LEONARDO MANN SAUSEN
DESEMPENHO MECÂNICO DE MISTURAS ASFÁLTICAS
CONVENCIONAIS COM ADIÇÃO DE CAL DE CARBURETO
Ijuí 2019
DESEMPENHO MECÂNICO DE MISTURAS ASFÁLTICAS
CONVENCIONAIS COM ADIÇÃO DE CAL DE CARBURETO
Trabalho de Conclusão de Curso de Engenharia Civil apresentado como requisito parcial para obtenção do título de Engenheiro Civil.
Orientador(a): Prof. Daiana Frank Bruxel Bohrer
Ijuí /RS 2019
DESEMPENHO MECÂNICO DE MISTURAS ASFÁLTICAS
CONVENCIONAIS COM ADIÇÃO DE CAL DE CARBURETO
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, 11 de fevereiro de 2019
Prof. Daiana Frank Bruxel Bohrer Mestre pela Universidade Federal de Santa Maria - Orientador Prof. Lia Geovana Sala Coordenador do Curso de Engenharia Civil/UNIJUÍ
BANCA EXAMINADORA
Prof. Diorges Carlos Lopes (UNIJUÍ) Mestre pela Universidade Federal de Santa Maria
Prof. Daiana Frank Bruxel Bohrer Mestre pela Universidade Federal de Santa Maria - Orientador
Dedico este trabalho a minha família e aos meus amigos, que sempre me apoiaram para que esse momento fosse concretizado, MUITO OBRIGADO!
essa oportunidade e por sempre estarem ao meu lado durante este período, não deixando faltar nada, por toda preocupação, cobrança, carinho. Sou eternamente grato a cada um de vocês, MUITO OBRIGADO!
A todos meus amigos, os que estavam sempre por perto para dar apoio e também os que de longe, sempre estiveram ali, através de palavras ou pequenos gestos, GRATIDÃO!
A minha orientadora, Professora Daiana Bruxel, que topou assumir e me ajudar nessa pesquisa, mesmo o convite chegando na metade do caminho. Meu mais sincero muito obrigado, com certeza sem as suas ajudas, cobranças, dicas eu não teria conseguido.
Ao laboratorista e grande amigo Luiz Donato, pela paciência em explicar inúmeras vezes o mesmo procedimento, pela parceria e risadas durante as manhãs e tardes no LEC. Com certeza também não teria conseguido concluir esta pesquisa sem o teu apoio.
A todos os colegas que de alguma forma me ajudaram durante a execução desta pesquisa, principalmente aos colegas e amigos Diego Menegusso, Jonatan Padilha e Leonardo Rusch, que sempre que precisei estiveram presentes no LEC para ajudar na moldagem.
Aos demais professores que, de alguma forma, contribuíram para que hoje, este sonho se pudesse se tornar realidade.
A secretária do curso de Engenharia Civil, Cassiana Oliveira, que sempre que precisávamos de alguma ajuda para alterar algo na matrícula ou resolver burocracias, ela estava ali, de prontidão, para nos ajudar.
Aos demais colegas de curso, agradeço pelo companheirismo no decorrer desta caminhada dentro da universidade.
Agradeço todas as dificuldades que enfrentei; não fosse por elas, eu não teria saído do lugar.
cal de carbureto. 2018. Trabalho de Conclusão de Curso. Curso de Engenharia Civil,
Universidade Regional do Noroeste do Estado do Rio Grande do Sul – UNIJUÍ, Ijuí, 2018. Nos últimos anos, parte dos pavimentos asfálticos brasileiros vem apresentando algum tipo de patologia, comprometendo assim o seu desempenho. Com o crescimento das aparições destas patologias, uma das grandes preocupações do profissional de Engenharia, atuante no ramo da pavimentação, é a busca por materiais ou novas técnicas, com o objetivo de melhorar a qualidade das misturas asfálticas para que haja uma redução da degradação prematura dos revestimentos asfálticos. Estudos publicados nos Estados Unidos (Little et al., 2006) dizem que incorporar cal em misturas de ligantes asfálticos melhoram a adesividade agregado/ligante, além de retardar o aparecimento de trincas no pavimento. Portanto, fundado nestes aspectos e na busca por materiais alternativos, o presente estudo avaliou, de forma comparativa, por meio de ensaios empíricos, o comportamento mecânico de três misturas. Uma mistura referência, sem adição de cal, denominada REF, e duas misturas onde foram adicionados 1e 2% de cal, denominadas 1%CAL e 2%CAL, respectivamente. A cal utilizada nesta pesquisa é a cal de carbureto (hidróxido de cálcio), um excedente industrial, originado de indústrias de metal. Com a análise dos resultados aferidos, verificou-se que em relação a resistência à tração, a mistura 2%CAL apresenta a maior resistência dentre as três misturas e que na mistura 1%CAL, a cal afetou a estrutura do pavimento, não proporcionando a adesividade agregado/ligante desejada. Com relação à Metodologia Lottman, observou-se que com condicionamento, todas as misturas apresentam um desgaste ao longo da vida útil, sendo a mistura 1%CAL a com o menor desgaste quando exposta ao condicionamento. Sem condicionamento, as amostras da mistura REF apresentaram a maior resistência. Com base nos ensaios realizados é possível perceber as desigualdades entre cada mistura, igualmente, percebe-se a influência da cal no desempenho mecânico apresentado. Constatou-se que a incorporação de 1% de cal de carbureto, não é o suficiente para a mesma agir como um fíler ativo, reduzindo assim, a resistência à tração e à compressão do pavimento.
Palavras-chave: Pavimentação asfáltica, ligantes asfálticos, incorporação de cal, cal de
cal de carbureto. 2018. Trabalho de Conclusão de Curso. Curso de Engenharia Civil,
Universidade Regional do Noroeste do Estado do Rio Grande do Sul – UNIJUÍ, Ijuí, 2018.
In recent years, some of the Brazilian asphalt pavements have been presenting some kind of pathology, thus compromising their performance. With the growth of these pathologies, one of the major concerns of the professional working in the field of pavement Engineering is the search for materials or new techniques with the objective of improving the quality of the asphalt mixtures so that there is a reduction of the premature degradation of the asphalt coatings.
Studies published in the United States (Little et al., 2006) that incorporating lime into mixtures of asphalt binders improves adhesion aggregated-binder, in addition to delaying the appearance of cracks in the pavement. Therefore, founded in these aspects and in the search for alternative materials, the present study evaluated, in a comparative, through empirical tests, the mechanical behavior of three mixtures. A reference mixture, without addition of lime, called REF, and two mixtures where were added 1 and 2% of lime, denominated 1%CAL and 2%CAL, respectively. The lime used in this research is carbide lime (calcium hydroxide), an industrial surplus, originating from metal industries. With the analysis of the results, it was verified that related to tensile strength, the 2%CAL mixture shows the highest strength among the three mixtures and that in the 1%CAL mixture the lime affected the pavement structure, not providing the adhesion aggregated-binder desired. Related to the Lottman methodology, it was observed that with conditioning, all the mixtures present a wear over the life cicle, being the mixture 1%CAL the one with less wear when exposed to the conditioning. Without conditioning, the samples of the REF mixture presented the greatest resistance. Based on the tests performed it is possible to notice the inequalities between each mixture, likewise, it is possible to notice the influence of lime on the presented mechanical performance. It was found that the incorporation of 1% of carbide lime is not enough to act as an active filler, reducing the tensile strength and compression of the pavement.
