INFLUÊNCIA DA REDUÇÃO DAS TEMPERATURAS DE USINAGEM E DE COMPACTAÇÃO NO COMPORTAMENTO MECÂNICO DE MISTURAS
ASFÁLTICAS Nelson Wargha Filho
DNIT – Departamento Nacional de Infraestrutura de Transportes
Jorge Barbosa Soares
Verônica Teixeira Franco Castelo Branco Sandra de Aguiar Soares
Laboratório de Mecânica dos Pavimentos – Departamento de Engenharia de Transportes Universidade Federal do Ceará
RESUMO
A redução das temperaturas de usinagem e de compactação de misturas asfálticas é considerada uma alternativa na produção de revestimentos asfálticos. Diversas tecnologias são utilizadas na produção dessas misturas denominadas usualmente de misturas asfálticas mornas (MAMs). O objetivo desta pesquisa é comparar algumas destas tecnologias (MAMs) com uma mistura asfáltica convencional (controle). Dois tipos de misturas foram produzidas modificando-se o CAP 50-70 original com aditivos distintos (surfactante e cera de carnaúba). A definição da temperatura de compactação se deu pelos parâmetros CDI e TDIm. Para avaliar o efeito da redução de temperatura e a influência dos aditivos no comportamento das misturas, realizaram-se ensaios mecânicos constatando-se que embora diferenças nos resultados tenham ocorrido, as misturas apresentaram-se de forma adequada. Constatou-se também que a mistura com CAP modificado com cera apresentou maior resistência à deformação permanente que a mistura convencional. Palavras–chave: Misturas Asfálticas Mornas, Aditivos, Cera de Carnaúba
ABSTRACT
The reduction in mixing and compaction temperatures of asphalt mixtures is considered an alternative for the production of asphalt pavements. Several technologies are used in the production of these mixtures usually denoted warm mix asphalt (WMA). This research aimed to compare some of these technologies with a conventional hot mix asphalt without any modifier (Control mix). Two additional mixtures were produced by modifying the original AC 50-70 with two different additives (surfactant and carnauba wax). The compaction temperature was determined based on the parameters CDI and TDIm. To evaluate the effect of temperature reduction of the different additives in the mixture behavior, the investigated mixtures were subjected to mechanical tests noting that although differences in the results occurred, the mixtures were presented appropriately. It was also found that the mixture modified with carnauba wax showed higher permanent deformation resistance than the conventional mixture
Keywords: Warm Mix Asphalt, Additives, Carnauba Wax
1. INTRODUÇÃO
Estudos visando uma maior durabilidade das misturas asfálticas e/ou a mitigação de danos ao meio ambiente têm impulsionado a elaboração de diversas técnicas e/ou produtos com o intuito de reduzir as temperaturas de produção/compactação destes materiais. Neste contexto, surgiram as chamadas Misturas Asfálticas Mornas (MAMs) ou warm mix asphalt (WMA) como são conhecidos internacionalmente esses materiais. A tecnologia de MAM foi inicialmente desenvolvida na Europa (Chowdhury e Button, 2008) onde a restrição com relação à emissão de gases poluentes gerou a necessidade de redução das temperaturas de processamento destas misturas, tendo posteriormente despertado o interesse de grupos de pesquisa em diversos países. Verifica-se no Brasil a elaboração de algumas pesquisas relacionadas ao tema, tais como: Sousa
Filho (2006), Ceratti (2007), Otto (2009), Cavalcanti (2010), Motta (2011), Budny (2012), Feitosa et al. (2012), Leite et al. (2012), Oliveira (2013), Wargha (2013).
