavimento (SANTOS, 2010). A camada superficial ou também chamada de desgaste, ainda de acordo com o autor, é basicamente conceituada como a camada sobre a qual incidem diretamente as ações, sendo essencial para garantir as características funcionais projetadas, contribuindo para a durabilidade através da impermeabilização do corpo de pavimento.
Minhoto (2005) ressalta que a camada de desgaste deve assegurar um papel funcional, atuando na proteção das camadas inferiores das ações climáticas, como também uma função estrutural, colaborando com a resistência integral da estrutura do pavimento. O corpo de pavimento tem sua composição formada pelas camadas elementares, umas estabilizadas com ligantes (hidráulicos ou betuminosos) e outras apenas granulares, sendo deste conjunto que depende a capacidade de suporte das cargas originadas pelo tráfego, isto é, o desempenho estrutural do pavimento (SANTOS, 2010). São camadas que possuem função necessariamente estrutural, capazes de degradar as cargas verticais, diminuindo as tensões de compressão à capacidade de suporte da fundação, completa Minhoto (2005).
Estas diferentes camadas encontram-se dispostas, usualmente, com qualidade e resistência decrescentes da superfície até o solo da fundação, em conformidade com a redução progressiva dos esforços em profundidade (SANTOS, 2010).
_____________________________________________________________________________________________ 2.1.1 Classificação dos pavimentos
Na engenharia rodoviária, os pavimentos dividem-se devido a sua constituição, funcionamento e modo de comportamento e estrutura. Mediante a esses aspectos, é pautada em pavimento flexível, rígido ou semi-rígido, onde o mais utilizado atualmente na malha rodoviária brasileira é o pavimento flexível.
O pavimento rígido, também chamado de concreto-cimento são aqueles em que o revestimento é uma placa de concreto de cimento Portland, que pode ser armada ou não (BERNUCCI et al., 2008). A espessura é fixada em função da resistência à flexão das placas de concreto e das resistências das camadas subjacentes. Senço (1997), diz que este tipo de pavimento apresenta poucas deformações, onde o rompimento acontece através da tração na flexão, quando sujeitos a deformações, explicitado na Figura 1.
Figura 1 - Distribuição das tensões em pavimentos rígidos
Fonte: Balbo (2007)
De acordo com o DNIT (2004), os principais materiais utilizados em pavimentos rígidos são o Cimento Portland CP-I, CP-II, CP-III e CP-IV, além dos agregados graúdos e miúdos, aditivos, água, materiais selantes de juntas, fibras de plástico ou de aço e barras de aço 50, CA-60 e CA-25.
Já para Balbo (2009), as placas de concreto de cimento Portland são assentadas sobre uma sub-base ou solo de fundação, no qual desempenham as funções de revestimento e base, podendo ou não ser armadas com barras de aço.
O segundo tipo de pavimento rodoviário se detém à pavimentos flexíveis, onde são aqueles em que o revestimento é composto por uma mistura constituída basicamente de agregados e ligantes asfálticos (BERNUCCI et al., 2008). Acrescendo o exposto por Bernucci et al., um pavimento flexível segundo Medina (1997) é “constituído por um revestimento betuminoso sobre uma base granular ou de solo estabilizado granulometricamente”. Isto é, composto por agregados envolto a um ligante asfáltico, em proporções definidas, conforme Figura 2.
Figura 2 - Estrutura do pavimento flexível
Fonte: Bernucci et al. (2008, p. 10)
De acordo com o Manual de Pavimentação do DNIT (2006), os pavimentos flexíveis são aqueles “compostos por uma camada superficial asfáltica – revestimento, apoiadas em camadas de base, sub-base e de reforço do subleito, constituídas por materiais granulares, solos ou misturas de solos, sem adição de agentes cimentantes”, em que se caracteriza pela distribuição das cargas e pressões de forma concentrada e em parcelas equivalentes, havendo deformação elástica entre todas as camadas de forma igual (Figura 3).