Figura 2 - Representação convencional de cruvas granulométricas ... 23
Figura 3 - Diagrama da classificação de ligantes asfálticos segundo DNER ... 25
Figura 4 - Delineamento da pesquisa ... 33
Figura 5 - Jazida da Pedreira Tabille ... 35
Figura 6 - Brita 3/4 e Brita 3/8 ... 36
Figura 7 - Pó de pedra ... 36
Figura 8 - Cal de carbureto ... 37
Figura 9 - Diferença entre densidade real, aparente e efetiva ... 40
Figura 10 - Etapas para o ensaio do cesto metálico ... 42
Figura 11 - Agregado miúdo submetido à vacuo no picnômetro ... 42
Figura 12 - Equipamento e estado de tensões gerado no ensaio ... 45
Figura 13 - Corpos de prova em banho à 60ºC ... 46
Figura 14 - Corpo de prova submergido em água destilada e exposto ao vácuo ... 46
Figura 15 - Corpo de prova após rompimento na prensa ... 47
Figura 16 - Corpo de prova após retirado do molde ... 48
Figura 17 - Prensa e molde usados para realização do ensaio ... 48
Figura 18 - Curva granulométrica do material pétreo ... 50
Figura 19 - Curva granulométrica da mistura REF ... 54
Figura 20 - Curva granulométrica da mistura 1%CAL ... 55
Figura 21 - Curva granulométrica da mistura 2%CAL ... 56
Figura 22 - Parâmetros da mistura asfáltica ... 57
Figura 23 - Média de resistência à tração das misturas ... 59
Figura 24 - Comparação entre as resistências à tração pelos grupos com e sem condicionamento ... 61
Figura 25 - Comparação entre a Resistência Retida à tração obtida e a mínima ... 62
Figura 26 - Comparação dos valores de estabilidade aferidos com o mínimo exigido por norma ... 63
Figura 27 - Relação Estabilidade x Volume de Vazios ... 63 Figura 28 - Comparação da fluência aferida em ensaio com as permitidas por norma 64
Tabela 2 - Análise química da cal de carbureto produzida no Estado de São Paulo .... 32
Tabela 3 - Número de corpos de prova... 34
Tabela 4 - Propriedades do ligante asfáltico 50/70... 38
Tabela 5 - Série de peneiras utilizadas para a composição granulométrica ... 39
Tabela 6 - Porcentagem media passante de cada material ... 49
Tabela 7 - Massa específica e absorção dos agregados graúdos da mistura REF ... 50
Tabela 8 - Massa específica e absorção dos agregados graúdos para mistura 2%CAL51 Tabela 9 - Massa específica e absorção dos agregados graúdos da mistura 1%CAL .. 51
Tabela 10 - Massa específica dos agregados miúdos da mistura REF para as temperaturas de 25, 35, 45 e 55ºC ... 51
Tabela 11 - Massa específica dos agregados miúdos da mistura 1%CAL para as temperaturas de 25, 35, 45 e 55ºC ... 52
Tabela 12 - Massa específica dos agregados miúdos da mistura 1%CAL para as temperaturas de 25, 35, 45 e 55ºC ... 53
Tabela 13 - Resumo das características da mistura ... 54
Tabela 14 - Resultados da Resistência à Tração (RT) das amostras ... 58
Tabela 15 - Resultados médios de RT e desvio padrão das amostras ... 58
Tabela 16 - Resultados obtidos pela Metodologia Lottman em cada amostra ... 60
ABEDA Associação Brasileira das Empresas Distribuidoras de Asfalto ADP Asfalto diluído de petróleo
AMD Asfalto modificado por borracha moída de pneu ARE Agentes de reciclagem emulsionados
ASTM American Society for Testing and Materials BGS Brita graduada simples
C2H2 Acetileno
CA(OH)2 Hidróxido de cálcio CAC2 Carbureto de cálcio
CAP Concreto asfáltico de petróleo
CBUQ Concreto betuminoso usinado à quente CIENTEC Fundação de Ciência e Tecnologia CNT Confederação Nacional do Transporte
CP Corpo de prova
CPA Camadas porosas de atrito Dap Densidade aparente Def Densidade efetiva
DER/SP Departamento de Estradas de Rodagem de São Paulo DNER Departamento Nacional de Estradas de Rodagem DNIT Departamento Nacional de Infraestrutura de Transporte
EAP-E Asfaltos modificados por polímeros elastomérios
H2O Água
ISC Índice de Suporte Califórnia Kcal Quilocaloria
Kg Quilograma
Kgf Quilograma-força KPa Quilopascal
L Leitura na balança correspondente ao agregado submerso LEC Laboratório de Engenharia Civil
m³ Metro cúbico
m³/h Metro cúbico por hora
Mh Massa ao ar do agregado na condição saturada de superfície seca
ml Mililitro
mm Milimetro
MPa Megapascal
Mr/Rt Relação módulo de resiliência/resistência à tração Ms Massa ao ar do agregado seco em estufa
nº Número
NBR Norma brasileira
REFAP Refinaria Alberto Pasqualini RRt Resistência Retida à Tração
RS Rio Grande do Sul
RT Resistência à Tração SMA Stone Matrix Asphalt
SUPERPAVE Superior Performance Asphalt Pavemente
UNIJUÍ Universidade Regional do Noroeste do Estado do Rio Grande do Sul
Vv Volume de vazios
1.1 Contexto ... 13 1.2 Problema ... 15 1.3 Objetivos de Pesquisa ... 16 1.3.1 Objetivo Geral...16 1.3.2 Objetivos Específicos... ... 16 1.4 Delimitações ... 16 2 REVISÃO DA LITERATURA ... 17 2.1 Pavimentos Asfálticos ... 17 2.1.1 Pavimentos Rígidos... 18 2.1.2 Pavimentos Semirrígidos ... 18 2.1.3 Pavimentos Flexíveis ... 18
2.2 Camadas do Pavimento Flexível ... 19
2.2.1 Revestimento... ... 19 2.2.2 Base... ... 20 2.2.3 Sub-base... ... 21 2.2.4 Reforço do Subleito... 21 2.2.5 Regularização do Subleito ... 21 2.3 Materiais de Pavimentação ... 22 2.3.1 Agregado Mineral... 22 2.3.2 Ligantes asfálticos...24
2.3.2.1Cimento Asfáltico de Petróleo – CAP... ... .25
2.4 Dosagem de Misturas Asfálticas ... 26
2.4.1 Método de Hveem... ... 27
2.5.1 Adesividade... 29 2.6 Cal de Carbureto ... 30 3 MÉTODO DE PESQUISA ... 33 3.1 Estratégia de Pesquisa ... 33 3.2 Delineamento ... 33 3.3 Materiais Utilizados ... 34 3.3.1 Caracterização... 35 3.3.1.1Agregados minerais...35 3.3.1.2Cal de Carbureto... 36 3.3.1.3Ligante asfáltico...37
3.4 Procedimentos de Ensaios e Equipamentos ... 38
3.4.1 Análise granulométrica ... 38
3.4.2 Massa específica e absorção de água dos materiais ... 39
3.4.2.1Agregado graúdo...40
3.4.2.2Agregado miúdo... 42
3.4.3 Dosagem Marshall... 43
3.4.4 Ensaio de Resistência à Tração ... 44
3.4.5 Ensaio Metodologia Lottman ... 45
3.4.6 Ensaio de Estabilidade e Fluência ... 47
4 RESULTADOS ... 49
4.1 Caracterização dos Materias ... 49
4.1.1 Análise granulométrica ... 49
4.1.2 Massa específica e absorção de água ... 50
4.2 Caracterização das Misturas Asfálticas ... 53
4.2.4 Ensaio de estabilidade e fluência ... 62
5 CONCLUSÕES ... 65
5.1 Conclusões dos Ensaios Realizados ... 65
5.2 Sugestões para Trabalhos Futuros ... 66
1 INTRODUÇÃO
1.1 CONTEXTO
Specht (2004) explica que a degradação de pavimentos está associada a várias patologias, dentre elas podem ser citadas: deformações permanentes excessivas, trincamento por fadiga, trincamento por retração térmica e desagregação. Às duas primeiras estão mais relacionadas com o tráfego atuante e as estruturas do pavimento, enquanto que as duas últimas estão relacionadas com as características dos materias utilizados e as condições climáticas atuantes.
Na atualidade, o profissional da Engenharia no ramo da pavimentação busca por materiais que apresentam uma melhor resistência para os pavimentos rodoviários devido a várias patologias encontradas recentemente em locais de tráfego.
Nos pavimentos asfálticos submetidos a tráfego de médio a elevado, o revestimento é composto por um concreto asfáltico, mistura asfáltica realizada à quente, constituída de agregado graúdo, agregado miúdo, material de enchimento (fíler) e cimento asfáltico de petróleo (CAP). Seu preparo deve ser executado em usina apropriada, de forma que o CAP recubra totalmente os agregados. Após a usinagem, a mistura deve ser espalhada e compactada à quente de forma a atender as exigências constantes nas especificações (BIRMAN, 1982).
Nos últimos anos, parte dos pavimentos asfálticos brasileiros vem apresentando algum tipo de patologia, comprometendo assim seu desempenho e a segurança dos usuários. As aparições destas patologias devem-se ao crescimento do tráfego nas rodovias brasileiras. Segundo a Confederação Nacional de Transporte (CNT, 2018), nos últimos dez anos, houve um crescimento de 82,4% na frota de veículos, este incremento, combinado com a baixa qualidade e a baixa densidade viária, proporciona as péssimas qualidades das rodovias brasileiras e também a elevação dos custos com manutenção. Grande parte deste tráfego intenso nas rodovias do país é de veículos pesados, onde muitos destes, devido a falta de fiscalização pelos órgãos responsáveis, trafegam com excesso de carga, agravando os problemas nas vias.