Apesar de inúmeras experiências de campo executadas nos Estados Unidos, havia até recentemente uma carência de um procedimento formal para a produção das misturas asfálticas mornas. Este fato poderia retardar a utilização deste tipo de mistura e assim, em 2011, foi apresentado pelo National Cooperative Highway Research Program (NCHRP), o relatório NCHRP 691 – Mix Design Pratices for Warm Mix Asphalt com o objetivo de desenvolver um método para dosagem e para avaliação de misturas asfálticas mornas. Algumas das preocupações em relação à MAM estão ligadas à resistência a deformação permanente e ao dano por umidade induzida. Outro ponto a ponderar, refere-se à definição da amplitude de redução das temperaturas a ser utilizada tanto no processo de usinagem quanto na compactação desses materiais. De acordo com o referido relatório a determinação das temperaturas de usinagem e de compactação pela curva viscosidade versus temperatura nos ligantes asfálticos modificados nem sempre é adequada uma vez que muitos aditivos não alteram essa propriedade. Em algumas pesquisas a redução das temperaturas é adotada em relação à temperatura utilizada na mistura convencional, enquanto outros correlacionam a temperatura ao grau de envolvimento do agregado pelo ligante, ou ao Volume de vazios (Vv) da mistura asfáltica. Há outras pesquisas que verificam a compactabilidade ou a trabalhabilidade para definir a redução da temperatura a ser utilizada no processo de usinagem ou de compactação das misturas mornas (Ferreira, 2009). O objetivo geral da presente pesquisa foi comparar duas técnicas diferentes de produção de misturas asfálticas mornas, com aquela utilizada para uma mistura asfáltica produzida de forma convencional (sem a inserção de aditivos e/ou modificação de temperatura de produção/compactação), contribuindo assim para a disseminação de maior conhecimento sobre esses materiais.
2. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
Os benefícios possíveis em virtude do uso de novas tecnologias para a produção de misturas asfálticas estão ligados, especialmente, à redução do consumo de energia, à redução na emissão de gases de efeito estufa e à melhoria da saúde dos trabalhadores envolvidos na cadeia produtiva do setor (Prowell, 2007). Em relação ao tema, Motta (2011) constatou reduções substanciais na emissão de poluentes e no consumo de combustível usado para a secagem e o processo de mistura dos insumos que compõem a massa asfáltica quando comparados com aos dados de uma mistura asfáltica produzida de forma convencional. Uma avaliação da resistência à deformação permanente em misturas contendo aditivos para misturas mornas foi feita por Zhao et al. (2011) utilizando o equipamento asphalt pavement analyzer (APA). Estes citados pesquisadores constataram que as misturas que continham aditivo químico apresentaram comportamento similar com relação à resistência a deformação permanente se comparadas às misturas asfálticas convencionais. As MAMs são basicamente produzidas a partir de três tecnologias distintas: (i) formação de espuma; (ii) uso de aditivos surfactantes; (iii) uso de aditivos orgânicos/ceras.
A técnica da formação de espuma pode ser elaborada de diferentes maneiras. O objetivo da mesma é fazer com que ocorra o intumescimento do ligante, provocado pela formação de espuma, decorrente da interação entre a água (temperatura ambiente) e o CAP (quente). Esse processo irá auxiliar no recobrimento do agregado e favorecer a trabalhabilidade da massa asfáltica, uma vez que diminui a viscosidade do CAP, permitindo a redução da temperatura de usinagem e
facilitando a compactação em campo (Chowdhury e Button, 2008). Alguns métodos baseados nesta técnica ocorrem pela inserção de: (i) zeólitas, (ii) água, (iii) ou agregado miúdo úmido.
A utilização dos aditivos surfactantes, de forma geral, não está relacionada a alteração da viscosidade do ligante, mas a obtenção de um melhor envolvimento promovido pela interação que ocorre entre o ligante asfáltico e o agregado, mesmo a temperaturas inferiores às normalmente empregadas na produção de misturas asfálticas. Estes aditivos são conhecidos como agentes ativos de superfície e possuem uma cabeça polar e uma cauda apolar. Diversos são os aditivos pertencentes a esta classe, sendo, a partir do conhecimento dos autores do presente artigo, os seguintes aditivos disponíveis no mercado nacional: Evotherm®, Rediset®, Cecabase® e Gemul®.
