EXPERIMENTOS EM MISTURAS ASFÁLTICAS COM ADIÇÃO DE BORRACHA MOÍDA DE PNEUS

EXPERIMENTOS EM MISTURAS ASFÁLTICAS COM ADIÇÃO DE BORRACHA MOÍDA

DE PNEUS

Cláudio Roberto de Oliveira

, Sílvio José Ribeiro

, Msc. Carlos Augusto Gomes

, Dr.

Gilbert Silva

1-2-3-4

UNIVAP/FEAU, Av. Shishima Hifumi, 2911, São José dos Campos –SP,

claudioraveilo@yahoo.com.br, sjrprecision@yahoo.com.br,

ceingeo@yahoo.com.br, gilbert@univap.br

Resumo – A adição de materiais com o propósito de melhorar as propriedades de aglutinação (Ligação

íntima entre os agregados), impermeabilização (Garantia de uma vedação eficaz do pavimento contra penetração de água), elasticidade, e vida útil do asfalto convencional, tem sido intensificada nos EUA e na Europa, já há algum tempo. No Brasil a partir do final da década de 90, empresas do ramo iniciaram pesquisas e experimentos com esse tipo de modificação. Não só a borracha moída de pneus, mas diversos tipos de polímeros estão sendo inseridos nos CAPs convencionais, com a finalidade de melhorar o poder aglutinante dos concretos asfálticos, e sem dúvida, o custo benefício do asfalto com adição de borracha moída, é muito superior aos asfaltos modificados com polímeros e asfaltos convencionais. Contudo existe muita discussão em torno de alguns aspectos tais como, ponto de fusão, granulometria adequada da borracha e dos agregados, percentual de borracha, e outros fatores importantes. Como o Brasil não adquiriu a Patente, os fabricantes procuram demonstrar a viabilidade e eficiência de seus produtos.

Palavras-chave: Asfalto borracha, ligante asfalto, Cimento Asfáltico, Asfalto modificado, Emulsões Área do Conhecimento: III - Engenharias

Introdução

Cimento Asfáltico de Petróleo (CAP) é uma mistura executada a quente obtida em torres de destilação à vácuo e atmosférica, impermeável à água, viscoso, elástico e pouco reativo. Se adicionarmos borracha moída de pneus, teremos Asfalto Modificado com Borracha (AMB).

O Concreto Asfáltico Usinado a Quente (CAUQ) é constituído por agregado graduado, material de enchimento, fíler, e, se necessário, melhorador de adesividade. Se adicionarmos Borracha Moída de Pneus, teremos (CAUQ), com adição de borracha.

O cimento asfáltico de petróleo com adição de borracha de pneus, também conhecido como asfalto ecológico, pode ser produzido por Via Úmida ou Via Seca.

Por Via Seca, a borracha é introduzida diretamente no misturador da usina de asfalto. Neste caso a borracha entra como um agregado na mistura. A transferência de propriedades importantes da borracha ao ligante é prejudicada, embora seja possível agregar melhorias à mistura asfáltica, desde que na sua fabricação seja possível obter uma mistura homogênea;

Por Via Úmida, a borracha é previamente misturada ao ligante, dando origem a um novo

material, ocorrendo assim a transferência mais completa das principais características para o ligante asfáltico original (ODA – 2000).

Criado por Charles H. Mac Donald em 1963. Segundo Morris e Mcdonald a idéia inicial era de usar apenas em manutenção e reabilitação, visando prolongar a vida de um pavimento. A patente americana caducou na década de 90, pois se tornou utilidade pública. São usados no asfalto borracha: 3% a 5% de vazios no pavimento fechado, e 18% a 25% de vazios no pavimento aberto. O desgaste de pneus também é reduzido. A técnica foi apresentada no congresso Mundial de asfalto borracha que aconteceu em Brasília em dezembro de 2003 durante 3 dias, envolvendo 55 países. Os Equipamentos de aplicação do material são os mesmos utilizados para o asfalto convencional. A equivalência é de 1 pneu usado para cada metro de pista de pavimento produzido.

Em cada quilômetro de asfalto-borracha,

considerando-se uma pista com 7 metros de largura e 4 cm de espessura, são utilizadas 1000 pneus inservíveis, depois de retirados os fios de aço e a lona. Os fios de aço são reaproveitados na Indústria Siderúrgica, a fibra têxtil para fabricação de estopas, e a lona é reaproveitada em outras

indústrias como a de calçados. (GRECA

pavimentado, foi em 17/08/2001 na BR-116, no km 319, entre Guaíba e Camaquã (RS), feito pela Concessionária UNIVIAS. O Asfalto Modificado por Borracha, já foi usado em mais de 2000 Km de rodovias e vias urbanas no Brasil.