Nos pavimentos rodoviários ocorrem patologias como, buracos, afundamento na trilha de roda e ondulações, que acarretam sérios prejuízos à atividade econômica e à sociedade. Na
atividade econômica, conforme a Associação Brasileira das Empresas Distribuidoras de Asfaltos - ABEDA (2018) o sistema rodoviário nacional transporta a maior parte da economia, aproximadamente 62,2%. Já para a sociedade, as deformidades causam um acréscimo de tempo e de custo das viagens, um maior consumo de combustíveis e maior desconforto aos usuários que por ela transitam.
O modal rodoviário é um dos modais mais utilizados no dia a dia do brasileiro, sendo um dos elementos fundamentais nas cadeias produtivas. Este, fomenta a união em que promove a integração de regiões e estados, como também a interação aos outros modais presentes no país, Brasil, tais como: Aéreo, Ferroviário, Aquaviário e duto ferroviário. Deste modo, este modal, faz com os pavimentos asfálticos brasileiros tenham seu comportamento comprometido em algumas situações onde o volume de veículos e o excesso de cargas são elevados, causando deterioração prematura e como consequências, aumento nos custos dos transportes (HIRSCH, 2007).
O desempenho de um pavimento está condicionado a uma complexa combinação de fatores relacionados aos materiais utilizados, referente a técnicas construtivas, ação climática, de tráfego e ao programa de manutenção e restauração. O alto custo dos materiais envolvidos tem, nos últimos anos, motivado pesquisadores a buscar e investigar novos materiais, bem como novas combinações, buscando materiais que possam apresentar bom desempenho e um custo inferior (SPECHT, 2002).
Estudos divulgados nos Estados Unidos (Little et. al, 2006), descrevem que a incorporação da cal em misturas asfálticas, além de melhorar a adesividade do agregado com o ligante e enrijecer o ligante asfáltico e a própria mistura, retarda o trincamento, altera favoravelmente a cinética da oxidação e interage com produtos da oxidação, reduzindo seus efeitos deletérios.
Nota-se através das pesquisas realizadas pela Confederação Nacional de Transporte (CNT, 2018) a alta utilização da malha viária no país, tanto na forma de transportes rodoviários de passageiros como em transportes públicos, sendo assim, há o desafio de pesquisar-se métodos e materiais novos visando a vida útil, qualidade e segurança do pavimento. Contudo, a relação custo-benefício ainda possui grande peso na escolha do material a ser utilizado. Porém, a opção por um revestimento de alta durabilidade, é uma escolha que deve-se levar como opção, uma vez que mesma reduz os custos de manutenção e de operação das vias durante o tempo de serviço.
Esta pesquisa é relevante, porque segundo pesquisa rodoviária de 2018 da Confederação Nacional de Transporte (CNT), o Brasil possui 1.720.700 km de rodovias. Para a avaliação das condições das rodovias, foram percorridos os trechos de malha rodoviária federal pavimentada e os principais trechos estaduais pavimentados, resultando assim em um total de 107.161 km de rodovias avaliados. Os resultados obtidos para o estado da pavimentação foram: Ótimo – 42,3%, bom – 6,8%, regular – 37,0%, ruim – 9,5% e péssimo – 4,4%. Estima-se que os gastos com acidentes em rodovias federais giram em torno de R$10,77 bilhões, valor o qual é 35% superior ao montante investido pelo governo federal em infraestrutura rodoviária no ano de 2017 (R$7,98 bilhões).
2.3 PROBLEMA
Ao analisar-se o sistema viário brasileiro, observasse que sua matriz de transporte é predominante rodoviária. Esta característica faz com que a infraestrutura viária assuma um papel fundamental na mobilidade em nosso país. Segundo dados da CNT (2014), o modal rodoviário foi responsável por 55,2% do PIB do setor de transportes. (36,2% rodoviário de cargas e 19% rodoviário de passageiros).
A baixa qualidade dos revestimentos asfálticos encontrados pelas rodovias do país é decorrente do baixo investimento por parte do governo em infraestrutura rodoviária. Desde 2004, os anos de 2010 e 2011 registraram os maiores investimentos na malha rodoviária: 0,26% e 0,25% do PIB, respectivamente. Além de ser insuficiente, mais da metade dos recursos destinados a infraestrutura rodoviária, é para a manutenção das rodovias, uma vez que o mesmo é inferior ao de adequação ou construção de uma rodovia nova.
Questão principal
As misturas asfálticas moldadas com a adição de cal de carbureto, resultam em pavimentos com melhores resultados?
Questões secundárias
Qual a melhor porcentagem de cal a ser adicionada para que os resultados sejam favoráveis?
1.3 OBJETIVOS DE PESQUISA
1.3.1 Objetivo Geral
Analisar o desempenho das misturas asfálticas convencionais após a adição da cal de carbureto.
1.3.2 Objetivos Específicos
Verificar a influência na propriedade mecânica da mistura diante da incorporação da cal de carbureto;
Analisar a adesão/coesão das misturas de ligantes de asfalto convencional após a adição de cal de carbureto
1.4 DELIMITAÇÕES
A análise foi restrita ao estudo dos resultados obtidos através de ensaios empíricos, onde adicionou-se cal de carbureto a uma mistura base de projeto de pavimento asfáltico. O presente estudo foi realizado a partir das mudanças de comportamento mecânico e plástico apresentados pela mistura base
2 REVISÃO DA LITERATURA
Neste capítulo comenta-se sobre os pavimentos asfálticos de uma forma geral, as camadas que o compõe, materiais utilizados na pavimentação, métodos de dosagem e também sobre adesividade agregado/ligante.
2.3 PAVIMENTOS ASFÁLTICOS
Bernucci et. Al (2006) definem pavimento asfáltico como uma estrutura de múltiplas camadas de espessuras limitadas, construídas sobre a superfície final de terraplanagem, destinada técnica e economicamente a resistir aos esforços provenientes do tráfego de veículos e do clima, e a proporcionar aos usuários melhorias nas condições de rolamento, com conforto, economia e segurança.
Nos pavimentos asfálticos sujeitos ao tráfego de médio a elevado, o revestimento é constituído por concreto asfáltico, mistura asfáltica realizada à quente composta de agregado graúdo, agregado miúdo, material de enchimento (fíler) e cimento asfáltico de petróleo (CAP). Seu preparo deve ser realizado em usina adequada, de forma que o CAP revista completamente os agregados. Após a usinagem, a mistura deve ser espalhada e compactada à quente de forma a atender as exigências constantes nas especificações (BIRMAN, 1982).
Segundo Bock (2012), no decorrer dos últimos anos, parte dos pavimentos asfálticos brasileiros vem apresentando algum tipo de patologia, decorrente do aumento do tráfego e da circulação com excesso de cargas dos mesmos. Esses fatores, juntamente com a deficiência na manutenção e projetos muitas vezes inadequados, os quais empregam critérios retrógrados onde não englobam todas as variáveis.
Os pavimentos, de maneira geral, são classificados de três formas: rígidos, semirrígidos e flexíveis. Fatores os quais se traduzem na citação de Balbo (1997):
A diferença evidentemente notável, pois facilmente mensurável, entre o pavimento rígido e o pavimento flexível é que este último apresenta um maior e mais expressivo deslocamento vertical elástico (ou deflexão, conforme emprega-se no mundo rodoviário), quando solicitados por cargas idênticas.
2.1.1 Pavimentos Rígidos
De acordo com o manual de pavimentação do DNIT (2006, p. 95), pavimentos rígidos possuem o revestimento mais rígido, quando comparado às camadas inferiores, onde o mesmo absorve quase que totalmente todas as tensões ocasionadas pelo carregamento aplicado. Geralmente é construído em lajes de concreto de cimento Portland.
Balbo (1997), explica que pavimento rígido é aquele que se constitui com uma camada superficial de concreto de cimento Portland.
2.1.2 Pavimentos Semirrígidos
Conforme norma do DNIT (2006, p. 95), pavimentos semirrígidos são caracterizados por uma base formada por algum aglutinante com propriedades cimentícias e uma cama de solo cimento revestida por uma camada asfáltica.