Em relação às ceras, estes aditivos são mais conhecidos como fíleres inteligentes, por promoverem uma redução da viscosidade do CAP na temperatura de produção e compactação das misturas asfálticas e um aumento da viscosidade na temperatura de serviço do revestimento. O Sasobit®, uma cera sintética proveniente da gaseificação do carvão, é um dos aditivos mais empregados na produção de misturas asfálticas mornas. Uma cera natural proveniente da carnaúba (Copernicia Prunifera) tem sido estudada como aditivo na preparação de misturas mornas (Feitosa, 2012; Leite, 2012; Wargha 2013). A carnaúba é uma palmeira nativa da região semiárida do Nordeste brasileiro e tem um papel importante no equilíbrio ecológico regional, especialmente no que se refere a conservação dos solos e a proteção dos rios contra a erosão e o assoreamento. É encontrada em grande quantidade no estado do Ceará sendo considerada uma planta xerófila, ou seja, capaz de resistir às secas. Para se adaptar ao clima, a carnaúba desenvolveu uma característica peculiar: a produção da secreção da cera em grandes quantidades, como forma de reduzir a transpiração foliar. A carnaúba tem inúmeras utilidades que vão desde o uso medicinal (raiz), construção civil (madeira), alimentação humana e animal (fruto) até a produção de velas, de polidores para automóveis, de equipamentos eletrônicos e outros (D’Alva, 2004).
3. MATERIAIS E MÉTODOS
Nesta pesquisa foram utilizados agregados de 1/2” e de 3/8” de origem fonolítica e pó de pedra de origem granítica. A cal hidratada (CH-I) foi usada como fíler com o intuito de fortalecer a adesividade do ligante asfáltico com os agregados. Optou-se pela não utilização da areia em virtude do arredondamento das partículas deste material que poderia comprometer à resistência a deformação permanente das misturas asfálticas. A caracterização dos agregados foi realizada de acordo com as especificações brasileiras. O CAP empregado é classificado por penetração como CAP 50/70 e através das especificações Superpave com PG 70-22, tendo sido produzido na Lubnor/Petrobras. Dois aditivos foram aplicados nas misturas asfálticas investigadas nesse estudo, sendo um comercial e outro proveniente da folha da carnaúba. O primeiro é um surfactante líquido e comercialmente conhecido como Gemul® e o segundo é uma cera de carnaúba sólida, denominada Cera CT4, que foi macerada em um gral para facilitar a fusão do CAP com este produto. Na busca de um melhor intertravamento entre os agregados utilizou-se a metodologia Bailey para a elaboração da granulometria, a qual encontra-se representada na Figura 1.
A modificação do ligante com cada um dos aditivos utilizados foi realizada em um misturador de alto cisalhamento a uma temperatura variando entre 130ºC e 132ºC e com velocidade de 1.400 a
1.500rpm. Os ligantes asfálticos modificados foram preparados: (i) com teor de 5,0% de cera e (ii) com teor de 0,4% de Gemul®, ambas as proporções foram obtidas em relação ao peso do ligante asfáltico. Para os ligantes (puro e modificados) foram realizados os seguintes ensaios de caracterização: (i) penetração (DNIT ME - 155/2010); (ii) ponto de amolecimento (DNIT ME - 131/2010); (iii) adesividade ao ligante betuminoso (DNER - ME 078/1994); (iv) viscosidade com o uso do viscosímetro rotacional Brookfield (ASTM 4402, 2007) e (v) envelhecimento de curto prazo no RTFOT (Rolling Thin Film Oven Test) (ASTM 2872, 2004). Para os ligantes asfálticos modificados, a temperatura de envelhecimento de curto prazo, prevista para 163ºC de acordo com a ASTM 2872, foi alterada para 145ºC, sendo esta a mesma temperatura de aquecimento utilizada para o CAP puro durante o ensaio do RTFOT para que fosse possível realizar a comparação entre as amostras estudadas. 0 20 40 60 80 100 0,0 0,1 1,0 10,0 100,0 Pa s s a n te (% )
Abertura das Peneiras (mm) Faixa C Faixa de Projeto Curva Granulométrica Projeto Pontos de Controle
Figura 1: Granulometria utilizada na confecção das misturas asfálticas estudadas
Para avaliação da adesividade realizou-se o ensaio proposto na norma DNER – ME 078/1994 que verifica a capacidade dos agregados em permanecer recobertos pelo ligante após terem sido imersos em água por 72 horas a uma temperatura de 40ºC. Três diferentes tipos de misturas asfálticas foram avaliadas, sendo o ligante, respectivamente: (i) CAP 50-70, (ii) CAP 50-70 + 0,4% de Gemul®, (iii) CAP + 5% de cera CT4. Realizou-se a dosagem através da metodologia Superpave da mistura asfáltica de referência, denominada “controle” chegando-se a um teor de projeto de 4,8%. Definida a curva granulométrica para a mistura de controle, optou-se por replicá-la nas misturas modificadas investigadas. Em ambos os casos, o objetivo foi de promover uma redução das variáveis a serem analisadas e concentrar-se nas questões ligadas à redução das temperaturas e nos seus efeitos, especificamente, no comportamento mecânico das misturas asfálticas avaliadas.