Os pavimentos flexíveis são aqueles em que as deformações, até um certo limite, não levam ao rompimento. Levando-se em conta que esses pavimentos são dimensionados normalmente à compressão e a tração na flexão, são oriundas através do aparecimento das bacias de deformação sob as rodas dos veículos, provocando deformações permanentes na estrutura, e ao rompimento por fadiga (SENÇO, 1997).
_____________________________________________________________________________________________ Figura 3 - Distribuição das deformações em pavimentos flexíveis
Fonte: Balbo (2007)
O pavimento semi-rígido, nada mais é, que sob o revestimento betuminoso, tem-se uma base cimentada (MEDINA, 1997). Ou seja, é constituído por revestimento asfáltico e camadas de base ou sub-base em material estabilizado com adição de Cimento Portland, havendo uma deformabilidade maior que o pavimento rígido e menor que o pavimento flexível.
2.1.2 Caracterização das camadas do pavimento
Para Senço (1997), um pavimento que possui todas as camadas e serviços tipicamente executados, possuirá sua seção transversal constituída de uma fundação e de camadas com espessuras e materiais determinados por um dos inúmeros métodos de dimensionamento. As mesmas possuem funções específicas, cada uma com sua particularidade, proporcionando segurança e suporte de rolamento.
A proximidade da camada à superfície garante a espessura da mesma, ou seja, é notório que as camadas superiores de um pavimento asfáltico são mais onerosos e por isso, suas espessuras são inferiores às espessuras das camadas subjacentes (BALBO, 2007).
Ainda segundo Balbo (2007), um pavimento flexível é compreendido pelas seguintes camadas:
a) Subleito: Baseia-se basicamente por ser a fundação do pavimento, ou seja, por ser o terreno base do pavimento. Sua composição é baseada em materiais naturais da
estrada já existente no local bem compactado e consolidado, ou oriundos de terraplanagem;
b) Reforço do subleito: é uma camada não obrigatória, ou seja, apenas é executada caso exista a necessidade de aumentar a capacidade de suporte da fundação do pavimento. É uma camada que possui espessura constante, com características específicas, como alternativa econômica, pois subleitos com baixa resistência precisariam de camadas com espessuras maiores de bases e sub-bases;
c) Sub-base: é considerada uma camada complementar à base, executada quando não for aconselhável construir a base diretamente sobre a regularização ou reforço do subleito. O material empregado na execução da sub-base deve possuir características tecnológicas superiores às do material de reforço e, por conseguinte, a constituição da camada de base deverá ser de melhor qualidade que o material da sub-base;
d) Base: distribui os esforços para as camadas inferiores. Essa é a camada considerada mais importante dentre todas no ponto de vista estrutural, pois o pavimento pode ser considerado a partir da camada de base ao revestimento, sendo que essa base pode ser auxiliada pela sub-base e pelo reforço do subleito. Podem ser constituídas por solo estabilizado naturalmente, britas graduadas, solo estabilizado, etc.
e) Revestimento ou camada de rolamento: é a última camada do pavimento, podendo ser dividida em camada de binder ou de ligação e a capa de rolamento propriamente dita. É a camada que recebe diretamente a ação do tráfego, através de esforços verticais e horizontais, e os transmite para as camadas inferiores. Deve ser impermeável, como também garantir o aperfeiçoamento da superfície de rolamento, para que haja conforto, segurança e que, de maneira geral, resista ao desgaste.
Assim, a Figura 4 ilustra a composição da estrutura do pavimento flexível para um melhor aproveitamento lógico, de autoria de Pasche (2013), onde especifica a aparência desde o subleito até a camada final, chamada de revestimento.
_____________________________________________________________________________________________ Figura 4 - Estrutura de um pavimento flexível demonstrado através de corte transversal esquemático
Fonte: Pasche (2013, p.18)
Com o intuito de avaliar o comportamento de tijolos cerâmicos na camada de revestimento dos pavimentos rodoviários, buscou-se maiores informações e referências a respeito desta camada.
