UNIVERSIDADE POSITIVO TIAGO BATISTA
ESTUDO COMPARATIVO ENTRE AS CARACTERÍSTICAS DO ASFALTO CONVENCIONAL DE DO ASFALTO BORRACHA
Curitiba 2010
TIAGO BATISTA
ESTUDO COMPARATIVO ENTRE AS CARACTERÍSTICAS DO ASFALTO CONVENCIONAL DE DO ASFALTO BORRACHA
Trabalho de Conclusão de Curso apresentado ao curso de Engenharia Civil da Universidade Positivo como parte dos requisitos para graduação.
Orientador: Prof. Cláudio Marchand Krüger
Curitiba 2010
AGRADECIMENTOS
Ao término de um trabalho, uma longa caminhada se fez, muitas pessoas foram contatadas e, neste momento, são lembradas com gratidão.
Ao professor Claudio M. Krüger ao aceitar a orientação, tornou-se para mim, não só Mestre, mas também amigo com quem puder contar todos os momentos de dificuldades. Obrigado pela paciência e sabedoria.
Aos meus pais Jonas e Lilian por suas constantes presenças, a minha irmã Tatiane e meu irmão Jonas Jr.,bem como aos meus tios por fazerem parte deste sonho. As minhas amigos pelas horas compartilhadas nesta importante fase da vida.
E aos meus avós luzes da minha caminhada, meus amores incondicionais.
Resumo
Desde 1960 são realizados pesquisas relacionadas com pneus descartados para serem utilizados em pavimentação asfáltica, com o objetivo de diminuir o impacto ambiental gerado pelo pneu. Este trabalho tem como objetivo comparar o desempenho do ligante Asfáltico Modificado por Borracha (AMB) e ligante asfáltico convencional (CAP 50/70). Foram realizados ensaios de laboratório de viscosidade, ponto de amolecimento, penetração, recuperação elástica e adesividade para comparar as diferenças entrem os dois ligantes, com isso indicando uma grande diferença entre os 2 ligantes. Para analisar o desempenho do Concreto Asfáltico Usinado a Quente (CBUQ) com os dois ligantes, foram moldados corpos de prova simulando o pavimento que foi ensaiado em laboratório no Método Marshall. Com esses dados obteve-se as diferenças entre as características dos ligantes e o deobteve-sempenho deles no pavimento.
Os principais resultados das diferenças das características dos ligantes foi a viscosidade (AMB = 1760 cP e a do CAP 50/70 = 66 cP), o ponto de amolecimento (AMB = 54 ºC e CAP 50/70 = 50ºC), a recuperação elástica (AMB = 75,0% e CAP 50/70 = 0,0%). No desempenho de um corpo de prova realizado com ligante Asfáltico Modificado por Borracha (AMB) o resultado da estabilidade foi de 1323,12 kgf e da fluência foi de 2,54 mm enquanto o do ligante Asfáltico de Convencional (CAP 50/70) o resultado da estabilidade foi de 1124,78 kgf e a fluência foi de 3,25 mm.
Palavras-chave: Asfalto Modificado por Borracha, Asfalto Convencional, ensaio Marshall.
LISTA DE SIGLAS E ABREVIATURAS
ABNT – ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS AMB – ASFALTO MODIFICADO POR BORRACHA
AMP - ASFALTO MODIFICADO POR POLÍMERO
ANIP – ASSOCIAÇÃO NACIONAL DE INDÚSTRIAS PNEUMÁTICAS CAP – CIMENTO ASFÁLTICO DE PETRÓLEO
CBUQ – CONCRETO BETUMINOSO USINADO A QUENTE CONAMA – CONSELHO NACIONAL DO MEIO AMBIENTE DA – DENSIDADE APARENTE
DM – DENSIDADE DA MISTURA DR – DENSIDADE REAL
DER – DEPARTAMENTO DE ESTRADAS E RODAGEM
DNIT – DEPARTAMENTO NACIONAL DE INFRA-ESTRUTURA TERRESTRE IBAMA – INSTITUTO BRASILEIRO DO MEIO AMBIENTE
RBV – RELAÇÃO BETUME E VAZIO VAM – VAZIOS DE AGREGADO MINERAL VV – VOLUME DE VAZIOS
L
ISTA DE TABELA
TABELA 1: EVOLUÇÃO DA REDE RODOVIÁRIA FEDERAL E ESTADUAL (KM). _______________________________________________________ 19 TABELA 2: ESPECIFICAÇÃO DO ASFALTO CONVENCIONAL (CAP 50/70) 25 TABELA 3: ESPECIFICAÇÕES DO LIGANTE ASFALTO-BORRACHA ____ 28 TABELA 4: PRODUÇÃO ANUAL DE PNEUMÁTICOS EM UNIDADES POR GRUPO. _____________________________________________________ 30 TABELA 5: PRAZOS E METAS IMPOSTAS AOS PRODUTORES E IMPORTADORES EM RELAÇÃO À DESTINAÇÃO DE PNEUS INSERVÍVEIS.
____________________________________________________________ 31 TABELA 6: ESPECIFICAÇÃO DO ENSAIO MARSHALL PARA LIGANTE AMB
____________________________________________________________ 48 TABELA 7: ESPECIFICAÇÃO DO ENSAIO MARSHALL PARA LIGANTE CAP 50/70 _______________________________________________________ 48 TABELA 8 - TAMANHO NOMINAL DO AGREGADO __________________ 49 TABELA 9: CUSTOS DE EXECUÇÃO DOS REVESTIMENTOS DE CBUQ COM CADA TIPO DE ASFALTO. _________________________________ 51 TABELA 10: FAIXA DE LIMITES PARA GRANULOMETRIA_____________ 54 TABELA 11: RESULTADO DOS ENSAIOS LIGANTE AMB _____________ 57 TABELA 12: RESULTADO DOS ENSAIOS LIGANTE CAP 50/70. ________ 58 TABELA 13: COMPOSIÇÃO GRANULOMÉTRICA DA MISTURA ________ 61 TABELA 14: LIMITES DA FAIXA DE TRABALHO _____________________ 63 TABELA 15: DENSIDADES DAS FRAÇÕES_________________________ 64 TABELA 16: DENSIDADES DA MISTURA DOS AGREGADOS __________ 66 TABELA 17: DENSIDADE MÁXIMA TEÓRICA DO AMB (D)_____________ 66 TABELA 18: DENSIDADE MÁXIMA TEÓRICA DO CAP 50/70 (D) ________ 67
TABELA 19: DENSIDADES DOS CORPOS DE PROVA COM AMB_______ 68 TABELA 20: DENSIDADES DOS CORPOS DE PROVA COM CAP 50/70 __ 68 TABELA 21: VOLUME DE VAZIOS DOS CORPOS DE PROVA COM AMB_ 70 TABELA 22: VOLUME DE VAZIOS DOS CORPOS DE PROVA COM CAP 50/70 _______________________________________________________ 71 TABELA 23: VAZIOS DE AGREGADO MINERAL COM AMB ____________ 72 TABELA 24: VAZIOS DE AGREGADO MINERAL COM CAP 50/70 _______ 73 TABELA 25: RELAÇÃO BETUME VAZIOS COM AMB _________________ 75 TABELA 26: RELAÇÃO BETUME VAZIOS COM CAP 50/70 ____________ 76 TABELA 27: ESTABILIDADE COM AMB ____________________________ 77 TABELA 28: ESTABILIDADE COM CAP 50/70 _______________________ 78 TABELA 29: FLUÊNCIA COM AMB________________________________ 79 TABELA 30: FLUÊNCIA COM CAP 50/70 ___________________________ 80 TABELA 31: RESULTADO DO TEOR ÓTIMO DO LIGANTE ASFÁLTICO __ 81 TABELA 32- RESULTADOS COM LIGANTE AMB ____________________ 82 TABELA 33 - RESULTADOS COM LIGANTE CAP 50/70 _______________ 83 TABELA 34 - DIFERENÇA ENTRE LIGANTES _______________________ 84 TABELA 35 - DIFERENÇA DE DESEMPENHO ______________________ 85 TABELA 36 - TABELA DE CUSTO ________________________________ 86
LISTA DE FIGURAS
FIGURA 1: CAMINHO DO OURO (1726) – MINAS-PARATI _____________ 17 FIGURA 2: RESQUÍCIOS DO CAMINHO DO OURO (1726), PARATI (2003) 17 FIGURA 3: ESTRADA REAL _____________________________________ 18 FIGURA 4: ESTRADA DO MAR E ESTRADA UNIÃO E INDÚSTRIA DE 1865
____________________________________________________________ 18 FIGURA 5: DISTRIBUIÇÃO DE CARGAS NOS PAVIMENTOS RÍGIDOS E FLEXÍVEIS ___________________________________________________ 20 FIGURA 6: DESENHO ESQUEMÁTICO DAS CAMADAS QUE CONSTITUEM UM PAVIMENTO ______________________________________________ 21 FIGURA 7: MISTURA ASFÁLTICA COM PARTÍCULAS DE BORRACHA . _ 27 FIGURA 8: MAPA QUE MOSTRA A QUANTIDADE DE PNEUS INSERVÍVEIS DESCARTADOS DE FORMA INCORRETA. _________________________ 33 FIGURA 9: CICLO DO PNEU. ____________________________________ 34 FIGURA 10: ENSAIO DE PONTO DE AMOLECIMENTO _______________ 39 FIGURA 11: PENETRÔMETRO___________________________________ 41 FIGURA 12: VISCOSÍMETRO ROTACIONAL. _______________________ 44 FIGURA 13: DUCTILÔMETRO ___________________________________ 46 FIGURA 14 - ENSAIO DO PONTO DE AMOLECIMENTO ______________ 59 FIGURA 15 - ENSAIO DE PENETRAÇÃO___________________________ 59 FIGURA 16 - ENSAIO DE DUCTILIDADE ___________________________ 59 FIGURA 17 - ENSAIO DE GRANULOMETRIA _______________________ 62 FIGURA 18 - ENSAIO DE EQUIVALENTE DE AREIA _________________ 62 FIGURA 19 - ENSAIO DE ESTABILIDADE E FLUÊNCIA _______________ 80
SUMÁRIO 1. INTRODUÇÃO ____________________________________________ 11 1.1 Objetivo Geral _________________________________________ 14 1.2 Justificativa ___________________________________________ 14 2 REVISÃO DA LITERATURA __________________________________ 16 2.1 Origem do Pavimento ___________________________________ 16 2.1.1 Pavimento _________________________________________ 19 2.1.2 Etapas Construtivas _________________________________ 22 2.2 Asfalto Convencional ____________________________________ 23 2.3 Asfalto Borracha________________________________________ 25 2.4 Patente Nacional _______________________________________ 28 2.5 Sustentabilidade Ambiental _______________________________ 29 2.6 Diferenças entre as Características do Asfalto Borracha e do Asfalto Convencional _______________________________________________ 35 2.7 Ensaios ______________________________________________ 37 2.7.1 Ponto de Amolecimento (anel e bola) ____________________ 38 2.7.1.1 Aparelhos necessários para a execução do ensaio _______ 38 2.7.2 Penetração ________________________________________ 39 2.7.3 Adesividade _______________________________________ 41 2.7.4 Viscosidade________________________________________ 42 2.7.5 Ductilidade ________________________________________ 44 2.7.6 Ensaio Marshall ____________________________________ 46 2.8 Durabilidade do PavimENTO ______________________________ 49 2.9 Custo ________________________________________________ 50 3 METODOLOGIA ___________________________________________ 53 3.1 Estudo Preliminar_______________________________________ 53
3.2 Estudo do Material Pétreo ________________________________ 54 3.3 Ensaio Marshall ________________________________________ 55 3.4 Custo de obra _________________________________________ 56 4 RESULTADOS E ANÁLISES _________________________________ 57 4.1 Resultados dos Ligantes._________________________________ 57 4.1.1 Resultado do Ligante AMB. ___________________________ 57 4.1.2 Resultado do Ligante CAP 50/70._______________________ 58 4.1.3 Análise dos Resultados dos ligantes ____________________ 59 4.2 Adesividade ___________________________________________ 60 4.3 Caracterização dos Agregados ____________________________ 60 4.3.1 Faixas de Trabalho __________________________________ 62 4.3.2 Densidades das Frações _____________________________ 63 4.3.3 Análise dos resultados do material pétreo ________________ 64 4.4 Método Marshall________________________________________ 65 4.4.1 Densidades da Mistura dos Agregados __________________ 65 4.4.2 Densidade Máxima Teórica ___________________________ 66 4.4.3 Densidades dos Corpos de Prova. ______________________ 67 4.4.4 Volume de Vazios dos Corpos de prova (Vv) ______________ 69 4.4.5 Vazios de Agregado Mineral (VAM) _____________________ 71 4.4.6 Relação Betume Vazios (RBV). ________________________ 74 4.4.7 Estabilidade _______________________________________ 76 4.4.8 Fluência __________________________________________ 79 4.4.9 Teor Ótimo do Ligante Asfáltico ________________________ 81 4.4.10 Análise dos resultados do Método Marshall _______________ 81 5 CONCLUSÃO _____________________________________________ 84 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ________________________________ 87
1. INTRODUÇÃO
Dentre os produtos mais antigos empregados na construção se destaca o asfalto, também conhecido como betume. Há referência do uso deste material pelos Fenícios e até por Noé, que utilizou betume na impermeabilização da histórica Arca (IBP, 2008).
Na Era Moderna, o betume, que se trata de asfalto natural, deu vez para o Cimento Asfáltico de Petróleo – CAP, que nada mais é do que um derivado de petróleo primário como o diesel, gasolina, querosene, dentre outros (IBP, 2008).
Vale a pena ressaltar que quando dirigimos nossos veículos ou simplesmente caminhamos nos pavimentos construídos com CAP, que recebem a designação de pavimentos flexíveis, não andamos sobre asfalto, mas sim sobre concreto betuminoso (ANIP, 2010).
Atualmente, o CAP é utilizado amplamente pela engenharia civil, seja na forma bruta ou industrializada, como impermeabilizante ou ainda como agente aglutinante na pavimentação rodoviária; através de sua mistura, em equipamentos específicos, com material pétreo.
Segundo Morilha (2004), hoje cerca de 90% das vias e rodovias do mundo têm como revestimento o concreto betuminoso que conduz a pavimentos flexíveis, que por sua vez usam como agente ligante-aglutinante o CAP..
Porém, na Europa e Estados Unidos em sua grande maioria, os CAP´s utilizados na pavimentação são modificados por polímeros elastoméricos ou por pó de borracha oriunda de pneus inservíveis (BERTOLLO, 2002).
O CAP, quando modificado por polímeros elastoméricos ou por pó de borracha, recebe designações distintas, sendo estas:
• AMP – Asfalto Modificado por Polímeros Elastoméricos, e;
• AMB – Asfalto Modificado por Pó de Borracha de Pneus, com pelo menos 15% em peso de pó de borracha.
Segundo Morilha (2004), o uso de asfaltos modificados em pavimentação vem crescendo em todo o mundo, inclusive no Brasil; por sua vez, os usos de asfalto borracha vêm crescendo mais do que o uso de asfalto polímero.
O uso do AMB, além de prolongar a vida útil dos pavimentos, conduz a destinação adequada deste passivo ambiental que são os pneus inservíveis.
Assim sendo, este Trabalho de Conclusão de Curso contempla os conteúdos relativos ao estudo comparativo entre o asfalto convencional em relação ao asfalto modificado por borracha e está estruturado em três capítulos, considerando este como introdutório.
Ainda no primeiro capitulo é encontrado o objetivo geral do trabalho, bem como a justificativa para a realização do mesmo. No que diz respeito à justificativa para a realização do trabalho, está fundamentalmente embasada nas resoluções do CONAMA (Conselho Nacional do Meio Ambiente) que preconizam que haja uma destinação final aos pneus inservíveis no País, e uma grande solução é a aplicação desse material na composição do asfalto.
No segundo capítulo é encontrado o embasamento teórico que contempla desde a origem da pavimentação, passando pela definição de um pavimento e suas funções, etapas construtivas de uma rodovia até chegar ao asfalto borracha. Veremos onde se iniciou a sua utilização e como está sendo utilizada essa tecnologia no Brasil. É abordada a questão da patente nacional asfalto borracha. Também é discutida a durabilidade do pavimento, mostrando como são feitos os ensaios de laboratório e que os tipos de ensaios podem ser feitos, e de complemento à justificativa são apresentadas informações sobre a sustentabilidade ambiental, em conformidade com as resoluções 258, 301 e 416 do CONAMA, até chegar ao estudo do custo do material estudado.
No terceiro capítulo, são demonstrados, sinteticamente, os passos metodológicos que serão seguidos a fim de que o objetivo do trabalho seja alcançado. Neste sentido, contempla estudos preliminares de características dos ligantes asfálticos obtidos através dos ensaios de laboratório, a fim de realizar análises de desempenho do concreto betuminoso usinado a quente (CBUQ) e o
ligante asfáltico modificado por borracha (AMB) e obter as conclusões de qual tipo de pavimento é melhor.
Os dados para a comparação entre os pavimentos construídos com cimento asfáltico de petróleo (CAP) e o pavimento construído com asfalto modificado por borracha oriunda de pneus inservíveis serão obtidos na segunda etapa deste trabalho, o qual seguirá os passos metodológicos de acordo com as normas da ABNT.