A compactação foi realizada no Compactador Giratório Superpave (CGS), a partir do qual foram obtidos os parâmetros de densificação elaborados no estudo de Bahia e Mahmoud (2004). Estes parâmetros, denominados CDI (Construction Densification Index) e TDI (Traffic Densification
Index), foram utilizados no processo de escolha das temperaturas de usinagem e de compactação das misturas asfálticas. Ressalta-se que foi utilizado o TDIm (TDI modificado), ao invés do TDI
convencional. Este novo parâmetro além de proporcionar uma maior rapidez na compactação, permite que os Corpos de Provas (CPs) possam ser utilizados na realização dos ensaios mecânicos, conforme estudo realizado por Nascimento (2008). Desta forma, para se determinar a redução da temperatura de compactação, foram comparados os valores de trabalhabilidade (CDI) da mistura asfáltica “controle” com aqueles obtidos para as misturas asfálticas contendo CAP modificado. A temperatura de usinagem das misturas modificadas foi 10ºC acima daquela definida para a compactação. Por sua vez, as temperaturas de usinagem e de compactação da mistura “controle” foram baseadas na curva viscosidade × temperatura obtida através do viscosímetro Brookfield. A título de comparação, três temperaturas “teste” foram escolhidas (Tabela 1). A temperatura escolhida para cada mistura asfáltica contendo CAP modificado foi aquela que gerou parâmetros CDI/TDIm mais próximos aqueles obtidos para a mistura de
referência (controle).
Tabela 1: Temperaturas “teste” utilizadas para comparação da trabalhabilidade entre as misturas avaliadas nesse estudo
Misturas Controle Gemul® Cera CT4
Temp. Ligante (ºC) 160 145 145
Temp. Agregado (ºC) 175 115-125-135 115-125-135
Temp.Mistura (ºC) 165 115-125-135 115-125-135
Temp. Compactação (ºC) 150 105-115-125 105-115-125
Após a definição das temperaturas para cada mistura e a moldagem das amostras, foram realizados os seguintes ensaios mecânicos: (i) resistência a tração por compressão diametral; (ii) módulo de resiliência; (iii) dano por umidade induzida; (iv) creep dinâmico para obtenção do flow number (FN). A avaliação do dano por umidade induzida foi realizada através do ensaio Lotmann modificado, descrito na norma AASHTO T283 (2007). Foram moldados quatro CPs para o grupo de amostras não condicionadas e outros quatro CPs para o grupo de amostras condicionadas, ambos com Vv variando de 6 a 8%, sendo posteriormente levados à prensa para rompimento.
4. RESULTADOS
Para verificar o efeito da modificação do ligante, foram realizados ensaios de caracterização, comparando-se então esses resultados com aqueles obtidos para o ligante puro. No ensaio de adesividade realizado constatou-se que os ligantes modificados com o surfactante e com a cera apresentaram maior recobrimento dos agregados se comparados ao recobrimento obtido com o uso do ligante convencional. A Tabela 2 apresenta os resultados dos ensaios de penetração, Ponto de Amolecimento (PA) e viscosidade antes e após o RTFOT, enquanto as Figuras 2 e 3 apresentam graficamente os valores de penetração e PA.