Os revestimentos são constituídos pela combinação de agregados e de materiais asfálticos, de modo que devem ser bem unidos, garantindo um pavimento mais resistente aos esforços. Podem ser classificados em duas maneiras principais, sejam elas: por penetração ou por mistura. No método por penetração, os autores referem-se aos executados através de uma ou mais aplicações de material asfáltico e de igual número de operações de espalhamento e compressão de camadas de agregado. Já no revestimento por mistura, os autores explicam que o agregado é pré-envolvido com o material asfáltico, antes da compressão. (BERNUCCI et al., 2008).
Senço (2007) define que, o revestimento asfáltico é a camada mais nobre do pavimento, por isso é necessário que essa camada seja adotada espessura que venha a aumentar a resistência e garantir a eficiência. Sendo assim, para vias simples é adotado duas faixas de tráfego e duas mãos de direção com espessuras de 3 a 5 cm; para auto-estradas, são feitos revestimento mais espessos, entre 7,5 e 10,0 cm; as larguras e espessuras das camadas devem ser estabelecidas em função da classe de projeto.
a) Melhorar as condições de rolamento quanto ao conforto e segurança;
b) Resistir às cargas horizontais que são ocasionadas pela frenagem e aceleração, tornando a superfície de rolamento mais durável;
c) Tornar o pavimento impermeável, mantendo a estabilidade.
Conforme Bernucci et al. (2008), o material de revestimento pode ser fabricado em usina específica (misturas usinadas), fixa ou móvel, ou preparado na própria pista (tratamentos superficiais). Essas misturas se classificam em quatro principais tipos: misturas usinadas, misturas in situ em usinas móveis, recicladas e tratamento superficial.
Mais especificamente falando, as misturas usinadas são produzidas da seguinte forma:
A mistura de agregados e ligante é realizada em usina estacionária e transportada posteriormente por caminhão para a pista, onde é lançada por equipamento apropriado, denominado vibro acabadora. Em seguida é compactada, até atingir um grau de compressão tal que resulte num arranjo estrutural estável e resistente, tanto às deformações permanentes quanto às deformações elásticas repetidas da passagem do tráfego (BERNUCCI et al., 2007, pág. 158).
Ainda de acordo com Bernucci et al., dividem-se em dois tipos:
a) Misturas a quente: A mistura do agregado e ligante é realizada com o aquecimento de ambos os materiais numa determinada temperatura. Dentre os principais tipos de misturas a quente, destacamos: Concreto Asfáltico (CA) ou Concreto Betuminoso Usinado a quente (CBUQ); Camada Porosa de Atrito (CPA); Stone Matrix Asphalt (SMA); e, Areia Asfalto Usinada a quente (AAUQ).
Como a mistura trabalhada se enquadra no primeiro item, buscou-se uma melhor definição de CBUQ:
Concreto Asfáltico (CA) ou Concreto Betuminoso Usinado a Quente (CBUQ): Conforme as Especificações Gerais do DAER-RS (1998), o concreto asfáltico é uma mistura flexível, resultante do processamento a quente, em uma usina apropriada, fixa ou móvel, de agregado mineral graduado, material de enchimento ("fíler" quando necessário) e cimento asfáltico, espalhada e comprimida a quente.
_____________________________________________________________________________________________ b) Misturas a frio: A mistura do agregado e ligante é realizada com os materiais na
temperatura ambiente, talvez o ligante (EAP - Emulsão Asfáltica de Petróleo) possa ser pouco aquecido. Segundo Bernucci et al. (2007), as vantagens de misturar a frio é pela utilização de equipamentos mais simples, trabalhabilidade à temperatura ambiente, flexibilidade elevada e possibilidade de estocagem.
Os revestimentos também são classificados quanto ao tipo de ligante: a quente com o uso de Cimento Asfáltico de Petróleo (CAP), ou a frio com o uso de EAP. As misturas usinadas podem ser separadas quanto à distribuição granulométrica em: densas, abertas, contínuas e descontínuas.