O Departamento de Estradas de Rodagem do Estado de São Paulo (DER/SP, 2006), descreve que os pavimentos semirrígidos conceituam-se por constitui uma camada de revestimento asfáltico e de base ou sub-base em material estabelecido com adição de cimento Portland. Identificam-se estes pavimentos como sendo do tipo direto quando a camada de revestimento asfáltico é realizada sobre uma camada de base cimentada e do tipo indireto ou invertido quando a camada de revestimento é executada sobre a camada de base granular e sub-base cimentada.
2.1.3 Pavimentos Flexíveis
Conforme Balbo (2007), pavimento flexível é aquele onde os esforços são absorvidos de forma dividida entre várias camadas, encontrando-se as tensões verticais em camadas inferiores, concentradas em região próxima da área de aplicação da carga.
Ainda segundo Balbo (2007), caracteriza o pavimento flexível em que é composto das seguintes camadas: subleito, reforço do subleito, sub-base, base e revestimento.
Segundo o DER/SP (2006) os pavimentos flexíveis são compostos por um revestimento asfáltico, o qual recobre as camadas com base granular. Os esforços provenientes do tráfego são absorvidos pelas múltiplas camadas que constituem a estrutura do pavimento flexível.
2.2 CAMADAS DO PAVIMENTO FLEXÍVEL
Bernucci et. al (2008) afirmam que os pavimentos flexíveis possuem cinco camadas, as quais seriam: revestimento, base, sub-base e reforço de subleito e o subleito. A Figura 01 demonstra um esquema destas camadas.
Fonte: Balbo (2007)
2.2.1 Revestimento
O revestimento asfáltico é a camada superior designada a suportar diretamente as ações do tráfego e difundi-las de forma reduzida às camadas inferiores, aprimorar as condições de rolamento, além de impermeabilizar o pavimento (BOCK, 2012).
O revestimento é a camada mais nobre do pavimento, devendo a sua execução ser procedida de detalhados ensaios de dosagem e acompanhada por rigorosos ensaios de controle. É a camada designada a resistir ao desgaste oriundo do tráfego (SENÇO, 2001).
De acordo com Hermes (2013), no Brasil são utilizados variados tipos de revestimentos, sendo o mais utilizado o concreto betuminoso usinado a quente (CBUQ), onde o mesmo é constituído por agregados de variados tamanhos e misturado com um ligante betuminoso. O CBUQ pode ser produzido em usinas fixas ou móveis, onde todos os elementos são aquecidos em temperaturas controladas devido a sua característica visco-plástica do cimento asfáltico de petróleo (CAP).
2.2.2 Base
Senço (2007), discorre que a base é uma camada que tem por finalidade resistir às ações do tráfego e dissipá-las ao subleito. A sub-base é uma camada complementar à base, com as mesmas funções dela, mas não com os mesmos requisitos. O pavimento pode ser considerado composto de base e revestimento, sendo que a base poderá ou não ser complementada pela sub-base e pelo reforço de subleito.
O referente autor ainda cita os materiais mais utilizados como base:
Brita Graduada Simples (BGS) – base originada da combinação entre agregados previamente dosados, possuindo finos para o enchimento e água, resultando em uma excelente resistência e distribuição das cargas após sua devida compactação;
Solo estabilizado granulométricamente – consiste na mistura de solos naturais ou artificia com rocha adulterada, que posteriormente a adição de água e compactado, apresenta boa condição de estabilidade;
Solo-cal – a utilização da cal na estabilização dos soltos tende a permitir uma melhoria da qualidade do solo e a estabilidade aumentando a capacidade de suporte.
Base de solo-asfalto – mistura de solo com asfaltos diluídos a determinada temperatura de aplicação e em dosagens apropriadas. Quando bem compactada e resguardado pela camada de revestimento, gera boa estabilidade e durabilidade ao pavimento
Macadame hidráulico ou seco – definido pela compressão do agregado graúdo e o enchimento de seus vazios com materiais finos igualmente distribuídos com o auxílio da água (no caso do hidráulico) ou não. Como base ou sub-base, este método gera boa estabilidade ao pavimento.
2.2.3 Sub-base
É uma camada granular de pavimentação realizada acima do subleito ou reforço do subleito, devidamente compactada e regularizada (DNER, 1997).
É a camada que complementa a base, quando, construir a base sobre a regularização ou subleito não for recomendável, por motivos técnicos ou econômicos. O material que constitui a sub-base deverá ter características tecnológicas superiores às do material de reforço; porém, o material da base deverá ter qualidade superior ao da sub-base (BALBO, 2007).
2.2.4 Reforço do Subleito
Segundo a norma DNIT ES 138/2010 define reforço de subleito como a “camada estabilizada granulométricamente, executada sobre o subleito devidamente compactado e regularizado, utilizada quando se torna necessário reduzir espessuras elevadas da sub-base”.
O uso do reforço de subleito não é obrigatório, uma vez que espessuras maiores de camadas superiores poderiam amenizar as pressões sobre um subleito ruim. Entretanto, busca-se utilizá-lo nestas situações por razões econômicas, pois subleito de baixa resistência demandariam, para alguns tipos de pavimentos (principalmente os flexíveis), do ponto de vista de projeto, camadas com maiores espessuras de base e sub-base (BALBO, 2007).
De acordo com a instrução de projeto, do Departamento de estradas de Rodagem de janeiro de 2006, os solos apropriados para camadas de reforço do subleito são os de Índice de Suporte Califórnia (ISC) superior ao do subleito e expansão máxima de 1%.
2.2.5 Regularização do Subleito
É a operação designada a adequar o leito estradal, transversal e longitudinalmente, seguindo às larguras e cotas constantes das notas de serviço de terraplanagem do projeto, incluindo cortes ou aterros de até 20 cm de espessura (DNER ES 299/97).
A regularização deverá proporcionar à superfície as características geométricas (inclinação transversal) do pavimento terminado. Nos trechos em tangente, duas rampas opostas de 2% de inclinação (em regiões de alta precipitação deve ter de 3 a 4%) e, nas curvas, uma rampa com inclinação da superelevação (SENÇO, 2007).
2.3 MATERIAIS DE PAVIMENTAÇÃO
No presente item, foram abordados os materiais que constituem o pavimento asfáltico, sendo eles os agregados e o ligante asfáltico.
2.3.1 Agregado Mineral
Segundo a NBR 9935 (2011) agregado é um material granular, geralmente inerte, com dimensões e propriedades adequadas para a preparação de argamassa ou concreto. Segundo Bernucci et al. (2008), os agregados classificam-se pela:
Natureza:
Os agregados podem ser artificiais, naturais e reciclados. A NBR 9935 (2011) define o agregado natural como material pétreo granular que pode ser utilizado tal como encontrado na natureza. A mesma norma também define agregado artificial como material granular derivado de processo industrial envolvendo alteração mineralógica, química ou físico-química da matéria prima original. E agregados reciclados como um material granular adquirido de procedimentos de reciclagem de rejeitos ou subprodutos da produção industrial, mineração, construção ou demolição da construção civil.
Tamanho:
Os agregados podem ser graúdos, miúdos e de enchimento (fíler). O agregado graúdo pela NBR 9935 (2011) é o agregado no qual os grãos passam pela peneira com abertura da malha de 75 mm e ficam retidos na peneira nº4 (abertura de malha de 4,75 mm). O agregado miúdo é agregado cujos grãos passam pela peneira nº4 e ficam retidos na peneira nº100 e o fíler (denominado como finos pela norma) é o material granular que passa na peneira nº100.
Distribuição dos grãos
A distribuição dos grãos é usualmente aferida pela análise de um gráfico conhecido como curva granulométrica. Obtêm-se a curva granulométrica através de uma amostra do agregado seco, com peso conhecido, que é separado por meio de uma série de peneiras com aberturas variadas.
De acordo com Bernucci et al. (2008), a distribuição granulométrica dos agregados é uma das fundamentais características perante o comportamento dos revestimentos asfálticos, influenciando em quase todas as propriedades da mistura como: a durabilidade, permeabilidade, trabalhabilidade, rigidez, estabilidade, resistência a fadiga e a deformação permanente, resistência ao dano por umidade induzida, etc.
Ainda segundo Bernucci et al. (2008), pode-se classificar esta curva como aberta, densa, uniforme ou com degrau. Curva densa ocorre quando o agregado possui uma granulometria contínua, deste modo, próximo da densidade máxima. E a com degrau ocorre quando o agregado possui pequena porcentagem de agregados com tamanhos intermediários. Considera-se os agregados com essa característica granulométrica muito sensíveis a segregação. A Figura 2 abaixo, ilustra todos os tipos de curvas citados.