Tabela 2: Resultados de caracterização dos CAPs antes e após o RTFOT
Observa-se que o ligante asfáltico modificado com o aditivo Gemul® apresentou valores de penetração, PA e viscosidade muito próximos daqueles encontrados para o CAP puro antes do RTFOT. Este fato era esperado uma vez que o Gemul® é um aditivo com característica surfactante, que, de acordo com diversos estudos reportados na literatura, não altera a consistência ou a viscosidade do ligante. Já o CAP modificado com a Cera CT4 apresentou a característica natural deste tipo de ativo ao reduzir a viscosidade do ligante na temperatura de produção da mistura. Este fato pode proporcionar uma redução na temperatura de usinagem sem prejudicar a resistência à deformação permanente da mistura asfáltica, uma vez que o aumento da consistência da cera em temperaturas inferiores ao seu PA levaria também ao aumento da consistência da mistura cera/CAP. Apesar do envelhecimento ter sido realizado a uma temperatura menor do que a preconizada em norma (145ºC ao invés de 163ºC) ocorreu uma elevada variação da penetração para os ligantes modificados quando as propriedades foram avaliadas após o processo de envelhecimento no RTFOT. Essa variação atingiu valores da ordem de 50% inferiores aqueles obtidos no ensaio antes do envelhecimento (RTFOT), diferentemente do que ocorreu com o CAP puro onde a redução da penetração ficou em torno de 10% antes do envelhecimento. No que se refere ao ligante asfáltico modificado com a Cera CT4, que sofreu a maior variação entre os ligantes avaliados, cabe a ressalva que teores muito elevados deste aditivo podem ser prejudiciais à mistura asfáltica em virtude da tendência do aumento de rigidez. Deve-se, portanto, estabelecer um teor máximo de cera a ser utilizado neste processo. Caso as temperaturas de usinagem e de compactação fossem definidas a partir da curva de viscosidade × temperatura do ligante asfáltico “170 20cPs (usinagem) e 280 30cPs (compactação)” teriam sido obtidos os valores apresentados na Tabela 3.
Tabela 3: Temperaturas de usinagem e de compactação obtidas através da curva viscosidade × temperatura Ligante CAP Puro 159 - 165 148 - 150 CAP + 0,4% Gemul® 159 - 165 147 - 150 CAP + 5% Cera CT4 146 - 151 134 - 138 Usinagem (ºC) Compactação (ºC)
Para o presente estudo, as temperaturas em questão foram baseadas nos parâmetros CDI e TDIm
(obtenção de resultados mais próximos aqueles encontrados para a mistura de controle). Os resultados encontram-se na Tabela 4.
Viscosidade (cP) 120ºC 135ºC 150ºC 175ºC CAP PURO 61 50 1098 533 258 98 CAP + Gemul® 60 50 1198 520 254 98 CAP + Cera CT4 56 54 613 286 152 66 CAP PURO 55 52 1714 614 283 106 CAP + Gemul® 35 53 1818 728 344 125 CAP + Cera CT4 28 61 853 395 198 81 A n te s d o R TF O T Pen.(0,1mm) PA ºC A p ó s R TF O T 1 4 5 ºC
Tabela 4: Valores de CDI/TDIm obtidos para as misturas estudadas Temperatura compactação (ºC) Controle CDI/TDIm Gemul® CDI/TDIm Cera CT4 CDI/TDIm 105 - 106/342 61/256 115 - 116/343 56/227 125 - 85/265 59/264 150 57/220 -
-Observa-se que o valor do CDI da mistura com ligante modificado com Cera CT4 foi o que mais se aproximou (em torno de 3%) daquele obtido para a mistura de controle em todas as temperaturas em que a mesma foi compactada (105ºC,115ºC e 125ºC). e atingiram os seguintes valores respectivamente: 61, 56 e 59. Pode-se inferir que isso ocorreu em virtude da expressiva redução da viscosidade do ligante puro provocada pelo aditivo, conforme já apresentado na Tabela 2. Para a dosagem da mistura com este aditivo optou-se pela utilização da temperatura intermediária para compactação (115ºC), apesar de que, pelo critério utilizado, quaisquer das três temperaturas poderiam ter sido escolhidas. Em relação ao ligante modificado com o aditivo Gemul®, verificou-se que o valor de CDI que mais se aproximou daquele obtido para a mistura de controle foi encontrado na temperatura de 125ºC. No que se refere ao TDIm, verifica-se que
todas as misturas com ligante modificado, apresentaram valores superiores aqueles encontrados para a mistura de controle, o que poderia indicar uma maior resistência à deformação permanente durante a vida de serviço do pavimento. Com base nos resultados do TDIm e do CDI, definiram-se
as temperaturas de compactação, sendo que, para a usinagem, essas temperaturas foram elevadas em 10ºC, conforme pode ser visualizado na Tabela 5.