2.1.3 Materiais comumente empregados
Os dois principais materiais que constituem o pavimento asfáltico são o ligante e os agregados. Esses dois materiais unidos devem originar estruturas estáveis durante a vida útil do pavimento (BALBO, 2007).
2.1.3.1 Agregados Minerais
De acordo com Bernucci et al. (2008), agregado é um termo genérico utilizado para areias, pedregulhos e rochas minerais em seu estado natural ou britadas e, também, os agregados artificiais, como por exemplo, a escória de alto-forno. A NBR 9935/2011, relata que o agregado tem propriedades e dimensionamento adequados para a preparação de argamassa ou concreto e representam a maior parte constituinte do pavimento, cerca de 90% em peso do conjunto asfalto.
Quanto à natureza, a NBR 9935 (ABNT, 2011) classifica os agregados como:
• Natural: material pétreo granular que pode ser utilizado da maneira que é encontrado na natureza, podendo ser sujeito à lavagem, classificação ou britagem;
• Artificial: “material granular resultante da industrialização que envolve alteração mineralógica, química ou físico-química da matéria-prima original”;
• Reciclado: caracterizado por ser um material granular proveniente do “processo de reciclagem de rejeitos ou subprodutos da produção industrial, mineração ou construção ou demolição da construção civil”.
O tamanho dos agregados pode tornar a mistura instável com materiais de diâmetro demasiadamente pequeno e, por outro lado, materiais com tamanhos exagerados podem prejudicar a trabalhabilidade e/ou gerar segregação, conforme Ceratti; Reis (2011). Por isso, em função do tamanho do agregado, segundo Bernucci et al. (2008) e DNIT 031/2006 – ES os agregados dividem-se em:
Graúdo: Pode ser pedra britada, escória, seixo rolado preferencialmente britado. É o material com dimensão maior que 2,0 mm, ou seja, que ficam retidos na peneira de nº 10.
Miúdo: São areias, o pó de pedra, etc. É o material que possui partículas de dimensões maiores que 0,075 mm e menores que 2,0mm. Fica retido na peneira de nº 200, mas passa na de abertura nº 10.
Enchimento (fíler): É o material onde pelo menos 65% das partículas é menor que 0,075mm, ou seja, que são passantes na peneira de nº 200.
Segundo Bernucci et al. (2008), a classificação em função da distribuição dos grãos se fraciona em:
Graduação densa ou bem-graduada: agregados que apresentam distribuição granulométrica contínua;
Graduação aberta: agregados que apresentam distribuição granulométrica contínua, porém com falta de material fino;
Graduação uniforme: agregados que apresentam a maioria de suas partículas com tamanhos em uma faixa bastante estreita, resultando em uma curva granulométrica bastante íngreme;
Graduação descontínua: há uma descontinuidade, isto é, apresentam pequena porcentagem de agregados com tamanhos intermediários que formam um patamar na curva granulométrica correspondente às frações intermediárias.
A distribuição dos grãos é constatada pela análise de um gráfico denominada de curva granulométrica. A mesma se obtém a partir de uma amostra de agregado seco de peso conhecido,
_____________________________________________________________________________________________ que é separado por meio de uma série de peneiras com aberturas variáveis (Bernucci, et al., 2008). A curva granulométrica é representada na Figura 5.
Figura 5 - Curva granulométrica
Fonte: Bernucci et al. (2008, p. 123)
2.1.3.2 Ligante Asfáltico
O ligante asfáltico garante a união dos agregados, além de ser durável e resistente. No Brasil atualmente são mais utilizados seis tipos de ligantes asfálticos, todos provenientes do Cimento Asfáltico de Petróleo (CAP). É o principal elemento da camada de revestimento dos pavimentos flexíveis, sendo o responsável pela coesão e ligação dos agregados e impermeabilização do pavimento. Descreve-se o asfalto utilizado na pavimentação como sendo um ligante betuminoso proveniente da destilação do petróleo e que tem a propriedade de ser termoviscoelástico, impermeável à água e pouco reativo (CERATTI; REIS, 2011). Ainda de acordo com o mesmo autor, o CAP é também suscetível às variações de temperatura, onde as temperaturas mais elevadas aumentam seu fluxo viscoso e as mais baixas o tornam sólido, com ruptura vítrea ou frágil.