A Washington Asphalt Pavement Association – WAPA (2010) determina que a curva uniforme ocorre quando o agregado possui uma granulometria que contém a maioria dos grãos em uma faixa de tamanho muito estreito, ou seja, a curva granulométrica é íngreme, já a curva aberta surge quando o agregado possui apenas uma pequena porcentagem de agregados retidos nas peneiras de menor abertura, resultando assim em mais vazios de ar, pois não há partículas pequenas suficientes para preencher os vazios entre os grãos maiores.
Fonte: WAPA (2010)
Vasconcelos (2004, pg.10) complementa que:
[...] existem na comunidade técnica algumas ambiguidades em relação à nomenclatura adotada para diferentes distribuições granulométricas de misturas asfálticas, tais como: aberta x fechada, densa x porosa, contínua x descontínua. Em alguns casos, uma das descrições acima mencionadas pode não excluir uma outra, fazendo com que a mistura possua mais de uma dessas características porém em países desenvolvidos, como os Estados Unidos e vários países da Europa, criou-se a cultura de utilização de misturas abertas e/ou descontínuas, como a Camada Porosa de Atrito (CPA) ou o SMA.
2.3.2 Ligantes asfálticos
De acordo com ABEDA (2010), o pavimento flexível é predominante nas rodovias brasileiras, atingindo a marca de 97% das estradas. Visto isto, compreende-se o asfalto como o principal componente das camadas de rolamento assim como, eventualmente, em camadas intermediárias da estrutura.
Segundo Ceratti e Reis (2011), o asfalto empregado na pavimentação é um ligante betuminoso com origem na destilação do petróleo e que possui a propriedade de ser termoviscoelástico, impermeável à água e pouco reativo. Pode-se mencionar inúmeros incentivos para o uso de asfalto em pavimentação, dentre elas:
Une os agregados, possibilitando uma flexibilidade controlável; Durabilidade e impermeabilidade;
Resistência à atuação de ácidos, dos álcalis e sais;
Aplicação de forma aquecido, diluído em solventes de petróleo ou emulsionado em água.
ABEDA (2010) considera ligantes asfálticos produtos provenientes do asfalto advindo de processos industriais utilizados na pavimentação e também classifica-se os principais tipos existentes no mercado como:
a) Cimento asfáltico de petróleo – CAP; b) Asfalto diluído de petróleo – ADP;
c) Aditivos asfálticos de reciclagem para Misturas a Quente; d) Emulsões asfálticas para pavimentação – EAP;
e) Agentes de reciclagem emulsionados – ARE;
f) Asfaltos modificados por Polímeros Elastomérios – EAP-E; g) Asfalto modificado por Borracha Moída de Pneu – AMB
h) Emulsões asfálticas Catiônicas Modificadas por Polímeros Elastométricos – EAP-E
A Figura 03 a seguir, exibe o diagrama dos principais tipos de ligantes asfálticos e seus determinados grupos, segundo a classificação do Departamento Nacional de Estradas de Rodagem (DNER) e as definições pertinentes a cada classe de ligante asfáltico.
Fonte: Mothé (2009) adaptado DNER
2.3.2.1 Cimento Asfáltico de Petróleo - CAP
De acordo com a definição do Asphalt Industry glossary of Terms (20??), caracteriza-se os cimentos asfálticos de petróleo pela coloração castanho escuro a preto, constituem-se
predominantemente de betumes, encontrados na natureza ou obtidos no processamento de petróleo. O asfalto dispõe de proporções variáveis, com predomínio de petróleo bruto e o seu emprego é cabível para a pavimentação, coberturas, finalidades industriais e outros fins especiais.
Realiza-se o processo de destilação com a finalidade de obter o asfalto, onde as frações leves, como o diesel, gasolina e querosene, são reservadas no refino do petróleo, obtendo assim o Cimento Asfáltico de Petróleo. Em referência a sua composição, o cimento asfáltico é composto maioritariamente por betume, o qual por definição, é solúvel no dissulfeto de carbono (ASPHALT INSTITUTE, 2002).
Segundo ABEDA (2001), em seu estado comum de utilização, os cimentos asfálticos de petróleo não são solúveis em água, apresentando-se em estado semissólido e não escoam em temperatura ambiente, carecendo de aquecimento para atingirem consistência adequada e aplicação sobre o pavimento. Os CAP’s apresentam propriedades aglutinantes e impermeabilizantes, são flexíveis e resistentes a ação da maior parte dos produtos inorgânicos e duráveis, características de suma importância para o seu desempenho como materiais de engenharia na construção e manutenção de rodovias.
Classifica-se o CAP por meio do ensaio de penetração, o qual segue as normatizações DNIT-ME 155/10, NBR 6576 (2007) e ASTM D5 em CAP 30-45, CAP 50-70, CAP 85-100 e CAP 150-200. Além deste ensaio, o cimento asfáltico de petróleo deve acatar intervalos de valores de outros critérios para que cumpra as especificações de ductibilidade, durabilidade, ponto de amolecimento, solubilidade, ponto de fulgor, entre outros.
2.4 DOSAGEM DE MISTURAS ASFÁLTICAS
A dosagem de uma mistura asfáltica é realizada através de processos laboratoriais, com o objetivo de definir um teor ideal de ligante para uma certa composição granulométrica. De acordo com Senço (2001), o projeto de um concreto asfáltico para pavimentação nada mais é que um estudo de seleção e dosagem dos materiais que irão constituir a mistura, com o objetivo de enquadrá-los nas especificações de concreto asfáltico.
Conforme o Asphalt Institute (2002), o principal intuito da dosagem de uma mistura asfáltica é realizar uma composição que tenha uma trabalhabilidade satisfatória e a melhor combinação possível das seguintes características:
Estabilidade: resistência à ação do tráfego sem sofrer distrações ou deslocamentos; Durabilidade: resistência à degradação pela ação do tráfego e/ou de intempéries; Flexibilidade: resistência à flexão sob a ação de carga repetida, sem ocorrência de fissuras;
Impermeabilidade: resistência à penetração e a percolação de água; Resistência ao atrito.
Existem inúmeros métodos para realizar-se uma dosagem de misturas asfálticas, dentre os mesmos, destacam-se o Método de Hveem, Método de Hubbard-Field, Método de Marshall e o Método de Superpave, os quais serão descritos a seguir.
2.4.1 Método de Hveem
Realiza uma análise de densidade/vazios, estabilidade e também é determinada a resistência da mistura ao inchamento em água. Este método possui duas vantagens reais em que, a primeira é o método de compactação pulsante em laboratório onde é tida pelos técnicos com a melhor simulação da compactação que ocorre com o concreto asfáltico em campo. A segunda, relacionada ao parâmetro de resistência, a estabilidade Hveem é uma medida direta dos componentes de atrito interno da resistência ao cisalhamento. Neste método, é medida a capacidade de um corpo de prova de suportar a deformação lateral no momento em que é aplicada uma carga vertical (MOTTA, 2000).
2.4.2 Método de Hubbard-Field
Foi um dos primeiros ensaios realizados com a finalidade de analisar as propriedades mecânicas. Neste ensaio, afere-se a resistência a extrusão de corpos de prova moldados com mistura betuminosa. Quando proposto, havia-se grande necessidade de medir a estabilidade de alguns tipos de misturas betuminosas, visto que o uso dos pavimentos betuminosos crescia de forma rápida (SENÇO, 2001).
2.4.3 Método Marshall
Specht (2004) disserta que:
O método foi desenvolvido por na década de 30 por Bruce G. Marshall, do Departamento de Transporte do Estado do Mississipi dos Estados Unidos. Esse método foi idealizado para efeito da determinação da quantidade de ligante que deveria ser usada na composição de mistura betuminosa, destinadas a serviços de pavimentação rodoviária. Durante a segunda guerra a USACE (Corpo de Engenheiros do Exército Americano), carecia de um método simples, prático e eficiente para dosagem de misturas asfálticas a quente, para uso na pavimentação de pistas de aeroportos militares.