Resolução do Conama

Resolução número 258 de 26 de Agosto de 1999. Impõe obrigações às empresas fabricantes e as importadoras de pneumáticos e dá providências correlatas.

“A partir de 31 de março de 2002, as empresas fabricantes e importadoras de pneus ficam obrigadas a coletar e dar destinação final e ambientalmente adequada, na proporção relativa às quantidades fabricadas e importadas. Ou seja, para 4 pneus novos fabricados no Brasil ou importados, inclusive aqueles que acompanham os veículos importados, as empresas deverão dar destinação final a 1 pneu inservível. A partir de 2003, para cada 2 pneus novos, os fabricantes e os importadores deverão dar destinação a 1 pneu. A partir de 2004, para cada pneu novo, os fabricantes deverão dar destinação final a 1 pneu inservível, e para cada 4 pneus reformados importados, as empresas importadoras deverão dar destinação final a 5 pneus. A partir de 2005, para cada 4 pneus, os fabricantes deverão dar destinação final a 5 pneus; E para cada 3 pneus

importados, os importadores deverão dar

destinação final a 4 pneus.”

Projeto de Lei 1059/07

A Câmara analisa o Projeto de Lei 1059/07, do deputado Paulo Henrique Lustosa (PMDB-CE), que torna obrigatória a utilização de borracha reciclada de pneus velhos na produção de misturas e concretos asfálticos para pavimentação de rodovias. A proposta abrange as vias administradas pelo poder público, e as exploradas sob regime de concessão ou permissão.

Métodos e Materiais

Os asfaltos modificados, com borracha moída de pneus, e polímeros, visam incrementar o desempenho dos ligantes tradicionais com relação a algumas características importantes do ponto de vista do comportamento mecânico das misturas asfálticas (PETROBRAS -2003).

O asfalto modificado com borracha (AMB), difere dos Asfaltos modificados com polímeros que são a base de elastômeros, ou de material sintético como isopor ou borracha sintética e levam água, por isso são denominados à baixa

temperatura, praticamente à temperatura

ambiente. O teor de borracha varia de 15% a 20%

em relação ao peso total da mistura, e se houver necessidade, diluentes e alguns aditivos especiais, podem ser aplicados (BILLITER T. C. – 1997)

As misturas podem ser contínuas e densas, e descontínuas. Exemplos de misturas:

CAUQ - Continua e densa.

SBS - (estireno-butadieno-estireno): Descontínua. SMA - Mistura descontinua desenvolvida na Alemanha década de 60. É muito usada na Europa, no Brasil, não é viável sua fabricação, pois o custo da matéria prima é elevado, tornando seu preço final, pouco atraente.

1- Processo Fabril

O asfalto borracha possui em sua composição, pó de borracha de pneus, responsável por sua flexibilidade e durabilidade. O pneu é moído, sua borracha é transformada em pó, (ver figura 1), por

empresas especializadas, e vendida para

empresas fabricantes de asfaltos, e em seguida, adicionada ao CAP. A usina de asfalto é a mesma só acrescentando um tanque para borracha moída, para ser adicionada ao cozimento dos ingredientes que acontece em torno dos 220 ºC.

Figura 1 - Borracha moída de pneus inservíveis Os silos devem ter capacidade total de, no mínimo três vezes a capacidade do misturador, e devem ser divididos em compartimentos dispostos de modo a separar e estocar, adequadamente, as frações apropriadas do agregado.

Os pneus de caminhões têm a particularidade de possuírem maiores teores de borracha natural do que sintética, por isso, algumas empresas Brasileiras preferem estes pneus, aos pneus de automóveis (DNIT – 2005)

As carretas-tanque devem possuir bomba de circulação e serpentina com isolamento térmico, sendo que as carretas transportadoras têm o agitador em cima do tanque. As carretas são aquecidas para manter a temperatura. Segundo a GRECA ASFALTOS (2009), o aquecimento ideal é

com óleo térmico, porém pode ser através de serpentina.

2- Características Gerais

- Melhor Adesividade aos agregados;

- Redução do ruído causada pelo tráfego de 65% a 85%;

- Maior resistência à trincas, por fadiga; - Maior poder impermeabilizante;

- Permite a redução da espessura do pavimento; - Maior Flexibilidade e Viscosidade;

- Redução da poluição em rios, lagos, aterros, e do foco da criação de insetos:

- Redução da demanda de petróleo devido a adição da borracha e a durabilidade;

- Outro fator importante é a contribuição para a

redução de CO2 na atmosfera;

- O ligante Asfalto-borracha possui um ponto de

amolecimento maior que o do ligante

convencional, melhorando a resistência da

formação de trilhas de roda;

- Redução da suscetibilidade térmica: Misturas com ligante asfalto borracha são mais resistentes às variações de temperatura, isso quer dizer que o seu desempenho tanto em altas como em baixas temperaturas é melhor quando comparado com

pavimentos construídos com ligante convencional

.