Tabela 5: Definição das temperaturas de usinagem e compactação das misturas estudadas
Após a definição das temperaturas foi realizada a moldagem dos CPs para cada uma das misturas asfálticas avaliadas, tendo como parâmetro fixo o Vv de 4%, conforme determinado pela metodologia Superpave. Ressalta-se que o teor de ligante e a granulometria foram os mesmos para todas as misturas asfálticas avaliadas. Os valores de Módulo de Resiliência (MR) e Resistência à Tração (RT) por compressão diametral) são apresentados nas Figuras 4 e 5, respectivamente.
Misturas Controle Gemul® Cera CT4
Temperatura de usinagem (ºC) 165 135 125 Temperatura de compactação (ºC) 150 125 115
0 1000 2000 3000 4000 5000 6000
Controle Cera CT4 Gemul
5186 4288 3817 M R ( M P a) 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8
Controle Cera CT4 Gemul
0,78 0,75 0,73 R T ( M P a)
Figura 4: MR das misturas avaliadas Figura 5: RT das misturas avaliadas Como pode ser observado na Figura 5, todas as misturas asfálticas avaliadas neste estudo apresentaram valores de RT semelhantes e superiores ao estabelecido pela especificação do DNIT 031 (2006), que é de 0,65MPa. A mistura de controle foi a que atingiu os maiores resultados com relação a este parâmetro, seguida pela mistura asfáltica contendo CAP modificado pelo aditivo Cera CT4. No que se refere ao MR, analisando-se os resultados pode-se inferir que, em virtude da maior temperatura utilizada na usinagem e na compactação da mistura “controle”, ocorreu um maior envelhecimento da mesma, levando a mistura a se tornar mais rígida e, consequentemente, com maior valor de MR. Para as misturas asfálticas com CAP modificado, verifica-se que os valores encontrados foram muito semelhantes, sendo que a mistura contendo CAP modificado com a cera CT4 alcançou o maior MR (12% superior). Neste caso, apesar da temperatura de produção da mistura contendo o aditivo Gemul® ter sido superior àquela utilizada na mistura contendo a cera CT4 o MR ficou cerca de 26% inferior se comparado ao valor encontrado para a mistura de controle, enquanto que para as amostras com ligante modificado com Cera CT4 o valor é 17% inferior em relação ao valor obtido para a mistura sem CAP modificado. Uma vez que o ensaio de MR é realizado a 25ºC, e sabendo-se que a Cera CT4 em temperaturas inferiores ao seu PA (em torno de 80ºC) proporciona um aumento de rigidez do CAP, acredita-se que este fato favoreceu o fato da mistura com este aditivo (cera CT4) ter atingido um valor mais elevado de MR se comparado ao valor encontrado para a mistura com CAP modificado com Gemul®.
Para o ensaio de dano por umidade induzida os CPs foram moldados com Vv variando entre 6% e 8%. Na Tabela 6 são apresentados os valores de RT encontrados para as amostras não condicionadas e condicionadas e a relação entre elas que geraram os valores de Resistência a Tração Retida (RTR).
Tabela 6: Valores médios de RT antes e após o condicionamento e de RTR Parâmetro/Mistura
Condic. Não condic. Condic. Não condic. Condic. Não condic.
RT Média 0,48 0,59 0,43 0,58 0,39 0,54 D.Padrão 0,05 0,05 0,02 0,07 0,02 0,02 C.Var(%) 9,43 8,89 4,61 11,29 5,98 3,10 RTR médio RTR mín/máx. 68 98 62 87 68 73 81 74 72
Controle Gemul Cera CT4
15 0 ºC 1 15 ºC 1 25 ºC ºC 15 0º C 1 15 ºC 1 25 ºC ºC
De acordo com a norma AASHTO 323 (2007), os valores de RTR admitidos para as misturas de concreto asfáltico devem ser superiores a 80%. Neste caso, somente a mistura de controle teria atingido este valor. No entanto, no Brasil, de acordo com a especificação 031/2006 do DNIT este valor é de 70% e, neste caso, todas as misturas asfálticas avaliadas nesse trabalho estariam dentro da especificação. A redução nos valores de RTR para as misturas asfálticas produzidas com temperaturas inferiores está de acordo com estudo elaborado por Kim et al. (2012), no qual as misturas mornas também se apresentaram mais suscetíveis a umidade. Os valores médios de RTR das misturas mornas na presente pesquisa ficaram próximos a 75%, o que não pode ser considerado um mau resultado, ainda que inferior ao admitido pela AASHTO 323 (2007). Observou-se que alguns resultados individuais encontrados para a mistura contendo CAP modificado por Gemul® apresentaram valores superiores aos 80%. A adesividade entre os dois insumos principais de uma mistura asfáltica (ligante e agregado) é fundamental para que resultados adequados possam ser obtidos. Acredita-se que a inserção de um melhorador de adesividade, além da cal já presente na mistura asfáltica, poderia proporcionar a obtenção de valores mais adequados de acordo com a norma americana.