Roberts et al. (1996) apud Rhode (2007), relata que anteriormente ao desenvolvimento do método Superpave, 75% dos departamentos de estradas de rodagem dos Estados Unidos empregavam adaptações do Método Marshall, enquanto os 25% restantes, utilizavam o Método de Hveem. No Brasil, é utilizado como critério para a dosagem de misturas asfálticas para a pavimentação o método Marshall, onde o procedimento prevê a dosagem de misturas asfálticas considerando valores empíricos para a estabilidade e fluência.
2.4.4 Método Superpave
A metodologia em questão, traz o dimensionamento de misturas adaptadas as condições de desempenho ditadas pelo tráfego e clima. O método proporciona a escolha e a combinação do ligante asfáltico, agregados e algum modificante necessário para atingir o nível demandado para o desempenho do pavimento (MOTTA, 2000).
Segundo estudos realizados por Marques et al. (2001), quando comparados os métodos de Marshall e Superpave, apesar da utilização de teores de ligantes praticamente iguais, os resultados dos arranjos do esqueleto mineral foram totalmente distintos. Os vazios do agregado mineral obtidos pelo Superpave mostram-se inferiores ao obtido pelo Marshall. Também foram obtidas características mecânicas diferentes para um teor de ligante praticamente idêntico, sendo a dosagem Superpave a mais conservativa.
2.5 ADESIVIDADE EM MISTURAS ASFÁLTICAS
No item a seguir, foi falado sobre a adesividade em misturas asfálticas e suas principais causas.
2.5.1 Adesividade
A união entre o cimento asfáltico e o agregado sob a ação do trafego e da água, propincia que sua propriedade seja assegurada pela adesividade nas misturas asfálticas. Pinilla (1965) explica que a aderência entre um ligante asfáltico e o agregado pétreo como a resistência que opõe o ligante asfáltico a ser distanciado do sólido pela ação das forças exteriores. Segundo Martinho (1992), a adesividade do CAP ao agregado é a medida de intensidade enérgica da ligação da película de CAP ao longo da superfície do agregado.
Segundo Bock (2009), as misturas asfálticas, designadas como camada de rolamento, devem apresentar flexibilidade suficiente, mesmo que expostas a baixas temperaturas, para minorar trincas na pavimentação decorrentes das oscilações térmicas, e por outro lado apresentar rigidez suficiente para sustentar as solicitações do tráfego. A preocupação dos profissionais na obtenção e utilização de matérias com maior durabilidade para serem utilizados em pavimentos. Além dos materiais utilizados apresentarem qualidade, é de suma importância que os mesmos tenham boas interações quando empregados em íntimo contato. A propriedade da adesividade ligante asfáltico/agregado, mesmo tendo sido negligenciada, é um dos aspectos importantes, respondendo por boa parte da qualidade da mistura asfáltica.
São diversos os fatores que influenciam a adesividade ou o dano induzido pela umidade. Hicks (1991) apud Specht (2004) sintetizou e classificou estes fatores, conforme pode-se analisar na Tabela 01. Esse mesmo autor Specht et al. (2004), informa que o volume de vazios é um dos principais fatores, relacionados as misturas com o volume de vazios entre 6 e 13%, em que não são nem impermeáveis nem drenantes, sendo as mais vulneráveis ao dano por umidade induzida. Outro fator que deve ser apontado, é a eficiência do sistema de drenagem de um pavimento, capaz de impedir o acúmulo de água junto ao revestimento e a umidade ascendente por capilaridade
Tabela 1 - Fatores associados as características da adesividade
Fonte: Hicks (1991) apud Bock (2009)
2.6 CAL DE CARBURETO
O acetileno – gás utilizado em inúmeras áreas da indústria como em solda, corte e revestimento de peças metálicas – tem sua origem através da reação de carbureto de cálcio com a água. O subproduto dessa reação é o hidróxido de cálcio (INDUSTRIA BRASILEIRA DE GASES, 2015)
Ramasamy et al. (2002) apresentam a reação responsável pela produção de acetileno na formula abaixo, onde pode-se observar que além do hidróxido de cálcio, obtém-se também 64kcal de calor por mol de carbureto. É necessário um litro de água para cada um quilo de carbureto de cálcio para que a reação aconteça e também para eliminar o calor gerado. Também é indicado que,
em caso das duas impurezas (sílica e alumina) apresentarem-se em uma concentração superior a 2,5%, há uma catalisação da hidrólise.
CaC2 (s) + 2H2O (l) → C2H2 (g) + Ca(OH)2 (aq) + 64 kcal
Onde:
CaC2= Carbureto de cálcio; H2O = Água;
C2H2= Acetileno;
Ca(OH)2= hidróxido de cálcio
O hidróxido de cálcio é também conhecido como cal de carbureto. Gera-se de dez a dose toneladas de cal de carbureto para a produção de 100 m³/h. A cal produzida em uma cor acinzentada e apresenta-se em uma forma pastosa, com 60 a 70% do material em estágio líquido (cada 1 m³ de pasta detêm 4,5 kg de hidróxido de cálcio). Cerca de 80% dos produtores do gás guardam a cal em reservatórios externos criando lagoas de sedimentação (RAMASAMY et al., 2002).
Cardoso et al. (2009) comparam, por meio de uma análise química, termogravimétrica e difração de raios-x, a cal de carbureto elaborada pela empresa White Martins no Estado de São Paulo com a cal hidratada frequentemente utilizada na construção civil no Brasil. Fundamentado nos resultados de caracterização obtidos, os pesquisadores concluíram que, apesar da cal de carbureto ter uma estrutura mais fechada, o que resultou em uma menor superfície específica e uma menor retenção de água que a cal hidratada comercial, ela apresenta capacidade de ser utilizada na construção civil, tanto como o principal aglomerante quanto como adição em misturas de argamassas. Contudo, há alguns ajustes a serem feitos na utilização deste subproduto, uma vez que observou-se a tendência da cal de carbureto de aglomerar rapidamente após os noventa minutos da sua mistura com água, contrariamente ao aumento gradual de resistência mostrado pela cal hidratada. Além da capacidade de apresentar problema estético provocado pelo surgimento de corpos cinza-claros com o endurecimento da cal de carbureto. A análise química realizada pelos pesquisadores encontra-se na Tabela 2.
(Fonte: adaptado de CARDOSO et al., 2009)
3 MÉTODO DE PESQUISA
2.3 ESTRATÉGIA DE PESQUISA
Esta pesquisa classifica-se como básica e quanto aos procedimentos, é de cunho experimental. A forma de abordagem do presente estudo é classificada como quantitativa.
Incialmente concluiu-se a composição da etapa de revisão bibliográfica desta pesquisa para então obtenção dos materiais necessários para a realização dos ensaios. Após a caracterização dos materiais foram elaboradas as misturas e suas respectivas análises laboratoriais para a análise de suas propriedades físico-mecânicas relevantes
3.2 DELINEAMENTO
O trabalho realizou-se a partir das etapas descritas a seguir, as quais estão representadas na Figura 4.
Fonte: Autoria própria
Durante a pesquisa bibliográfica, procurou-se pesquisar acerca dos conhecimentos gerais sobre os pavimentos e os revestimentos asfálticos, sua composição e a relevância dos agregados no aperfeiçoamento dos resultados operacionais dos pavimentos, por meio de livros, normas, manuais e especificações técnicas.
No próximo estágio, definiu-se os materiais utilizados para a preparação das misturas e seus devidos ensaios, os quais realizaram-se no Laboratório de Engenharia Civil da Unijuí seguindo as determinações normativas específicas para cada ensaio.
A partir da obtenção dos resultados obtidos através dos ensaios e da moldagem, fez-se uma análise comparando com as especificações exigidas pelos órgãos de controle. Por fim, no último estágio, obtiveram-se as conclusões dos resultados e as considerações finais acerca do assunto.
Para os ensaios foram moldados 56 corpos de prova referentes a três misturas realizadas. Primeiramente, moldou-se vinte corpos de prova para a definição do teor de ligante a ser utilizado na mistura. As misturas foram denominadas como REF (referência), 1%CAL (adição de 1% de cal de carbureto) e 2%CAL (adição de 2% de cal de carbureto). A Tabela 03 traz as quantidades de corpos de prova moldados e ensaios elaborados na presente pesquisa.
Fonte: Autoria própria
3.3 MATERIAIS UTILIZADOS
Os materiais utilizados para a elaboração dos ensaios empíricos foram: agregados minerais, cal de carbureto e cimento asfáltico de petróleo (CAP).
3.3.1 Caracterização
Nos seguintes subitens, foram caracterizados os materiais utilizados na pesquisa.