Perante à isso, é determinado uma classificação dos principais tipos de ligantes asfálticos utilizados, conforme Abeda (2001), sendo eles:
Cimentos Asfálticos de Petróleo (CAP);
Emulsões Asfálticas para Pavimentação (EAP);
Asfaltos Modificados por Polímeros Elastoméricos (AMP-E);
Aditivos Asfálticos de Reciclagem para Misturas a Quente;
Agentes de Reciclagem Emulsionados (ARE);
Asfalto Modificado por Borracha Moída de Pneu (AMB);
Emulsões Asfálticas Catiônicas Modificadas por Polímeros Elastoméricos (EAP-E).
Como todo derivado de petróleo, o Cimento Asfáltico de Petróleo deve atender as especificações da Agência Nacional do Petróleo (ANP), de acordo com Ceratti; Reis, (2011). Segundo o mesmo autor, para sua obtenção é realizado o refinamento do petróleo cru onde possui elevada quantidade de betume, o que leva a ser designado, muitas vezes, como betume (CERATTI E REIS, 2011).
Os CAP’s são classificados de acordo com o resultado do ensaio de penetração NBR 6576 (1998), mencionando-se: CAP 30-45 considerado duro, CAP 50-70, CAP 85-100, médios, e CAP 150-200 constatado mole. Entretanto, quando as misturas asfálticas convencionais não suprem as exigências do revestimento com CAP, os ligantes modificados por polímeros se tornam opções. Ele adiciona características ao ligante como a redução da susceptibilidade térmica e envelhecimento precoce do pavimento, maior resistência ao afundamento na trilha de rodas e trincas por fadigas, reduz o envelhecimento, entre outros. Alguns desses modificadores são: Elastômeros, Plastômeros, Borracha de Pneu, Enxofre, Modificadores Químicos, Melhorador de Adesividade, Cal Hidratada (LEITE, 1999).
2.1.4 Métodos de dosagens aplicáveis em misturas asfálticas
A dosagem de uma mistura asfáltica é feita através de procedimentos laboratoriais, para determinar um teor ideal de ligante para uma determinada composição granulométrica. Segundo Senço (2001), o projeto de um concreto asfáltico para pavimentação nada mais é que um estudo de
_____________________________________________________________________________________________ seleção e dosagem dos materiais constituintes, com a finalidade de enquadrá-los nas especificações de concreto asfáltico.
Para Balbo (2007) há diversos objetivos que englobam a dosagem de uma mistura asfáltica:
Obter-se uma mistura satisfatoriamente trabalhável e estável sobre ação de cargas;
Obter-se uma mistura durável com teor de ligante adequado e resultar em baixa deformação permanente;
Resultar em pouca vulnerabilidade à fissuração por fadiga e, não apresentar vazios excessivos;
2.1.4.1 Método Marshall
O método de dosagem Marshall se resume em determinar a massa específica do CAP e dos agregados constituintes na mistura, enquadrar a composição granulométrica de acordo com as normas do órgão competente e adotar a composição que se enquadra em uma faixa limite determinada. Determinam-se as temperaturas de mistura e compactação, a partir da curva de viscosidade versus temperatura do ligante. Com esses dados, moldam-se os corpos de prova com diferentes teores de ligante.
Segundo Senço (2001), o método de Marshall foi desenvolvido na década de 1930 durante a Segunda Guerra Mundial, onde não se dispunha de um tipo de ensaio simples nem esquemas de trabalho para o projeto e controle de campo para pavimentos betuminosos. A partir de então, Bruce G. Marshall do Mississipi State Highway Departament (Departamento de Estradas de Rodagem do Estado do Mississipi, EUA), concebeu este método e o adotou.