1.1 Objetivo Geral
Comparar as características do Asfalto Borracha e do Asfalto Convencional, em relação a: custo, propriedades mecânicas e características gerais, do ponto de vista da engenharia e do meio ambiente.
1.2 Justificativa
O grande avanço no transporte em relação ao aumento no número de veículos circulando, geraram um forte impacto ambiental no que diz respeito aos pneus velhos descartados que são abandonados em locais impróprios e que causam grandes transtornos para a saúde e a qualidade de vida das pessoas.
Segundo a Folha de Londrina, de setembro de 2006:
“De acordo com as organizações internacionais, a produção de pneus novos está estimada em aproximadamente 2 milhões por dia no mundo todo. Já o descarte de pneu velho chega a atingir anualmente a marca de 800 milhões de pneus”.
Neste sentido a Política Nacional de Meio Ambiente, em seu artigo 94, subseção X - dos pneumáticos, bem como o Conselho Nacional do Meio Ambiente – CONAMA, no artigo 2º da resolução 258/99 (CONAMA, 1999), obriga as empresas fabricantes e importadoras a coletar e dar destinação final apropriada aos pneus inservíveis existentes no território nacional. A resolução estabelece uma proporção de coleta relativa às quantidades fabricadas.
Atualmente, para cada quatro pneus novos fabricados ou importados, as empresas fabricantes ou importadoras deverão dar destinação final a cinco pneus inservíveis (CONAMA, 1999).
No Brasil, cerca de 100 milhões de pneus inservíveis estão espalhados em aterros, terrenos baldios, rios e lagos, segundo estimativa da Associação Nacional da Indústria de Pneumáticos (ANIP, 2010). E a cada ano são produzidos cerca de 45 milhões de pneus novos no país. Sua principal matéria-prima, a borracha vulcanizada, é de difícil degradação e se queimada a céu aberto contamina o meio ambiente, uma vez que libera grande quantidade de CO2, enxofre, entre outros
gases até de efeito cancerígeno (ANIP, 2010).
Esses pneus abandonados não são apenas problemas ambientais, mas também de saúde pública. Além de servirem como ninhos para ratos e cobras, eles acumulam água das chuvas e criam ambientes propícios à formação de focos e disseminação de doenças como a dengue e febre amarela.
Em função desses fatos, é necessário estudar formas para minimizar os impactos ambientais gerados pelo acúmulo de pneus lançados sem controle algum ao meio ambiente.
Os pneus, depois de reciclados, podem ser utilizados para cobrir áreas de lazer e quadras esportivas, fabricar tapetes para automóveis; passadeiras; saltos e solados de sapatos; colas e adesivos; câmaras de ar; rodos domésticos; tiras para indústrias de estofados; buchas para eixos de caminhões e ônibus, entre outros produtos. Bem como, em obras de pavimentação, onde a borracha de pneu pode ser incorporada aos materiais asfáltico.
Embora muitos profissionais relatem em estudo como Morilha e Ceratti falem que misturas modificadas com adição de borracha têm suas propriedades mecânicas melhoradas, muito precisa ser estudado e pesquisado sobre este assunto, o que justifica o presente estudo.
2 REVISÃO DA LITERATURA
2.1 Origem do Pavimento
No Egito, por exemplo, existe uma das mais antigas estradas pavimentadas, com a função de transportar cargas pesadas, que eram levadas através de trenós para a construção das pirâmides entre os anos 2600-2400 a.C. Já na Ásia, foi construída a Estrada Real com aproximadamente 2000 km, no ano de 500 a.C. (BERNUCCI, et. al, 2007).
Com relação às Américas, têm destaque os impérios Incas com a Estrada do Sol e o Império Maia com destaque para as Estradas Brancas (BERNUCCI, et. al, 2007).
A pavimentação no Brasil teve início em 1560 com a construção da Estrada do Mar. Em 1726 o Caminho de Ouro fazia a ligação de Minas Gerais ao Rio de Janeiro, rodovia que ficou conhecida como Estrada Real. Já em 1865 foi construída a estrada de rodagem União e Indústria (144 km) ligando Petrópolis a Juiz de Fora, estrada essa que foi a primeira a usar macadame como base e revestimento, pois todas as estradas executadas no país até então eram feitas com pedras importadas de Portugal.
Como podemos ver pelas Figuras de 1 a 4 a seguir, as nossas primeiras rodovias estão longe de ser o que conhecemos hoje como rodovias.
FIGURA 1: CAMINHO DO OURO (1726) – MINAS-PARATI Fonte: (BERNUCCI, 2007)
FIGURA 2: RESQUÍCIOS DO CAMINHO DO OURO (1726), PARATI (2003) Fonte: (BERNUCCI, 2007)
FIGURA 3: ESTRADA REAL Fonte: (BERNUCCI, 2007)
FIGURA 4: ESTRADA DO MAR E ESTRADA UNIÃO E INDÚSTRIA DE 1865 Fonte: (BERNUCCI, 2007)
No Brasil, no ano de 2005 haviam 196.000 km de rodovias pavimentadas, das quais 58 mil km eram rodovias federais, 115.000 km rodovias estaduais e 23.000 km rodovias municipais (BERNUCCI, et. al, 2007).
Na Tabela 01 apresenta a evolução da rede rodoviária Federal e Estadual
TABELA 1: EVOLUÇÃO DA REDE RODOVIÁRIA FEDERAL E ESTADUAL (KM).
Federal Estadual
Ano
Pavimentada Não
pavimentada Total Pavimentada
Não pavimentada Total 1970 24.146 27.394 51.540 24.431 105.040 129.471 1975 40.190 28.774 68.964 20.641 86.320 106.961 1980 39.685 19.480 59.165 41.612 105.756 147.368 1985 46.455 14.410 60.865 63.084 100.903 163.987 1990 50.310 13.417 63.727 78.284 110.769 189.053 1993 51.612 13.783 65.395 81.765 110.773 192.538 2003 57.143 14.049 71.192 84.352 111.410 195.762 2005 58.149 14.651 72.800 98.377 109.963 208.340 2007 61.304 13.636 74.940 106.548 113.451 219.999
Fonte: Ministério do transporte (apud Bernucci et. al, 2007).
A Tabela 1 acima mostra um resumo da evolução das rodovias brasileiras dentre os anos de 1970 a 2007, e é possível observar que principalmente as rodovias estaduais tiveram um grande avanço.
2.1.1 Pavimento
O pavimento é uma estrutura construída sobre o terreno natural (subleito) a partir da execução dos serviços de terraplenagem, por meio de várias camadas de materiais diferentes, cuja função principal é fornecer ao usuário segurança e conforto, fornecendo, sob o ponto de vista da engenharia, a máxima qualidade e o mínimo custo (SANTANA, 1993).
Dentre as principais funções dos pavimentos, vale ressaltar segundo a NBR 7207 (ABNT, 1992): resistir e distribuir ao subleito os esforços verticais do tráfego, melhorar as condições de rolamento quanto à comodidade e segurança e resistir aos esforços horizontais, tornando o mais durável possível a superfície de rolamento.
No que diz respeito à estrutura do pavimento, podem-se classificar em pavimentos rígidos, pavimentos semi-rígidos e pavimentos flexíveis (CHAVES, 2009).
De modo geral, os pavimentos são classificados em pavimentos rígidos e pavimentos flexíveis, sendo que os pavimentos rígidos são aqueles que sofrem pouca deformação e normalmente são constituídos de concreto de cimento, já os pavimentos flexíveis são aqueles em que as deformações não levam o pavimento ao rompimento, como pode ser observado na figura 5 a seguir. (CHAVES, 2009).
FIGURA 5: DISTRIBUIÇÃO DE CARGAS NOS PAVIMENTOS RÍGIDOS E FLEXÍVEIS Fonte: (CHAVES, 2009)
Segundo Chaves (2009), o pavimento rodoviário pode ser composto pelas seguintes camadas, como pode ser visto na Figura 6:
- subleito;
- regularização; - reforço do subleito; - sub-base;
- base e;
- revestimento (camada de rolamento).
FIGURA 6: DESENHO ESQUEMÁTICO DAS CAMADAS QUE CONSTITUEM UM PAVIMENTO Fonte: (CHAVES, 2009)
Essas variadas camadas da estrutura possuem a função de diluir as tensões verticais aplicadas na superfície para que o sub-leito receba o mínimo possível desta tensão. A tensão horizontal aplicada na superfície exige uma mínima coesão capaz de suportar a parcela de cisalhamento (SANTANA, 1993).
A camada responsável por receber e distribuir os esforços oriundos do tráfego é a base, camada essa que fica logo abaixo da camada de revestimento. O material utilizado na camada da base deve ter características tecnológicas superiores ao da sub-base, com CBR mínimo de 80% de acordo com o Método DER (CHAVES, 2009).