3.3.1.1 Agregados minerais
A amostra, com a qual os ensaios foram realizados, são provenientes de rocha basáltica e foram extraídos da jazida da Pedreira Tabille, localizada no município de Coronel Barros – RS, conforme mostra a Figura 05. Os agregados utilizados nesta pesquisa foram a brita ¾”, brita 3/8” e o pó de pedra. Posteriormente a coleta, a amostra foi transportada e estocada conforme as diretrizes da norma NBR 7211/2009.
Nas Figuras 06 e 07, pode-se observar o tamanho dos grãos e aspecto visual de cada um dos materiais utilizados na mistura. Após coletados, os agregados foram sujeitos a ensaios empíricos no Laboratório de Engenharia Civil da UNIJUÍ (LEC).
Fonte: https://bit.ly/2znKAOA (2018)
Fonte: Autoria própria
Fonte: Autoria própria
3.3.1.2 Cal de Carbureto
A partir do ano de 2009 o DNIT tem indicado a inclusão de cal em misturas asfálticas a serem utilizadas nas rodovias federais brasileiras, entretanto, não especifica a natureza mineral da cal e nem faz distinção em relação ao tipo de agregado.
A incorporação de cal em misturas asfálticas, além de melhorar a adesividade agregado-ligante e enrijecer o agregado-ligante asfáltico e a própria mistura (o que a torna mais resistente às deformações permanentes) retarda o trincamento (seja este ocasionado por fadiga ou por baixas temperaturas), altera favoravelmente a cinética da oxidação e interage com produtos da oxidação, reduzindo seus efeitos deletérios (BUDNY, 2010 apud NÚÑEZ et al., 2007, 24 p.).
Figura 6 - Brita 3/4 e Brita 3/8
A cal de carbureto (Figura 08) empregada nesta pesquisa, conforme citado anteriormente, compõe-se de hidróxido de cálcio e acetileno, obtida através de uma reação do carbureto de cálcio com a água. A procedência desta cal é da empresa Cientec – Fundação de Ciência e Tecnologia, com sede em Porto Alegre – RS.
Fonte: Autoria própria
3.3.1.3 Ligante asfáltico
O ligante asfáltico empregado nesta pesquisa foi o CAP 50/70, produzido na Refinaria Alberto Pasqualini – REFAP, com sede na cidade de Canoas – RS. Optou-se pelo uso de tal CAP devido ao fato de o mesmo ser o mais utilizado nas obras de pavimentação do estado do Rio Grande do sul e no Brasil. Observa-se na Tabela 4 as propriedades do ligante utilizado.
Fonte: REGULAMENTO TÉCNICO Nº3/2005 BRASQUÍMICA
3.4 PROCEDIMENTOS DE ENSAIOS E EQUIPAMENTOS
Nos itens a seguir, desceve-se sobre análise granulométrica, massas específicas dos agregados, dosagem Marshall e os ensaios que foram realizados nesta pesquisa.
3.4.1 Análise granulométrica
Segundo Bernucci et al. (2008), uma das principais características e que interfere de forma direta no comportamento dos revestimentos asfálticos, é a distribuição granulométrica dos agregados.
Realizou-se a composição granulométrica dos agregados minareis e da cal através de uma análise por peneiramento, prescrita pela NBR NM 248 (2003). A mesma diz o método para definir-se a composição granulométrica de agregados graúdos e miúdos e as peneiras a definir-serem empregadas. Porém, não é prescrito na norma o uso da peneira #200, a qual foi incluída devido a grande importância dos finos para a pavimentação.
Para tal, realizou-se a análise granulométrica dos materiais com o objetivo de verificar se os mesmos estavam de acordo com a faixa de trabalho definida para tal pesquisa, onde a faixa
determinada foi a Faixa de trabalho A, determinada pela norma DNIT – ES 031/2006 (Pavimentos Flexíveis – Especificações de Serviço).
A distribuição dos agregados foi determinada através de amostras secas divididas por uma série de peneiras com abertura de malhas diferentes entre si. Observando que, o peso do material retido em cada peneira é determinado e comparado com o peso total da amostra. Para a determinação da granulometria dos materiais, adotou-se as peneiras descritas na Tabela 05.
3.4.2 Massa específica e absorção de água dos materiais
A massa específica é de suma importância para as misturas asfálticas, pois exercem influência diretamente na massa específica da mistura, portanto influência na quantidade de ligante da mistura asfáltica. Foram elaborados os ensaios para os agregados minerais e também para a cal de carbureto.
Fonte: DNIT – ES 031/2006
Tabela 5 - Série de peneiras utilizadas para a composição
A massa específica é a relação entre a massa e o volume de um material. De acordo com Bernucci et al. (2008), existem três tipos de massa específicas:
Real (Dr): relação entre a massa seca e o volume real;
Aparente (Da): relação entre a massa seca e o volume aparente do agregado; Efetiva (Def): relação entre a massa seca e o volume efetivo, dependendo da absorção do material ser maior ou menor que 2%.
Pode-se diferenciar na Figura 9 os três tipos de densidade.
Fonte: Bernucci et al. (2008, p.145)
O ensaio que determina a massa específica do agregado depende do tamanho do mesmo, se o agregado for graúdo (retido na peneira #4), deve ser realizado com o cesto metálico, ensaio prescrito pela norma NBR NM 53 (2009). Se o agregado for miúdo, deverá ser feito o ensaio do picnômetro, preconizado pela norma NBR NM 52 (2009).
3.4.2.1 Agregado graúdo
Seguiu-se as recomendações da norma DNER 081/1998 para determinar as densidades (aparente e real) do agregado e a sua absorção. As equações 2, 3 e 4 representam respectivamente a densidade aparente, absorção e densidade relativa do agregado.
[2]
[3]
[4]
Onde:
Dap = Densidade aparente;
Def = Densidade efetiva;
Ms = massa ao ar do agregado seco em estufa, em g;
Mh = massa ao ar do agregado na condição saturada de superfície seca, em g;
L = leitura na balança correspondente ao agregado submerso, em g;
Dr = Densidade real
A = Absorção do agregado, em porcentagem
Ph = Peso úmido, em g;
Ps = Peso seco, em g;
Pi = Peso imerso, em g;
Para a definição da densidade, deve-se seguir as etapas descritas em seguida:
Separar duas amostras do material, lava-las e em seguida colocar na estufa por um período de 24 horas para secagem;
Pesagem das amostras para a obtenção do peso seco (Ps); Submergir por 24 horas;
Após passadas as 24 horas, retira-se os agregados dos recipientes, tira-se levemente a umidade superficial dos mesmos e os pesa, obtendo assim o peso superficialmente úmido (Ph);
Pode-se observar na Figura 10, de forma ilustrada, cada etapa deste processo.
Fonte: Bernucci et al. (2008, p. 148)
3.4.2.2 Agregado miúdo
Determinou-se a densidade real do agregado miúdo e da cal de carbureto através da metodologia prescrita pela DNER-ME 084/95, utilizando um picnômetro, como pode ser observado na Figura 11.
Figura 10 - Etapas para o ensaio do cesto metálico
Figura 11 - Agregado miúdo submetido
à vacuo no picnômetro
Obteve-se a densidade real por meio da relação da massa de determinado volume da amostra para massa de igual volume de água destilada, conforme a Equação 5.
[5]
Onde:
Dr = densidade real do agregado miúdo;
A = massa do picnômetro vazio e seco, em g;
B = massa do picnômetro mais amostra, em g;
C = massa do picnômetro, mais amostra, mais água, em g;
D = massa do picnômetro cheio d`água, em g;
3.4.3 Dosagem Marshall
Para as misturas asfálticas dosadas e moldadas neste estudo seguiu-se a norma DNIT ES 031/2006 no que se refere à qualidade dos materiais empregados (agregados e ligantes). Quando se refere à dosagem Marshall, seguiu-se a DNER-ME 043/95.
Primeiramente realizou-se a composição granulométrica da mistura, como citado anteriormente, com esta composição já definida, separou-se os materiais que iriam compor a mistura.
Em síntese, a moldagem dos corpos de prova seguiu as seguintes etapas:
Aqueceu-se os agregados e o ligante até atingirem a temperatura de mistura, 170ºC e 160ºC respectivamente;
Após os agregados e o ligante atingirem as devidas temperaturas, misturou-se ambos e deixou a mistura repousando em uma estufa, previamente aquecida, na temperatura de compactação (155ºC) por 2 horas;
Passadas 2 horas, moldou-se os corpos de prova (CP’s) por compactação a quente, dentro de moldes cilíndricos metálicos, também aquecidos anteriormente para que a mistura não perca a temperatura de compactação.