(BERTOLLO, S. A. M - 2002);

3– Teores de Borracha

No gráfico 1 abaixo, podemos observar através do ensaio de Penetração, que a elasticidade do AMB aumenta até a concentração de 17%, chegando a 63mm. Em concentrações maiores, a interação do CAP com a BMP, diminui por razões de solubilidade e a agulha já não penetra em um material perfeitamente homogêneo. Podemos concluir baseando no ensaio de Penetração, que esta é a faixa ideal de concentração de borracha (DEINFRA / SC -2005). gráfico 1 0 10 20 30 40 50 60 70 0 8 13 17 20 Teores de borracha(%) P e n e tr a ç ã o (m m )

4- Características Técnicas dos Asfaltos com Borracha moída de pneus.

Segundo a GRECA ASFALTOS – (2004), fabricante dos asfaltos ECOFLEX A com 20% de borracha moída em misturas descontínuas, e ECOFLEX B com 15% de borracha moída em misturas contínuas, os ensaios são feitos a cada 35 toneladas produzidas e os ligantes modificados com borracha moída de pneus, e devem atender aos requisitos da norma ASTM 6114-97, Standard Specification for Asphalt Rubber Binder, por via úmida. Veja tabela 1 abaixo.

Tabela 1

Ensaios Norma Ecoflex A Ecoflex B Viscosidade Brookfield, 175° C ASTM D 4402 e D 2196 1500 a 4000 1000a 2000 Penetração (100 g, 5 s, 25º C) ASTM D5 25 a 75 25 a 75 Recuperação elástica (20 cm, 25º C, 5 cm/min) ASTM D 6084 55 45 Ponto de amolecimento ASTM D 36 57 54 Ponto de fulgor ASTM D 93 235 235

Segundo a GRECA ASFALTOS - (2009), o Capflex 15 apontou 65mm contra 0mm do asfalto convencional, no Ensaio de recuperação Elástica, na simulação do envelhecimento pelo método RTFOT (Rolling Thin Film Oven Test).

5- Nível de Ruído

É significativa a redução de ruído do AMB, tanto que existem vários projetos empregados também com esta finalidade. Veja tabela 2, países que usaram/usam AMB.

Tabela 2

País Ano Nível de redução de ruído

Bélgica 1981 8-10 dB (65-85%)

França 1984 2-3 dB / 3-5 dB (50-75%)

Alemanha 1980 3 dB (50%)

Áustria 1988 3 dB

6- Aplicação

O Asfalto borracha pode ser empregado como revestimento, reforço estrutural de pavimento,

camada de ligação, binder, regularização,

convencional, ou seja, sua aplicação independe da camada existente, havendo apenas o cuidado de uma preparação adequada para aplicação do mesmo, como nos asfaltos convencionais.

O controle de compactação, temperatura de

aplicação, controle de juntas e controle

tecnológico em geral deve ser o mesmo usado

para o asfalto convencional. A faixa

granulométrica a ser empregada deve ser selecionada em função da utilização prevista para

o concreto asfáltico com asfalto-borracha

(DER/PR ES-P 28/05).

7- Algumas regiões onde estão sendo, ou já foram aplicados, asfalto borracha

- A concessionária VIAPAR está utilizando o chamado “asfalto ecológico” nas obras de

restauração na rodovia BR-158, entre as cidades de Campo Mourão e Peabiru, no Paraná; - BR-040 no trecho entre Juiz de Fora e Rio, pela concessionária CONCER, com início em 2004. (Recapeamento);

- Rodovia dos Imigrantes, pela concessionária ECOVIAS;

- Rodovia Anhanguera (SP 330), obra executada pela concessionária INTERVIAS;

- BR-277, Rodovia que liga Curitiba ao litoral, na

pista de descida para Paranaguá, pela

concessionária ECOVIA CAMINHO DO MAR; - Segmento da linha verde que linha Belo Horizonte ao Aeroporto de Confins;

- Rodoanel na Grande São Paulo, o projeto com pavimento aberto, com o objetivo principal de atenuar ruídos provocados pelo tráfego, pois a obra situa-se junto a áreas residuais. Neste caso o projeto sugeriu uma camada dupla com diferença de densidade.

Resultados

Foram realizados alguns ensaios entre os dias 05 de Junho a 06 de julho de 2009, no laboratório da GRECA ASFALTOS Na figura 2, podemos verificar o ensaio de Recuperação elástica, com auxílio do torciômetro, e na figura 3, o Penetrômetro universal da marca Solotest com divisões em 0,01 mm, usado para o ensaio de

Penetração. Além desses ensaios, foram

realizados os Ensaios de Viscosidade Brookfield e de Ponto de Amolecimento (Método Anel e Bola).