O revestimento é a camada impermeável que recebe diretamente as ações do tráfego de veículos e as transmite para a base. (CHAVES, 2009).
O revestimento é responsável por melhorar as condições de segurança e resistir ao desgaste causado pelo tráfego. Normalmente, esta camada é executada com espessura entre 3 cm e 5 cm. A espessura da camada de revestimento é pequena em relação às demais camadas do pavimento, devido ao seu preço unitário, que é bem mais elevado. Desta forma, procura-se projetar um pavimento com a camada de revestimento o menos espessa possível. (SANTANA, 1993).
2.1.2 Etapas Construtivas
No que diz respeito às etapas construtivas de uma rodovia podemos citar: (CHAVES, 2009).
- planejamento deve conter informações sobre a análise econômica do empreendimento, bem como as fontes alternativas de obtenção de recursos e o cronograma físico-financeiro;
- estudo preliminar é onde serão constituídos os serviços de abertura de trilha, levantamentos topográficos, estudo das alternativas de traçado da rodovia, execução de sondagens do subsolo e estudo da proximidade de jazidas.
- anteprojeto é onde será definido o traçado da rodovia;
- projeto executivo onde será feito o detalhamento do traçado escolhido com os levantamentos quantitativos de serviços necessários e o orçamento e;
- a construção da rodovia que, sem dúvidas é a etapa mais importante e complexa de todo o sistema, começa desde a limpeza do terreno até a rodovia estar liberada para o tráfego, e passa por confecção de estradas de serviço, drenagens profundas e superficiais, corte e aterro, compactação dos aterros até chegar à estrutura do pavimento, passando pela sub-base, execução da base e execução do revestimento da pista de rolamento. Depois de feito o revestimento, vem à sinalização da rodovia, e o tratamento superficial de acostamento para que a rodovia possa ser operada.
Atualmente, devido ao apelo ambiental, essas atividades mencionadas precisam estar de acordo com as exigências impostas através de resoluções do
CONAMA, e para atingirem esses objetivos com êxito é necessário acrescentar mais algumas atividades construtivas, dentre as quais se destacam: (CONAMA, 1986).
- estudo de alternativas de traçado dentro do enfoque de minimizar os impactos ambientais;
- estudos ambientais - nessa fase serão necessários os levantamentos ambientais a fim de obter uma licença provisória;
- projeto ambiental – nessa etapa deverão ser definidos os procedimentos cabíveis referentes aos impactos ambientais levantados, bem como a definição de áreas compensatórias às áreas de impacto. Ao final desta etapa, tem-se a licença de implantação;
- implantação das ações ambientais – nesta etapa, em simultaneidade, serão executadas as obras de compensação ambiental definidas pelo órgão licenciador quando da emissão da licença de implantação. Ao final das obras, será emitida a licença de operação para haver a entrada da rodovia em vigor.
Esses estudos ambientais são exigências legais a partir da resolução 001 do CONAMA de 23 de janeiro de 1986, por caracterizar que construções rodoviárias são obras de engenharia capazes de causar impactos significativos ao meio ambiente (CONAMA, 1986).
2.2 Asfalto Convencional
A utilização de asfalto na pavimentação no Brasil teve início no ano de 1928, com a construção da Rodovia Washington Luís e a Estrada do Mar que foi revitalizada e asfaltada (Portal rodovias do Brasil, 2010).
A obtenção de asfalto utilizado na pavimentação é realizada através da destilação de tipos específicos de petróleo, na qual as frações leves (gasolina, diesel e querosene) são retiradas no refino (BERNUCCI, et. al, 2007).
No Brasil o produto resultante deste processo de destilação passa a ser chamado de CAP - Cimento Asfáltico de Petróleo (BERNUCCI, et. al, 2007).
Esse ligante tem propriedades termoviscoplásticas, é impermeável a água e é pouco reativo. O CAP encontra-se semi-solido quando em baixas temperaturas, liquido em altas temperaturas e viscoelástico à temperatura ambiente (BERNUCCI
et. al, 2007).
Segundo Bernucci et. al (2007), a característica termoviscoelástica desse material manifesta-se em seu comportamento mecânico, sendo suscetível à velocidade, ao tempo e à intensidade de carregamento, e á temperatura de serviço.
Ainda neste sentido segundo a Petrobrás (2010) O CAP é um material termossensível utilizado principalmente para aplicação em trabalhos de pavimentação, pois, além de suas propriedades aglutinantes e impermeabilizantes, possuem características de flexibilidade e alta resistência à ação da maioria dos ácidos inorgânicos, sais e álcalis.
Em suas aplicações, é necessário que o CAP esteja homogêneo e livre de água, e para uma melhor utilização recomenda-se o conhecimento prévio da curva viscosidade / temperatura (PETROBRÁS, 2010).
Segundo a AGÊNCIA NACIONAL DO PETRÓLEO, GÁS NATURAL E BIOCOMBUSTÍVEIS através da resolução nº19 de 11 de julho de 2005 classificam os cimentos asfáltico de petróleo (CAP´s), de acordo com o ensaio de penetração, e pode ser classificado como: CAP 30-45, CAP 50-70, CAP 85-100 e CAP 150-200.
O CAP 50/70 para a aplicação de obra tem que estar dentro das especificações do ligante, conforme a Tabela 02.
TABELA 2: ESPECIFICAÇÃO DO ASFALTO CONVENCIONAL (CAP 50/70)
ENSAIO MÍNIMO MÁXIMO
Viscosidade 135 ºC (cP) 274 - Viscosidade 150 ºC (cP) 112 - Viscosidade 177 ºC (cP) 57 285 Ponto de Amolecimento (ºC) 46 - Penetração (dm) 50 70 Recuperação Elástica (%) NA -
Fonte: Certificado de Ensaio Petrobrás 2010
2.3 Asfalto Borracha
Segundo Faxina (2002), a história de adição de borracha de pneu no asfalto começou na década de 40 nos Estados Unidos pela Companhia de Reciclagem de Borracha, U.S. Rubber Reclaiming Company. Mas só em 1963 nos próprios Estados Unidos, por Charles H. McDonald, que iniciou uma pesquisa, incorporando borracha moída, um material com alta elasticidade, para ser aplicado em pavimento asfáltico.
Na década de 1990, o CENPES (Centro de Pesquisa da Petrobrás) no Brasil começou a fazer pesquisas com borracha moída no asfalto para testar vários fornecedores e para avaliar a produção.
Ceratti et.al (2006) relatou ainda que:
“No fim do ano 2000, procurando respaldar a técnica e
cientificamente a pesquisa do Asfalto Borracha, o Grupo GRECA ASFALTOS participava e consagrava um Convênio de Cooperação
Técnica com a LAPAV – Laboratório de Pavimentação da Universidade Federal do Rio Grande do Sul. Assim surgiu o asfalto Ecológico, que foi especialmente fabricado para consumir pneus inservíveis e melhorar as propriedades do asfalto comum”.
Devido à importância ambiental em encontrar alternativas para acabar com o passivo de pneus, em 1991 o Intermodal Surface Transportation Efficiency Act – EUA (ISTEA) determinou um percentual para utilização de borracha oriunda de pneus na pavimentação. A partir desta data, começaram a serem pesquisadas e avaliadas novas tecnologias (SPECHT, 2004).
No Brasil, o primeiro trecho a utilizar o asfalto borracha foi construído no Rio Grande do Sul por uma parceria entre a Metrovias, a Universidade Federal do Rio Grande do Sul e a Greca Asfaltos. O local da aplicação foi na BR-116 entre os quilômetros 318 e 320, entre Camapuã e Guaíba (SPECHT, 2004).
O asfalto modificado por borracha de pneus consiste na mistura de asfalto convencional, aditivos e borracha granulada de pneus em equipamento apropriado A modificação física, reológica e química do asfalto convencional; é possível graças a um adequado processo de mistura por meio de ação mecânica e digestão térmica, devidamente controlada, visando produzir um produto final uniforme e estável. (SPECHT, 2004).
O asfalto borracha pode ser obtido de duas maneiras, através do processo úmido e através do processo seco (SPECHT, 2004).
No que diz respeito ao processo seco a borracha é utilizada como agregado, obtendo-se assim borracha-agregado como pode ser visto na Figura 7 a seguir. As partículas substituem no máximo 5% dos agregados. Este processo utiliza entre 2 a 4 vezes a quantidade de borracha comparado ao processo úmido (SPECHT, 2004).
FIGURA 7: MISTURA ASFÁLTICA COM PARTÍCULAS DE BORRACHA . Fonte: (SPECHT, 204)
A incorporação da borracha através do processo seco melhora as características de resistência à fadiga e o trincamento térmico devido à menor sensibilidade às variações de temperatura, melhorando assim as características funcionais em revestimento tipo borracha-agregado que em concretos asfáltico convencionais (SPECHT, 2004).