Com o passar de alguns anos, o U.S. Corps of Engineers (Corpo de Engenheiros dos EUA) estabeleceu critérios levando em conta estabilidade, densidade, vazios preenchidos e não preenchidos, além da fluência, obtidos com a execução do ensaio Marshall para obtenção do teor ótimo de betume.
Ceratti; Reis (2011) revelam que para a utilização da metodologia Marshall de dosagem, deve-se definir alguns parâmetros básicos: tipo e destino da mistura; granulometria, massa
específica real e aparente dos agregados; escolha de uma faixa granulométrica de projeto e, em função do tráfego previsto, escolher qual será a energia de compactação dos corpos de prova. Ainda, a norma atualizada DNIT 178/2018 – PRO, define parâmetros quanto a preparação de corpos de prova para ensaios mecânicos usando o compactador giratório Superpave ou o Marshall, e explica quanto ao molde, padronizado 100 mm de diâmetro, que pode ser utilizado para mistura com agregados de dimensão máxima nominal de 25 mm. Os corpos de prova podem ser usados para ensaios mecânicos diversos no projeto de dosagem da mistura asfáltica e na avaliação e controle das misturas asfálticas produzidas em usina.
A norma DNER-ME 43/1995, criado durante a Segunda Guerra Mundial, define as propriedades de estabilidade e fluência. Assim sendo, garante o conceito de estabilidade como “resistência máxima à compressão radial, apresentada pelo corpo de prova (CP), quando moldado e ensaiado de acordo com o processo estabelecido neste método, expressa em N (kgf)” isto é, é a carga máxima que o corpo de prova resiste sem haver a ruptura. A seguir, é ilustrado o equipamento no qual se verifica o ensaio, disposto junto ao Laboratório de Engenharia Civil (LEC) da Unijuí (Figura 6).
Figura 6 - Equipamento para obtenção da estabilidade e fluência
Fonte: Autoria Própria (2020)
Já a fluência fica definida como “deformação total pelo CP, desde a aplicação da carga inicial nula até a aplicação da carga máxima, expressa em décimos de milímetro”, ou seja, a
_____________________________________________________________________________________________ Além disso, conforme os autores Ceratti; Reis (2011), é esquematizada uma sequência dos procedimentos da dosagem Marshall, conforme resumo abaixo:
Determinação das massas específicas do CAP e agregados;
Determinação da faixa granulométrica, de acordo com o tipo de tráfego;
Escolha da composição dos agregados de forma a enquadrar na faixa granulométrica escolhida;
Escolha da temperatura de mistura e compactação, onde esta não deve ser inferior a 107°C e nem superior a 177°C para o ligante e os agregados devem estar entre 10 a 15°C acima da temperatura do ligante, mas sem ultrapassar os 177°C;
Adoção de teores de asfalto para os grupos de corpos de prova, sugerindo-se um teor de asfalto (T em %) para os primeiros grupos de CP´s e os demais grupos com teores acima (T+0,5% e T+1,0%) e abaixo (T-0,5% e T-1,0%);
Após a desmoldagem, obtêm-se as dimensões dos CP´s (diâmetro e altura), as massas secas, massas submersas em água, massas especificas aparentes, chegando-se a relações volumétricas típicas de dosagem;
A partir do teor de asfalto, ajusta-se o percentual em massa de cada agregado;
Cálculo da densidade máxima teórica correspondente ao teor de asfalto considerado;
Cálculo dos parâmetros de dosagem para cada corpo de prova;
Por fim, os CP´s são submersos em banho-maria a 60°C por 30 a 40 minutos e são submetidos aos ensaios de estabilidade e fluência.
2.1.4.2 Método Hubbard-Field
O Método Hubbard-Field foi o primeiro método formal de dosagem a considerar aspectos de avaliação relacionados à resistência das misturas, por volta dos anos 1920. Desenvolvido para misturas areia-asfalto com 100% das partículas de agregado menores que 4,75mm. Apesar de ser uma inovação e tanto, em função das mudanças ocorridas no volume do tráfego e peso dos veículos
distribuídos em diferentes eixos, o mesmo foi substituído em meado dos anos 1950 pelos métodos Marshall e Hveem (ROBERTS; MOHAMMAD; WANG, 2002).