A resistência à deformação permanente, para as misturas estudadas, foi verificada através do ensaio de creep dinâmico, sem confinamento. Observa-se na Tabela 7, que todas as misturas, inclusive a de controle, apresentaram baixos valores de flow number quando se considera o valor recomendado por Nascimento (2008) para rodovias de tráfego médio que é de no mínimo 300. Com os resultados obtidos pode-se inferir que as misturas estudadas nesta pesquisa teriam um maior potencial à deformação permanente. Verifica-se, no entanto que a mistura contendo CAP modificado pelo aditivo Cera CT4 foi a que gerou o melhor resultado apesar desta ter sido produzida e compactada, respectivamente, com temperaturas 40º e 35ºC inferiores às temperaturas aplicadas para a mistura “controle”. Este fato pode ser justificado pelo aumento de rigidez que a cera provoca no CAP quando as temperaturas são inferiores ao ponto de amolecimento do ligante modificado com este aditivo. A Cera CT4 promoveu uma redução da viscosidade do ligante na temperatura de produção, conforme já visto na Tabela 2, porém, na temperatura utilizada no ensaio (60ºC), que também pode ser considerada a temperatura de serviço no Nordeste brasileiro, a cera manteve a rigidez da mistura asfáltica podendo assim ser considerada uma técnica de mistura morna promissora. Esperava-se que a mistura com aditivo surfactante gerasse resultados semelhantes aqueles encontrados para a mistura de controle para este ensaio, porém estes foram em média 30% inferiores se comparados aos resultados obtidos para as amostras sem modificação do CAP. Na Figura 6 podem ser observadas as curvas encontradas no ensaio de creep dinâmico.
Tabela 7: Valores de flow number (FN) encontrados para as misturas asfálticas estudadas
FN Desvio Padrão CV(%) 244 2 1 219 14 7 141 18 13 Mistura Cera CT4 Controle Gemul®
Apesar de ser um Estado com temperaturas médias anuais elevadas, o ligante utilizado no Ceará é um CAP 50/70. Este tipo de ligante com viscosidade e consistência inferiores aquelas encontradas para o CAP 30/45, por exemplo, tenderia a aumentar as possibilidades do revestimento sofrer
precocemente com danos relacionados à deformação permanente. Uma alteração do tipo de ligante poderia promover uma maior resistência a este tipo de defeito no revestimento.
0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 0 40 80 120 160 200 240 280 320 360 400 440 D ef o m aç ão ( % ) Ciclos Controle Gemul® Cera CT4
Figura 6: Curvas de obtidas no ensaio de creep dinâmico
Os custos de produção das misturas asfálticas avaliadas nesse estudo foram avaliados para que se tivesse uma avaliação sucinta das mesmas. Foi utilizado o Sistema de Custos Rodoviários – SICRO II do DNIT. Uma vez que todas as misturas asfálticas possuem a mesma granulometria e o mesmo teor de ligante; em caso de produção de campo estas utilizariam a mesma mão de obra e desconsiderando questões ligadas ao transporte de insumos, observou-se que as variáveis de comparação seriam: (i) custo dos aditivos; (ii) custo do CAP puro; (iii) custo do combustível utilizado para a usinagem.
No que se refere ao consumo de combustível utilizou-se a equação fundamental da calorimetria. Tendo-se o calor específico do agregado e do CAP utilizados, a variação das temperaturas na produção das misturas asfálticas, além do consumo médio especificado no Sistema de Custos Rodoviários do DNIT (SICRO) para uma mistura convencional, chegou-se ao consumo de combustível individual teórico para cada uma das misturas avaliadas conforme indicado na Tabela 8. Maiores detalhes podem ser verificados em Wargha (2013).