Já no processo úmido a borracha é misturada primeiramente com o ligante, ocorrendo assim à transferência de características de elasticidade e resistência ao envelhecimento para o ligante asfáltico original (GRECA ASFALTOS, 2003).
Este processo dá origem ao ligante denominado asfalto-borracha, sendo definido pela ASTM D 6114-97 como:
“Mistura de cimento asfáltico, borracha de pneu reciclada e certos aditivos, dos quais o percentual de borracha deve ser pelo menos 15% em massa do total da mistura e sofrer reação com o ligante asfáltico aquecido de forma a causar um inchamento das partículas de borracha. (SPECHT, 2004, p.51)”.
Em 2005, o Departamento de Estradas de Rodagem do Paraná (DER/PR) editou a especificação de serviço DER/PR ES – P 28/05 para regulamentar o emprego de asfalto borracha em obras de pavimentação com misturas a quente.
Nesta especificação constam as características que os cimentos asfáltico de petróleo modificados por borracha moída de pneus devem satisfazer:
- O teor mínimo de borracha incorporado no ligante asfáltico (via úmida) deve ser de 15% em peso;
- Os ensaios do ligante asfalto-borracha estocável devem cumprir os limites da Tabela 3 a seguir;
- O tempo máximo e as condições de armazenamento e estocagem do asfalto borracha, para diferentes situações, devem ser definidos pelo fabricante;
- A garantia do produto asfáltico por carga deve ser atestada pelo fabricante por meio de certificado com as características do produto.
TABELA 3: ESPECIFICAÇÕES DO LIGANTE ASFALTO-BORRACHA
Fonte: Especificação de serviço DER/PR – 28/05 .
2.4 Patente Nacional
Hoje em dia, algumas empresas no Brasil produzem o asfalto borracha, mas a empresa que possui a Patente é a Greca Asfaltos. O INPI – Instituto Nacional
da Propriedade Industrial concedeu à GRECA ASFALTOS exclusividade na produção do Asfalto Borracha, no território nacional, conforme carta Patente nº PI 0104795-7, de 29 de março de 2005, publicada na página 158 da RPI – Revista da Propriedade Industrial nº 1.786 do mesmo dia (GRECA ASFALTOS, 2005).
No dia 11 de outubro de 2001, foi concedida à Greca Asfaltos a patente no que diz respeito à manipulação de piche, asfalto e betume, com o seguinte título: “Processo de obtenção e produto final de concreto asfáltico modificado por pó de pneu”.
A patente concedida à Greca Distribuidora de Asfaltos Ltda. descreve um processo de obtenção final de concreto asfáltico modificado por pó de pneus inservíveis, a fim de obter pavimento com melhores qualidades que o convencional, com intenção de aumentar a vida útil do pavimento e melhorar as condições de tráfego, tendo como base um produto de maior resistência e impermeabilidade (INPI, 2010).
Ainda o Instituto Nacional da Propriedade Industrial, 2010 declara que:
“O presente processo de obtenção e produto final de concreto asfáltico é formado por um conjunto de soluções físicas e químicas incorporadas, compondo um concreto asfáltico completo de ótimo acabamento e características próprias, que é composto através do processo de obtenção de uma massa compreendida de uma composição geral diferenciada baseada na dispersão e moagem, da borracha proveniente de pneus usados, em asfalto diluído por agente rejuvenescedor de xisto (Tipo AR-5)”.
2.5 Sustentabilidade Ambiental
O problema na geração de pneus ocorre em todo o mundo, e no Brasil não é diferente. Segundo o IBGE no ano de 2009 foram produzidos no Brasil cerca de 61 milhões de pneus.
Segundo a Associação Nacional da Indústria de Pneumáticos (ANIP), as oito empresas que compõem essa associação (Bridgestone, Goodyear, Levorin,
Maggion, Michelin, Pireli, Rinaldi e Tortuga) produziram aproximadamente 90% desse valor, cerca de 54 milhões de unidades, como pode ser visto na Tabela 04 que mostra a quantidade de pneus produzidos por classes.
TABELA 4: PRODUÇÃO ANUAL DE PNEUMÁTICOS EM UNIDADES POR GRUPO.
Pneumáticos Total 2007 (milhares) Total 2008 (milhares) Total 2009 (milhares)
1 – Carga 13.377 13.209 6.034 3 - Automóveis 28.791 29.591 27.492 Subtotal 42.168 42.801 33.526 4 - Motocicletas 13.725 15.249 11.822 5 – Outros 1.354 1.640 8.463 11 - Total de pneumáticos 57.247 59.690 53.811 Fonte: ANIP, 2010.
Atualmente, devido ao grande apelo ambiental, há uma grande preocupação em o que fazer com os pneus inservíveis, pois quando descartados de forma errada ou em locais impróprios podem trazer problemas à sociedade.
Além de ser um dos mais importantes focos de dengue, os pneus descartados de forma incorreta contribuem para entupimentos das redes de esgoto, geram enchentes, poluição de rios e lagos e ainda ocupam um grande volume nos aterros sanitários, se forem queimados de maneira incorreta geram poluição atmosférica.
Como um pneu pode demorar mais de 150 anos para se decompor, é extremamente importante investir em sua reciclagem e não mais descartar de qualquer forma na natureza (ANIP, 2010).
A preocupação com o meio ambiente e a ecologia cresceu junto à população e a industrialização mundial. Uma das principais questões é a reciclagem e a reutilização de resíduos sólidos.
Nesse sentido, veio de encontro a essas necessidades o Conselho Nacional do Meio Ambiente (CONAMA), que através de resoluções tem o objetivo de acabar ou minimizar os impactos ambientais. No que diz respeito aos pneumáticos, foram criadas algumas resoluções do CONAMA.
A resolução 258 (CONAMA, 1999), que posteriormente teve alguns acréscimos de detalhes com a resolução 301 (CONAMA,1999), define responsabilidades para produtores e importadores de pneus pela destinação final ambientalmente adequada dos pneus inservíveis.
A Resolução 301 (CONAMA, 1999) determina a quantidade de pneus inservíveis que devem ter a destinação final apropriada, para cada pneu novo produzido ou importado, como pode ser visto na Tabela 05 a seguir, onde a partir de 2005 para cada 4 pneus novos é necessário dar destinação final apropriada a 5 pneus inservíveis com o objetivo de eliminar o passivo ambiental existente no país.
TABELA 5: PRAZOS E METAS IMPOSTAS AOS PRODUTORES E IMPORTADORES EM RELAÇÃO À DESTINAÇÃO DE PNEUS INSERVÍVEIS.
Prazo a partir de Pneus Novos (nacionais ou
importados) Pneus inservíveis
jan- 2002 4 unidades 1 unidade
jan- 2003 2 unidades 1 unidade
jan- 2004 1 unidade 1 unidade
jan- 2005 4 unidades 5 unidades
Prazo a partir de Pneus reformados importados Pneus inservíveis
jan- 2004 4 unidades 5 unidades
jan- 2005 3 unidades 4 unidades
Fonte: CONAMA (2002)
A resolução 301 (CONAMA, 2002) proíbe o descarte de resíduos sólidos nos aterros sanitários, bem como no mar, em terrenos baldios ou alagadiços, margens de vias públicas, cursos d'água e praias, e a queima desses resíduos, exceto para obtenção de energia efetuada por métodos insuscetíveis de causar danos à saúde humana ou meio ambiente. E determina que os procedimentos e técnicas licenciados pelos órgãos ambientais como destinação correta são processos nos quais os pneus são descaracterizados por meios físicos e químicos.
A resolução 301 (CONAMA, 2002) ainda estabelece que a destinação correta possa ser efetuada em instalações próprias dos fabricantes e importadores de pneus, bem como através de contratação de serviços de terceiros.
As empresas podem criar centrais de recepção para armazenamento temporário desses inservíveis para posteriormente darem à destinação final segura e adequada.
Em 2007, para estar de acordo com as resoluções do CONAMA, as empresas associadas à ANIP fundaram a Reciclanip, com o objetivo de dar a destinação final adequada aos pneus Inservíveis (ANIP, 2010).
Hoje, a Reciclanip trabalha em conformidade com a resolução 416 (CONAMA, 2009) que preconiza que pneus inservíveis são aqueles que apresentam danos irreparáveis em sua estrutura, não podendo assim ser reaproveitados para rodagem. Sendo assim, fica definido que as empresas fabricantes de pneus são responsáveis por ter locais de coleta desses pneus inservíveis com o objetivo de armazenar temporariamente para posteriormente dar à destinação final apropriada e assim evitar danos ou riscos a saúde publica e diminuir os impactos ambientais.