Por fim, os CP’s repousaram ao ar livre por 24 horas, após esse período os mesmos foram desmoldados, medidos e pesados.
Posteriormente a estes procedimentos, na prensa, rompem-se os CP’s e obtêm-se os valores mecânicos de estabilidade e fluência, que são necessários para averiguar se as misturas estão dentro dos parâmetros exigidos pelo DNIT e também para verificar o teor de ligante das misturas.
3.4.4 Ensaio de Resistência à Tração por Compressão Diametral
Previsto pela norma DNIT-ME 136/2017, este ensaio determina a resistência à tração dos corpos de prova. Segundo Bernucci et al. (2008), a Resistência à Tração (Rt) é um importante parâmetro para caracterizar materiais como concreto de cimento Portland e misturas betuminosas.
De acordo com Bock (2009), o referido ensaio consiste na aplicação de uma carga estática de compressão distribuída ao longo de duas geratrizes opostas, a fim de se obter as tensões de tração através do diâmetro horizontal, perpendicularmente à carga, como pode-se observar na Figura 12. A medida resultante é a resistência à tração.
Para a execução deste ensaio, foram moldados 12 corpos de prova, sendo 4 amostras de cada mistura.
Fonte: Specht (2004) apud Bock (2009)
3.4.5 Ensaio Metodologia Lottman
Normatizado pela NBR 15617 (2017), o ensaio também é conhecido como determinação do dano por umidade induzida. De acordo com Specht (2004), este ensaio tem como objetivo a avaliação das propriedades de adesividade da mistura asfáltica, levando em consideração o efeito nocivo da água, em amostras produzidas por meio do procedimento Marshall, com volume de vazios entre 6% e 8%.
Para a realização do ensaio, moldou-se 4 corpos de prova utilizando o procedimento Marshall, com volume de vazios entre 6% e 8%. Posteriormente a isso, as amostras são divididas em dois grupos. As amostras do primeiro grupo, devem ser, um por um, submergidos dentro de um recipiente com água destilada, aplicar vácuo na faixa de 13 kPa a 67kPa, na faixa de 5 a 10 minutos. Após esse tempo, o corpo de prova deve ser retirado do recipiente para aferir o nível de saturação do mesmo. Para poder prosseguir com os procedimentos, a saturação deve estar entre 55% e 80%. Caso estiver com menos, deve voltar ao recipiente, e caso o nível de saturação tenha ultrapassado os 80%, deve-se descartar este CP. Este procedimento pode ser observado na Figura 14.
Após o CP alcançar o nível de saturação desejado, deve-se embalar o mesmo em filme plástico e colocar dentro de um saco plástico impermeável com 10 ml de água. O saco plástico deverá ser lacrado e colocado em repouso em um sistema de resfriamento em uma temperatura de -18ºC, por um tempo mínimo de 16 horas.
Decorrido este período, deve-se levar os CP’s para um banho de água a 60ºC (Figura 13), devendo retirar o filme plástico com o CP já dentro do banho, para que não corra o risco de danificar o mesmo. O corpo de prova deverá permanecer no banho por 24 horas, como pode ser observado na Figura 14. Após este tempo, remove-se o CP do banho a 60ºC e imediatamente, submerge o mesmo, de 2 a 3 horas, em um banho a 25ºC. Por fim, retira-se o CP do banho e determina-se a resistência à tração por compressão diametral (Figura 15) e calcula-se a Resistência Retida à Tração de acordo com a norma DNIT 136/2017.
O segundo conjunto de corpos de prova deve ser submetido, sem condicionamento algum, ao ensaio de resistência à tração por compressão diametral, conforme mesma norma, referida anteriormente.
Fonte: Autoria propria (2018) Fonte: Autoria propria (2018)
Figura 14 - Corpo de prova submergido em
3.4.6 Ensaio de Estabilidade e Fluência
Este ensaio é preconizado pela norma DNER-ME 043/95 e segundo a norma, Estabilidade Marshall é expressa em kgf e é a máxima resistência de um corpo de prova quando aplicada uma compressão radial no mesmo e Fluência Marshall é expressa em milímetros e é a deformação total que o CP apresenta desde aplicação da carga inicial até a aplicação da carga máxima.
Ambas medidas são aferidas ao mesmo tempo e usa a mesma prensa usada para o ensaio de resistência a tração, porém é usada um molde de compactação diferente, sendo o molde de estabilidade e fluência o formato de anéis, como observado na Figura 17. Na Figura 16 observa-se o corpo de prova deformado após ser retirado da prensa hidráulica.
Para estes ensaios, moldou-se 12 CP’s, sendo 4 amostras de cada mistura. Fonte: Autoria propria (2018)
Figura 15 - Corpo de prova após rompimento na prensa
Fonte: Autoria propria (2018) Fonte: Autoria propria (2018)
Figura 16 - Prensa e molde usados para
realização do ensaio
Figura 17 - Corpo de prova após retirado
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RESULTADOS
No presente capítulo, apresentam-se e argumentam-se os resultados obtidos nos ensaios realizados com a dosagem das misturas de concreto asfáltico 50/70, moldadas de acordo com a faixa A do DNIT.
Decidiu-se pela efetuação de ensaios os quais caracterizam a mistura de forma mecânica, estrutural e também física, seguindo-se assim todas as considerações normativas dos órgãos rodoviários vigentes.
4.1 CARACTERIZAÇÃO DOS MATERIAIS
Neste subitem foi mostrado a análise granulométrica dos materiais utilizados, suas massas especificas e absorção de água dos mesmos.
4.1.1 Análise granulométrica
Na Tabela 6 estão demonstradas as porcentagens médias passantes em cada peneira para cada material utilizado e a Figura 18 demonstra a curva granulométrica.
Fonte: Autoria própria (2018)
Fonte: Autoria própria
4.1.2 Massa específica e absorção de água
Observa-se nas Tabelas 7, 8 e 9, as massas específicas e a absorção dos agregados graúdos da mistura REF, 1%CAL e 2%CAL, respectivamente.
Figura 18 - Curva granulométrica do material pétreo
Tabela 7 - Massa específica e absorção dos agregados
graúdos da mistura REF
Nas Tabelas 10, 11 e 12, observa-se as massas específicas dos agregados graúdos das misturas REF, 1%CAL e 2%CAL, respectivamente. Para cada mistura, a massa específica foi calculada em quatro temperaturas distintas.
Tabela 9 - Massa específica e absorção dos agregados
graúdos da mistura 1%CAL
Tabela 8 - Massa específica e absorção dos agregados
graúdos para mistura 2%CAL
Fonte: Autoria própria Fonte: Autoria própria
Tabela 10 - Massa específica dos agregados miúdos da mistura REF para as
temperaturas de 25, 35, 45 e 55ºC
Tabela 11 - Massa específica dos agregados miúdos da mistura 1%CAL para as temperaturas de 25, 35, 45 e 55ºC
4.2 CARACTERIZAÇÃO DAS MISTURAS ASFÁLTICAS
No presente subitem, apresenta-se os resultados da dosagem Marshall e os ensaios realizados neste estudo.
4.2.1 Dosagem Marshall
De acordo com Budny (2010), procura-se, por meio da dosagem Marshall, uma mistura asfáltica com massa específica aparente para que a mesma forneça estabilidade dentro dos padrões; uma fluência que se encontre dentro dos limites estabelecidos por norma, afim de garantir a flexibilidade da mistura; um volume de vazios entre determinados limites, garantindo assim que a mistura não oxide e uma relação betume/vazios entre limites estabelecidos, garantindo que não falte betume para a união dos agregados. Abaixo encontra-se a distribuição granulométrica e a
Tabela 12 - Massa específica dos agregados miúdos da mistura 1%CAL para as temperaturas
de 25, 35, 45 e 55ºC
curva da mistura para os três tipos de composição, além de figuras que demonstram os padrões aferidos com a dosagem Marshall e a Tabela com os padrões de cada mistura, comparados ao estabelecido pela norma.
Referência (REF)
Para a composição da mistura referência, utilizou-se 22% de brita 3/4, 22% de brita 3/8 e 56% de pó de pedra, resultando na curva granulométrica demonstrada na Figura 19. A Tabela 7 demonstra um resumo das características da mistura.
Fonte: Autoria própria
Fonte: Autoria própria
Figura 19 - Curva granulométrica da mistura REF