Tabela 8: Consumo estimado de combustível para cada mistura
Mistura Consumo (litros) Redução (%) Cera CT4 5,2 35 Controle 8,0 0 Gemul® 5,8 28
Os custos foram baseados na composição do SICRO – “item c – materiais” uma vez que todos os outros fatores relativos a produção foram considerados iguais na produção das misturas. Foram considerados, também no cálculo, o valor da aquisição dos aditivos e desta forma constatou-se que a mistura de controle e aquela com CAP modificado com aditivo Gemul® foram equivalentes, enquanto que a mistura asfáltica contendo CAP modificado com a Cera CT4 apresentou um acréscimo de 6% em relação às duas outras misturas avaliadas (WARGHA, 2013).
5. CONCLUSÕES
Este estudo teve como principal objetivo a avaliação da influência da redução na temperatura de produção e de compactação nas propriedades mecânicas de misturas mornas confeccionadas com duas técnicas diferentes (surfactante e cera). Esta avaliação foi realizada a partir dos resultados obtidos para uma mistura asfáltica convencional (controle). Buscou-se obtenção de maior conhecimento no comportamento das MAMs as quais foram produzidas com agregados e ligante disponíveis no estado do Ceará. Com a utilização dos parâmetros CDI e TDIm, foram obtidas as
temperaturas utilizadas para as misturas asfálticas contendo CAP modificado. A mistura contendo CAP modificado com Cera CT4 pôde ser produzida a 125ºC, enquanto que a mistura asfáltica contendo CAP modificado com o aditivo Gemul® foi produzida a 135ºC. A mistura asfáltica de controle foi produzida com temperatura em torno de 165ºC.
Observou-se que o CAP modificado com a Cera CT4 proporcionou uma redução de aproximadamente 45% na viscosidade quando comparada a viscosidade obtida para o CAP puro. O CAP modificado com Gemul® manteve praticamente a mesma viscosidade observada para o ligante puro, o que era esperado, uma vez que os aditivos surfactantes têm como característica melhorar a interação entre o ligante e os agregados sem alterar a consistência do mesmo. Os aditivos utilizados promoveram uma substancial melhoria na adesividade com os agregados se comparados ao ligante puro. Os ensaios de RT apresentaram resultados muito próximos e acima dos valores previstos na ES 031/2006 do DNIT. No que se refere ao ensaio de MR, a mistura de controle foi a que alcançou o maior valor para esse módulo, enquanto que para as misturas asfálticas contendo CAP modificados, aquela com a Cera CT4, apesar de ter sido produzida a uma temperatura menor, alcançou MR superior aquele obtido para a mistura com o aditivo Gemul®.
No ensaio Lottman, pôde-se constatar que os valores de RTR ficaram muito próximos para todas as misturas asfálticas avaliadas e variaram entre 72% e 81%. Estes valores estão dentro daqueles exigidos pela norma do DNIT que é de 70%, porém um pouco inferiores ao limite estabelecido pela norma AASHTO 323 (2006). No ensaio de deformação permanente era esperado que as misturas atingissem valores superiores para o parâmetro flow number por conta do emprego do método Bailey na elaboração da granulometria. Isto não aconteceu. Ressalta-se, porém, que a mistura controle gerou resultado inferior se comparado aquele obtido para a mistura com CAP modificado pelo aditivo Cera CT4, constatando-se que a redução da temperatura não foi a principal responsável pela menor resistência à deformação permanente das misturas asfálticas avaliadas.
O custo da mistura contendo Gemul® foi equivalente aquele obtido para a mistura de controle enquanto que no caso da amostra contendo a Cera CT4 houve um acréscimo de 6%. Em virtude dos resultados observados neste estudo, e em outros reportados na literatura, inclusive com trechos reais já executados com o uso desta técnica, é possível prever que as misturas asfálticas mornas terão lugar na área de pavimentação a nível mundial.
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Nelson Wargha Filho (nelson.wargha@dnit.gov.br) Jorge Barbosa Soares (jsoares@det.ufc.br)
Verônica Teixeira Franco Castelo Branco (veronica@det.ufc.br) Sandra de Aguiar Soares (sas@ufc.br)
Departamento de Engenharia de Transportes, Engenharia Civil, Universidade Federal do Ceará Campus do Pici, s/n Bloco 703 CEP 60440-554 – Fortaleza, CE, Brasil