Durante a existência do Programa de Coleta e Destinação de Pneus Inservíveis, e mais recentemente com a criação da Reciclanip, os fabricantes de pneus conseguiram, a pedido do poder público, eliminar diversos depósitos de pneus em diferentes locais do Brasil. (ANIP, 2010).
Na figura 8a seguir, é possível observar as principais ações em prol do meio ambiente e a grande quantidade de pneus que eram descartados de forma incorreta nos mais diversos locais do País, com destaque para Sorocaba, São José do Rio Preto e Almirante Tamandaré, que juntos somam mais de 11 milhões de pneus que foram retirados do meio ambiente e que tiveram uma destinação final apropriada (ANIP, 2010).
FIGURA 8: MAPA QUE MOSTRA A QUANTIDADE DE PNEUS INSERVÍVEIS DESCARTADOS DE FORMA INCORRETA.
Fonte: (ANIP, 2010)
Os últimos dados estatísticos da Reciclanip de março de 2010, mostram que a destinação ambientalmente correta, mais de 240 milhões de pneus, desde sua fundação (ANIP, 2010).
Segundo a ANIP (2010), os pneus utilizados devem ir para os pontos de coleta espalhados por todo o País, onde serão separados os pneus que podem ser reformados para voltarem à utilização, bem como os pneus inservíveis, para que esses possam ser recolhidos pela Reciclanip e posteriormente triturados e transportados novamente para as empresas reutilizarem como matéria-prima para novos produtos. A seguir pode ser visto um esquema do ciclo do pneu na Figura 9.
FIGURA 9: CICLO DO PNEU. Fonte: (RECICLANIP, 2010)
Em todo o mundo, os pneus inservíveis são reaproveitados em diversas atividades comerciais e industriais. No Brasil, as formas de destinação são regulamentadas pelo IBAMA (Instituto Brasileiro do Meio Ambiente e dos Recursos Naturais Renováveis), que determina quais processos são ambientalmente corretos (ANIP, 2010).
Os pneus inservíveis podem ser utilizados das seguintes maneiras (ANIP, 2010).
Co-processamento: Pelo seu alto poder calorífico, os pneus inservíveis são largamente utilizados como combustível alternativo em fornos de cimenteiras, em substituição ao coque de petróleo;
Laminação: Nesse processo, os pneus não radiais são cortados em lâminas que servem para a fabricação de persianas (indústrias moveleiras), solas de calçados, dutos de águas pluviais etc;
Asfalto-borracha: Adição à massa asfáltica de pó de borracha oriundo da trituração de pneus inservíveis. O asfalto-borracha tem uma vida útil maior, além de gerar um nível de ruído menor e oferecer maior segurança aos usuários das rodovias e;
Artefatos de borracha: A borracha retirada dos pneus inservíveis dá origem a diversos artefatos, entre os quais tapetes para automóveis, pisos industriais, pisos para quadras poli - esportivas, e artigos para jardinagem.
2.6 Diferenças entre as Características do Asfalto Borracha e do Asfalto
Convencional
No que diz respeito às características do asfalto convencional e do asfalto borracha, um dos aspectos relevantes é a formação de trincas e fissuras nos pavimentos. Segundo Bernucci, et. al, (2007) os pavimentos com asfalto borracha têm maior resistência ao trincamento e as deformações permanentes (trilhos de rodas). Isso é possível uma vez que a mistura asfáltica adquire uma parte da capacidade elástica da borracha, e dessa forma, é capaz de deformar na passagem dos veículos e voltar a sua posição inicial, diminuindo assim as deformações indesejáveis (TÉCHNE, 2010).
Outro fator importante é que o asfalto borracha devido a algumas substâncias da borracha como o negro de fumo (black carbon) protege o asfalto contra o desgaste químico decorrente da exposição do pavimento aos raios infravermelho e ultravioleta que são muito intensos no País, dessa forma, evitando o envelhecimento precoce do asfalto (TÉCHNE, 2010).
Outro fator favorável à utilização de asfalto borracha é que permite a construção de pavimentos rugosos, porosos e auto-drenantes, o que diminui o efeito de aquaplanagem causado pelo acumulo de águas na rodovia (RODOVIAS e VIAS, 2010).
Segundo estudos feitos na UFRGS, pavimentos com asfalto borracha resistem aproximadamente 6 vezes mais à propagação de trincas se comparados a pavimentos convencionais. Neste estudo, o pavimento convencional fadigou devido a trincas após 90 mil ciclos do Simulador de Tráfego DAER/UFRGS, enquanto que o pavimento de asfalto borracha sofreu trincamento com 500 mil ciclos. Isso ocorre
devido à capacidade de deformação dos materiais. Enquanto o asfalto convencional não apresenta elasticidade e estabilidade sob condições adversas, o asfalto borracha possui elasticidade e ponto de amolecimento superior, o que permite a construção de pavimentos com melhor desempenho e consequentemente maior vida útil (RODOVIAS e VIAS, 2010).
Ainda há outros fatores em que o asfalto borracha é melhor do que o asfalto convencional. O asfalto borracha proporciona uma melhor aderência pneu-pavimento, reduz o ruído em até 85%, reduz o envelhecimento e suscetibilidade térmica, e aumenta a resistência à fadiga e a formação de trilhos de roda, além de proporcionar uma destinação final apropriada aos pneus inservíveis, ajudando assim o meio ambiente. Embora o ligante com asfalto borracha seja mais caro, esse custo é compensado devido aos baixos custos de manutenção ao longo dos anos (GRECA ASFALTOS, 2003).
Outra característica importante é o envelhecimento do ligante asfáltico que é ocasionado na usinagem da massa asfáltica, que provoca uma redução da ductilidade e da recuperação elástica do ligante. O pavimento constituído por asfalto borracha consegue reduzir o envelhecimento e contribui assim para o enrijecimento do revestimento que, em função da deformabilidade da estrutura subjacente, pode ter sua vida útil reduzida (GRECA ASFALTOS, 2003).
Segundo Zanzotto & Svec (1996) e Asphalt Rubber Pavement Association (Apud GRECA ASFALTOS, 2003) o ligante modificado por borracha granulada de pneus ou simplesmente asfalto borracha, apresenta as seguintes características:
- Redução da suscetibilidade térmica: misturas com ligante asfalto borracha são mais resistentes às variações de temperatura, quer dizer, o seu desempenho tanto a altas como a baixas temperaturas é melhor quando comparado com pavimentos construídos com ligante convencional;
- Aumento da flexibilidade, devido á maior concentração de elastômeros na borracha de pneus;
- Melhor adesividade aos agregados; - Aumento da vida útil do pavimento;
- Maior resistência ao envelhecimento: a presença de antioxidantes e negro de fumo na borracha de pneus auxiliam na redução do envelhecimento por oxidação;
- Maior resistência à propagação de trincas e á formação de trilhas de roda;
- Permite a redução da espessura do pavimento; - Proporciona melhor aderência pneu-pavimento;
- Redução do ruído provocado pelo tráfego entre 65 e 85%.
Outro aspecto obtido com o acréscimo de borracha ao ligante é a redução da susceptibilidade térmica, uma vez que o asfalto borracha resulta em um ligante mais resistente ás variações de temperatura. Ele é melhor que os pavimentos convencionais tanto nas altas temperaturas como em baixas temperaturas (CAMBUIM, 2004).
Os desempenhos do asfalto borracha e do asfalto convencional podem ser avaliados por meio de diversos ensaios de laboratório como por exemplo: Ponto de Amolecimento; Ductilidade; Adesividade; Viscosidade; Penetração, dentre outros. (BERNUCCI, et al., 2007).
2.7 Ensaios
Para serem realizados os ensaios de laboratório, tanto do ligante como do concreto asfáltico, são utilizadas normas da ABNT e do DNIT;
o Ponto de amolecimento NBR 6560 (ABNT, 2000);
o Ductilidade NBR 6293 (ABNT 2001);
o Adesividade NBR 14329 (ABNT, 1999);
o Penetração NBR 6576 (ABNT, 2007);
o Viscosidade NBR 15184 (ABNT, 2004);
Na seqüência, cada ensaio será abordado.
2.7.1 Ponto de Amolecimento (anel e bola)
O objetivo do método é medir a consistência do CAP com a variação de temperatura, indicando a que nível de dureza o asfalto tem determinada consistência amolecimento de um material betuminoso não se dá a uma temperatura definida, havendo mudança gradual da consistência com a elevação da temperatura (BERNUCCI, et al., 2007).
A Figura 10 mostra o aparelho em que é feito o ensaio.
A amostra é fundida e colocada em 2 anéis, onde são mantidos suspensos em banho com água destilada (30ºC a 80ºC) ou glicerina grau USP (80ºC a 157ºC) a temperatura controlada; sobre cada anel coloca-se uma bola de aço.