Baseia-se em um ensaio para medir a resistência à extrusão do corpo de prova moldados com a mistura betuminosa. Inicialmente moldavam-se corpos-de-prova com agregados que satisfizessem as seguintes condições: diâmetro máximo inferior a 3/4" (19,1mm) e porcentagem passante na peneira nº10 superior a 65% (SENÇO, 2001)
O ensaio para misturas tipo Sheet-asphalt, descrito por Senço (2001), provoca um tipo de ruptura correspondente ao cisalhamento, consistindo em determinar a carga máxima resistida por um corpo-de-prova de 2" - 5,08 cm -, de diâmetro por 1" - 2,54 cm - de altura, e forçada através de um orifício de 1,75"- 4,45 cm - de diâmetro. Essa carga é considerada o valor da estabilidade Hubbard-Field determinada em corpos-de-prova compactados à temperatura de 60°C. Essa temperatura era adotada por ser considerada a mais severa que o pavimento normalmente estaria sujeito em campo.
2.1.4.3 Método Hveem
O método de dosagem de Hveem foi desenvolvido baseado nas propriedades de coesão e atrito dos corpos de prova compactados, onde a densidade e os vazios dos CPs são estabelecidos antes da medição da estabilidade com o estabilômetro, cujo protagonista deste método se destaca Francis N. Hveem (IA, 2001).
Os ensaios e as análises aos quais os corpos de prova são submetidos pelo método Hveem, descritos pelo Instituto do Asfalto (2001), são realizados seguindo a ordem:
Ensaio de estabilidade;
Determinação da densidade aparente;
Ensaio de expansão.
2.1.4.4 Método Superpave
_____________________________________________________________________________________________ trincamento por fadiga e por baixas temperaturas. Dentre estas características, foram designadas duas categorias: as propriedades de consenso e as de origem. As primeiras estão relacionadas com a angularidade do agregado graúdo e miúdo, partículas alongadas e achatadas e teor de argila.
Bernucci et al. (2008), diferenciam os métodos Marshall e Superpave citando dois aspectos incomum entre eles. A primeira se refere à forma de compactação, enquanto na dosagem Marshall realizada por impactos (golpes), na dosagem Superpave é realizada por amassamentos (giros). A segunda, diz respeito à forma de escolha da granulometria da mistura de agregados, na qual a metodologia Superpave incluiu conceitos de pontos de controle e zonas de restrição.
Marques (2004) disserta que a aplicação do sistema SUPERPAVE depende do volume de tráfego, onde foram desenvolvidos 3 níveis de projeto de misturas, sendo o primeiro para tráfego abaixo de 10 6, o segundo para tráfego entre 10 6 e 10 7 e o terceiro para tráfego acima de 10 7. O
autor observa que o procedimento utiliza critérios volumétricos para a definição da dosagem, assim como o Marshall, porém também não avalia as características resilientes da mistura.
2.1.4.5 Método Triaxial Smith
O método de dosagem Triaxial Smith desenvolvido por V. R. Smith, é o ensaio segundo o
Asphalt Institute (AI), que melhor correlaciona o confinamento quase que total que as laterais de
um maciço recebe na natureza, onde, em laboratório é aplicada uma pressão lateral nos corpos de prova e, posteriormente, são submetidos a pressões verticais (SENÇO, 2001). Ainda conforme com o autor, isso representa um avanço no aperfeiçoamento dos métodos de dimensionamento de misturas asfálticas.
2.1.5 Pavimentos: Avanços Tecnológicos
Segundo a CNT (2019), ao avaliar a superfície do pavimento, em 75,0% da extensão total das vias avaliadas, há a presença de sinais de desgaste, bem como indícios de trinca em malha/remendos ou afundamentos/ondulações/buracos. Contudo, apenas em 26.203 Km de rodovias, a superfície encontra-se em perfeito estado de conservação. Destaca-se, ainda, uma extensão de 961 km da superfície do pavimento totalmente destruída, conforme Figura 7.