2.7.1.1 Aparelhos necessários para a execução do ensaio
• Anéis de Latão: O anel deve ser feito de latão com o diâmetro 19,00 mm.
• Guia das Bolas: Dispositivos de latão que servem para manter a bola centrada sobre o anel, com as dimensões de diâmetro interno de 23,00 mm com folga para encaixar sobre o anel, diâmetro de 19,00 mm com folga para permitir o encaixe do anel, conforme NBR 6560 (ABNT, 2000).
• Bolas: Devem ser de aço com a massa entre 3,45 g e 3,55 g e com diâmetro de 9,5 mm, conforme NBR 6560 (ABNT, 2000).
• Recipiente: Béquer de 800 ml resistente ao fogo e dimensões aproximadas de diâmetro maior ou igual a 85 mm e altura maior ou igual a 120 mm, conforme NBR 6560 (ABNT, 2000).
• Termômetro: ASTM 113 C com o ponto de amolecimento de -1 a 175ºC (ABNT 6560,2000).
• Fonte de aquecimento: pode ser um aquecedor elétrico com transformador variável que permita manter a velocidade de aquecimento especifica ou um queimador de gás, conforme a NBR 6560 (ABNT, 2000).
FIGURA 10: ENSAIO DE PONTO DE AMOLECIMENTO
2.7.2 Penetração
Este ensaio consiste em caracterizar a resistência (ou dureza) de uma amostra de asfalto, contido em um recipiente, em estado semi-sólido, submersa em um banho de água, à temperatura de 25°C submetida à penetração de uma agulha
padronizada, com peso determinado, ao tempo de 5 segundos, sendo anotada a distância percorrida pela agulha, no interior da massa de asfalto, em décimos de milímetros (dmm), medida esta registrada pela escala graduada, do aparelho penetrômetro conforme a NBR 6576 (ABNT, 2007).
A determinação da penetração (dmm) é relevante para avaliação do comportamento desse material, componente aglutinante dos revestimentos asfáltico, expostos aos fatores climáticos (frio e calor). (BERNUCCI, et al., 2007).
A figura 11 demonstra um esquema de como ocorre o ensaio de penetração, e o aparelho utilizado nesse tipo de ensaio.
2.7.2.1 Aparelhos
• Recipiente: O recipiente onde a amostra deve ser colocada no seu estado líquido deve ser de metal, cilíndrico e de fundo plano, conforme a NBR 6576 (ABNT, 2007).
• Agulha: Deve ser feita de aço inoxidável tipo AISI 440-C ou equivalente, temperado, com dureza HRC 54 a HRC 60, altamente polida no seu acabamento final. Existem dois tipos de agulha padrão, a curta e a longa; a curta deve ter aproximadamente 50 mm e a longa 60 mm, ambas com diâmetro de 1,00 mm a 1,02 mm, conforme a NBR 6576 (ABNT, 2007).
• Banho de água: o banho utilizado para conter o recipiente com a amostra deve ter no mínimo uma capacidade de 10 l, tendo uma prateleira perfurada situada pelo menos a 500 mm do fundo, devendo a lâmina de água sobre a amostra não ter menos de 100 mm e ser capaz de manter a temperatura de ensaio com exatidão de ± 0,1ºC. É sempre recomendada a utilização de água destilada, pois a água normal pode ter agentes sulfactantes ou químicos que podem afetar os valores obtidos, conforme a NBR 6576 (ABNT, 2007).
• Cuba de Transferência: deve ser de vidro, cilíndrica, possuindo no interior um dispositivo que evite o deslocamento do recipiente com a amostra durante a realização do ensaio, com o diâmetro interno de 90 mm e uma altura acima da amostra de 20 mm no mínimo, conforme a NBR 6576 (ABNT, 2007).
• Dispositivo para medida de tempo: Pode ser usado um cronômetro graduado em 0,1 s ou contador audível de segundos com resolução de ± 0,1 s, para intervalos de 60 s, conforme a NBR 6576 (ABNT, 2007).
FIGURA 11: PENETRÔMETRO
2.7.3 Adesividade
Propriedade do agregado de ser aderido por material betuminoso, verificada pelo não deslocamento de película asfáltica que o recobre, quando a mistura de agregado e asfalto é imersos em água em ebulição por 3 minutos, conforme a NBR 14329 (ABNT, 1999).
2.7.3.1 Aparelhos
• Cesto cilíndrico: Feito de telas metálicas de malhas quadradas com abertura de 4 mm a 5 mm e diâmetro dos fios da ordem de 0,9 mm a 1,1 mm, com cerca de 75 mm de diâmetro e 150 mm de altura, conforme a NBR 14329 (ABNT,1999).
• Fogão ou outra fonte de calor
• Estufa capaz de manter temperaturas até 177ºC, conforme a NBR 14328 (ABNT, 1999).
• Balança com capacidade de 1 kg, papel siliconado de cor clara, com aproximadamente 200 mm x 300 mm, conforme a NBR 14329 (ABNT, 1999).
• Béquer de vidro, termorresistente, com capacidade para 600 ml, com graduação de 50 ml e com cerca de 120 mm de altura e 85 mm de diâmetro, conforme a NBR 14329 (ABNT, 1999).
2.7.4 Viscosidade
A viscosidade é a razão entre a tensão de cisalhamento aplicada e a taxa de cisalhamento do fluido, esta razão também pode ser chamada de coeficiente de viscosidade dinâmica, onde este coeficiente é a medida da resistência do escoamento do fluido.
Através do viscosímetro rotacional, mede-se a viscosidade do asfalto a altas temperaturas. Com a imersão de uma haste no fluido e através do torque e da velocidade é medida a viscosidade do material, conforme a NBR 15184 (ABNT, 2004).
2.7.4.1 Aparelhos
• Viscosímetro Rotacional - Equipamento que é capaz de determinar o torque necessário para que a haste gire numa velocidade constante, imerso no fluído em uma determinada temperatura expressando a viscosidade, conforme a NBR 15184 (ABNT, 2004).
• Haste – Pode apresentar formas e tamanhos variados para a determinação da viscosidade em uma amostra de asfalto, conforme a NBR 15184 (ABNT, 2004).
• Recipiente térmico – Serve para manter a temperatura do asfalto constante, conforme a NBR 15184 (ABNT, 2004).
FIGURA 12: VISCOSÍMETRO ROTACIONAL.
2.7.5 Ductilidade
Ductilidade é a resistência em centímetros, em que o corpo-de-prova de material betuminoso em condições padronizadas, submetido a uma tração em condições específicas, se rompe. O objetivo desse ensaio é medir a resistência à flexibilidade. (BERNUCCI, et al., 2007).
A medida da ductilidade é tomada de acordo com a distância máxima que o corpo de prova conseguir se estender até o momento da ruptura. Deve-se tomar a média de três determinações para o valor da ductilidade final, conforme a NBR 6293 (ABNT, 2001).
A figura 13 demonstra o esquema de execução e obtenção do resultado através do ensaio de ductilidade, bem como o aparelho para execução do mesmo.
2.7.5.1 Aparelhos
• Molde: Comprimento total (75 mm), distância entre as garras (30 mm), largura na seção mínima (10 mm), largura máxima (30 mm), largura das bocas das garras (20 mm), espessura de toda a amostra (10 mm), conforme a NBR 6293 (ABNT, 2001).
• Banho de água: o banho utilizado para conter o recipiente com a amostra deve ter no mínimo uma capacidade de 10 l, tendo uma prateleira perfurada situada pelo menos a 500 mm do fundo, conforme NBR 6293 (ABNT, 2001).
• Ductilômetro: Tem a capacidade de tracionar com velocidade uniforme desde 1 cm/min até 5 cm/min, sem vibração do corpo de prova, conforme NBR 6293 (ABNT, 2001).
FIGURA 13: DUCTILÔMETRO
2.7.6 Ensaio Marshall
Em 1930 no Estado de Mississipi nos Estados Unidos o Engenheiro Bruce Marshall criou o método Marshall, o qual consiste em determinar a quantidade ótima de ligante asfáltico numa mistura betuminosa. Nos Estados Unidos o método Marshall é usado em 75% das misturas betuminosas realizadas os outros 25% é utilizado o Método Hveem. No Brasil o Método Marshall é recomendado como critério para a realização de uma mistura betuminosa (BERTOLLO, 2002).
Através do Método Marshall são obtidos valores experimentais para a estabilidade e para a fluência. A estabilidade é a capacidade da mistura betuminosa se deformar com ação de uma carga. A fluência é a deformação que a mistura betuminosa sofre, quando é submetida á uma tensão constante. (BERTOLLO, 2002).