Figura 7 - Condição da superfície do pavimento
Fonte: CNT (2019, p. 77)
Gradativamente, os setores rodoviários têm constatado que o desenvolvimento sustentável requer que o atendimento às demandas do modelo de crescimento da frota atual seja vinculado à conservação do capital natural, isto é, os agregados naturais extraídos das jazidas para produção da massa asfáltica vêm se tornando um problema devido ao planeta não possuir a capacidade de suprir as necessidades das gerações presentes e futuras (CNT,2019).
Atualmente, ainda de acordo com o mesmo autor, observa-se o acentuado desmatamento, associado a outros problemas ambientais, como as mudanças climáticas e o aquecimento global, o que leva às discussões sobre a relação entre o meio ambiente e os setores da economia, como o transporte. Com esse olhar, é imprescindível promover a sustentabilidade do transporte brasileiro, visto que essa atividade é uma das bases da economia nacional, pois permite o funcionamento dos diversos serviços e das cadeias produtivas do país, destacado pelo mesmo autor.
Há diferentes alternativas para reduzir os impactos adversos da atividade transportadora na natureza e na sociedade. Uma das medidas fundamentais para alcançar esse propósito é melhorar a qualidade da infraestrutura do transporte rodoviário brasileiro.
Conforme Cabral (2005), aliado à extração de agregados naturais desenfreada para atender a demanda atual no ramo rodoviário, está a carência de agregados naturais em várias regiões do
_____________________________________________________________________________________________ na área de pavimentação. Somadas à escassez geológica das jazidas, as restrições ambientais à sua exploração agravam essa carência, tornando a busca por agregados artificiais uma alternativa atraente. No Brasil, os principais estudos voltados para a busca de tecnologias relacionadas aos agregados artificiais vêm avançando continuamente em face dos esforços de pesquisas científicas e estratégicas levadas a efeito.
Em função dessa escassez de agregados pétreos na região e da elevada distância de transporte de agregados, que geram um aumento considerável nos custos de construção, torna-se interessante o estudo da viabilidade de utilização do material existente no local, como por exemplo: o solo argiloso para a produção de agregados de argila calcinada (CABRAL, 2005).
Segundo Silva (2006), os estudos de agregado artificial de argila iniciaram-se com a tentativa de produção de argila expandida. Devido a necessidade de ser produzido em altas temperaturas, seu custo se torna elevado e as argilas para sua fabricação precisam ter características piroexpansivas. A produção de argila calcinada é feita a temperaturas mais baixas que a argila expandida, diminuindo o custo do material e as argilas para sua produção não precisam ter características piroexpansivas, tornando assim muito mais fácil a obtenção de jazidas para a extração de matéria-prima.
Ainda de acordo com o autor, o objetivo principal da utilização do agregado de argila calcinada em pavimentação é a sua aplicação em revestimentos asfálticos. Entretanto, as normas existentes de misturas asfálticas não foram elaboradas para aplicação com agregados de absorção elevada. Para dosagem de misturas asfálticas a quente com agregados de argila calcinada as normas deverão ser revistas, isto é, devido a estes percalços, o ideal é a revisão normativa a fim de se obter parâmetros que venham a padronizar a utilização deste tipo de agregado em misturas asfálticas.
Foi através da Universidade de Texas A & M, pioneira na área de pesquisa de argila expandida, que começou-se a empregabilidade deste material em pavimentos asfálticos, conforme já visto anteriormente. Pôde-se analisar as amostras de argila, em formatos esféricos, com 125mm de diâmetro e 380mm de extensão, onde a intenção se mantém na busca por sua viabilidade financeira e técnica. A conclusão destes estudos demonstrou que de fato todos os solos compostos por argila que garantem uma resistência à compressão manual quando secos ao ar aceitável, depois de umedecidos e moldados em forma de pelotas, são capazes de servirem como fonte de