Segundo BERTOLLO (2002), o método Marshall consiste de parâmetros, que são:
o Granulometria: Através de uma forma adequada do material que enquadra na curva granulométrica, através desse material adequado busca-se uma máxima estabilidade do corpo de prova.
o Densidade Aparente da Mistura: encontra-se através de cálculos da densidade dos corpos de prova moldados para a dosagem.
o Densidade Máxima Teórica (D); é a densidade da mistura betuminosa com 0% de vazios.
o Volume de Vazios (Vv): volume de ar existente entre as partículas de agregados cobertas com ligante asfáltico em uma mistura betuminosa compactada.
o Vazios de Agregado Mineral (VAM): Volume do espaço intergranular de uma mistura asfáltica compactada, que inclui o volume de ar e de asfalto, em relação ao volume total da mistura.
o Relação Betume Vazios (RBV) – é o volume do agregado mineral (VAM), que é preenchido com o ligante asfáltico.
o Estabilidade: carga aplicada no corpo de prova que rompe quando é submetido a uma compressão radial.
o Fluência: deformação total, em décimos de milímetro ou centésimos de polegada, que o corpo-de-prova sofre ao romper.
Conforme as Tabelas 06 e 07, que apresentam os limites das características do Método Marshall, para os corpos de prova envolvidos pelos ambos ligantes asfálticos.
TABELA 6: ESPECIFICAÇÃO DO ENSAIO MARSHALL PARA LIGANTE AMB
Características Limites
Volume de Vazios (Vv%) 3 - 5
Relação Betume Vazios (RBV%) 65 -78
Estabilidade (kgf) 800
Fonte: Norma DNIT 112/2009.Especificação Concreto Asfáltico Com Asfalto Borracha
TABELA 7: ESPECIFICAÇÃO DO ENSAIO MARSHALL PARA LIGANTE CAP 50/70
Características Limites
Volume de Vazios (Vv%) 3 - 5
Relação Betume Vazios (RBV%) 65 -82
Estabilidade (kgf) 500
Fonte: Norma DNIT 031/2006. Especificação Concreto Asfáltico
O limite dos vazios de Agregado Mineral se refere ao tamanho nominal máximo do agregado, como apresenta a Tabela 08. Para a realização desta pesquisa o VAM adotado foi 15%.
TABELA 8 - TAMANHO NOMINAL DO AGREGADO
Tamanho Nominal (#) Tamanho Nominal mm VAM (%)
1’1/2 38,1 13 1” 25,4 14 3/4’ 19,1 15 1/2” 12,7 16 3/8” 9,5 18
2.8 Durabilidade do Pavimento
Um bom projeto de pavimento é aquele que combina os materiais e as espessuras das camadas à rigidez de cada uma dessas camadas, de modo a propiciar uma resposta estrutural do conjunto condizente com as solicitações do tráfego. Essa resposta definirá a vida útil do pavimento e a sua durabilidade (BERNUCCI et al., 2007).
Segundo a Companhia de Concessão Rodoviária (CONCER) formada pelas empresas Triunfo Participações e Investimentos S.A., Construção CCPS Engenharia e Comércio S.A., Construtora Metropolitana S.A. e C.C.I. Concessões S.A, a observação e monitoramento de pistas nos EUA nos últimos 40 anos apontam para uma durabilidade muito maior nas rodovias com asfalto borracha do que as encontradas em pavimentos convencionais. Alem disso, há o retardamento da reflexão de trincas onde chegam a levar o triplo do tempo para aparecer em pavimentos modificados por borracha se comparados aos convencionais.Todas
essas informações foram obtidas através de simuladores de tráfego. No Brasil, a Petrobras Distribuidora possui um analisador de pavimentos asfáltico que mede a fadiga e as deformações nos pavimentos, simulando assim sua vida útil. Os resultados são bons com o asfalto borracha onde as deformações para 10 anos de uso do pavimento chegam a ser 4 vezes menores, e a fadiga mais do que o dobro, chegando a alguns casos ao triplo daquelas dos pavimentos convencionais (CONCER, 2010).
A principal diferença para esse aumento de durabilidade do asfalto borracha, está na capacidade de deformação dos materiais. Enquanto o asfalto convencional não apresenta elasticidade e estabilidade do pavimento sob condições adversas; o AMB possui elasticidade e ponto de amolecimento superiores, fatores determinantes para construção de pavimentos com melhor desempenho e maior vida útil (RODOVIAS E VIAS, 2010).
2.9 Custo
Como toda nova tecnologia, os pavimentos construídos com asfalto modificado por borracha apresentam um custo mais elevado se comparado aos pavimentos convencionais. Segundo a revista Rodovias e Vias 36ª edição de 2010 se considerado um quilômetro de pavimento, o custo ficaria em torno de R$ 90 mil para o pavimento convencional contra R$ 104 mil para o pavimento modificado por borracha.
Porém se avaliar a vida útil do pavimento este custo é inferior, uma vez que os pavimentos construídos com asfalto borracha são mais duradouros, e menos intervenções de manutenção são necessárias (RODOVIAS E VIAS, 2010).
Ainda é possível diminuir a espessura da camada do pavimento em se utilizando o asfalto borracha, fator esse que pode até reduzir a diferença de valores, além de poupar recursos naturais como materiais pétreos e ainda construir um pavimento mais resistente (RODOVIAS E VIAS, 2010).
Nesse sentido, a Greca Asfaltos fez um estudo para a restauração de uma rodovia com 30 km de extensão, considerando que a camada de revestimento convencional deveria ter 5 cm de espessura, e se utilizar o revestimento modificado por borracha poderia ser utilizada uma camada de 3,5 cm de espessura por causa da viscosidade e da recuperação elásticas do ligante AMB. (GRECA ASFALTOS, 2005).
Nessas condições, é possível obter as seguintes quantidades de massa asfáltica para cada caso, e os resultados obtidos foram de 26.250 toneladas de asfalto convencional e 18.375 toneladas de asfalto borracha. Portanto, mesmo o custo do asfalto borracha sendo maior que o do asfalto convencional, 1.550,00 R$/ton contra 1.150,00 R$/ton, respectivamente, e o custo de aplicação do asfalto borracha ser entre 15% e 20% mais caro em relação ao convencional, é possível ter um custo menor utilizando asfalto borracha no final da obra, como pode ser visto na Tabela 9 a seguir. (GRECA ASFALTOS, 2005).
TABELA 9: CUSTOS DE EXECUÇÃO DOS REVESTIMENTOS DE CBUQ COM CADA TIPO DE ASFALTO.
Tipo de Asfalto
Grandezas Cálculo Unidades
Cap 50/70 AMB A Quantidade de massa Asfáltica no CBUQ Produzido - Ton 26,250 18,375 B Custo de usinagem/ Aplicação por tonelada de CBUQ aplicado - R$ / Ton 200 230 C Quantidade de massa X Custo de Usinagem / Aplicação A x B R$ 5.250.000 4.226.250
D Teor de Asfalto - % Peso 5 5,5
E Custo de Asfalto por
tonelada - R$ / Ton 1.150 1.550
F Custo de Asfalto no
CBUQ A x D x E R$ 1.509.375 1.566.468,75
G Custo Total da Obra C + F R$ 6.759.375,00 5.792.718,75
“Cientes dessas vantagens, as empresas que detêm as concessões de rodovias nos estados de São Paulo, Paraná e Rio Grande do Sul além de alguns Departamentos de Estrada de Rodagem – DER’s dão preferência a este tipo de asfalto” (Rodovias e Vias, 2010).
3 METODOLOGIA
A metodologia que utilizada para chegar ao objetivo deste trabalho, consiste em alguns estudos preliminares como: avaliação das características dos ligantes asfálticos (CAP-50/70 e AMB), análise dos desempenhos dos CBUQ´s construídos com CAP-50/70 e AMB.
3.1 Estudo Preliminar
Dentro dos estudos preliminares foram realizados ensaios que comprovam a as diferenças mecânicas entre o ligante Asfalto Borracha (AMB) e o ligante Asfalto Convencional (CAP 50/70).
Os seguintes ensaios realizados:
-Viscosidade conforme a NBR 15184 (ABNT, 2004); -Penetração conforme a NBR 6576 (ABNT, 2007);
-Ponto de Amolecimento conforme a NBR 6560 (ABNT, 2000); -Ductilidade conforme a NBR 6293 (ABNT, 2001);
-Adesividade conforme a NBR 14329 (ABNT, 1999);
Através desses ensaios é possível analisar as diferenças entre o ligante asfáltico convencional (CAP 50 70) e o modificado por borracha (AMB), mostrando se o ligante AMB é mais viscoso que o CAP 50 70, qual ligante tem mais retorno elástico no ensaio de ductilidade e, através do ensaio de ponto de amolecimento, qual dos ligantes suporta maior temperatura até sua deformação.