Os resultados alcançados foram muito

superiores aos mínimos esperados contidos na tabela 1; e também superiores ao CAP, veja o comparativo na tabela 3, o que demonstra a eficiência do ligante Asfalto borracha.

Tabela 3

Ensaios Norma Leituras

Viscosidade Brookfield, 175° C CP ASTM D 4402 AMB 2800 CAP 2000 Penetração (100 g, 5 s, 25º C) 1/10 mm ASTM D 5 AMB 63 CAP 59 Recuperação elástica (20 cm, 25º C, 5 cm/min, após 30 min) % ASTM D 6084 AMB 64 CAP 3 Ponto de amolecimento º C ASTM D 36 AMB 57 CAP 55

Na figura 2, podemos verificar o ensaio de Recuperação elástica, com auxílio do torciômetro, e na figura 3, o Penetrômetro usado no ensaio de Penetração.

Figura 2 – Ensaio de Recuperação Elástica com auxiílio do Torciômetro

Figura 3 – Penetrômetro usado para ensaio de Penetração

Discussão

A combinação de ligante modificado e aumento da elasticidade por borracha moída de pneus, tende a produzir pavimentos mais resistentes à fadiga e às trincas. Aumenta também dentro de certos limites, a resistência à deformação

permanente em relação às misturas

convencionais. Contudo, alguns aspectos tais como Teores de Borracha, Granulometria Ideal, Tempo e Temperatura de Fusão, ainda não dão margem a uma interpretação concisa, pois existem muitas divergências nesses pontos. Nossos fabricantes, adotam valores diferentes daqueles adotados pelos EUA.

Quanto à Granulometria, a maioria dos pesquisadores defende a ideia que o material usado deve passar na peneira #40, #80 e #200, sendo que ODA - (2000), acrescenta ainda que isso deve acontecer em duas frações, ou seja, uma que passa na #40 e fica retido na #50 e a outra que passa na #50 e fica retido na #100. No entanto GONTIGO – (2003), diz apenas que a fração ideal situa-se entre 1 e 2 mm para 80% da borracha utilizada no processo.

Quanto a teores de borracha, existe um consenso de que a variação deve se situar entre 8% e 20%, porém o teor mais usado comumente, é da ordem de 15%, lembrando que pelo ensaio de Penetração, 17% seria o ideal.

O ponto mais crítico está na Temperatura ideal de fusão e Tempo de cozimento dos ingredientes, pois nossos fabricantes utilizam a temperatura na faixa dos 177ºC, a exemplo da Petrobrás, Greca Asfaltos, e outros, enquanto que nos EUA, essa temperatura sobe para acima dos 220ºC. BILLITER, T. C. – (1997), concluiu que a temperatura ideal para se obter um ligante homogêneo, está na faixa dos 236ºC, com um

tempo superior a 1hora, tornando os 2

ingredientes (a borracha e o CAP convencional), um novo produto ou uma única mistura, ou seja, o AMB. Talvez por esta razão que GONTIGO, P. - (2003), afirmou que aqui no Brasil, não se fabrica Asfalto Borracha e sim asfalto misturado com borracha, pois o ligante é obtido na faixa dos 220ºC, com temperatura controlada, e não a 177ºC, como se faz aqui no Brasil.

Como toda nova tecnologia, pavimentos

construídos com asfalto borracha apresentam um custo um pouco mais elevado do que pavimentos tradicionais, porém ao se avaliar a vida útil do pavimento este custo é inferior. Sendo os pavimentos construídos com asfalto borracha mais duradouros, menos intervenções de manutenção são necessárias. Considerando apenas a troca de asfalto convencional por asfalto borracha, um quilômetro de pavimento com asfalto borracha fica na faixa de R$ 103,5 mil enquanto que um

pavimento convencional custaria R$ 90 mil (GRECA ASFALTOS - 2004). Porém o uso de asfalto borracha permite a redução de espessura do pavimento, fator este que pode igualar o custo dos pavimentos, além de poupar recursos naturais como materiais pétreos e ainda construir-se um pavimento mais resistente, sem contar que a vida

útil, é no mínimo 33 % superior. Segundo a

Associação Nacional da Indústria de Pneumáticos (ANIP), a frota brasileira de veículos automotores gera mais de 30 milhões de pneus usados por ano. Deste total, 65% são descartados de maneira incorreta. O AMB reaproveita essa matéria prima, que leva mais de 600 anos para se decompor. Talvez esse ganho na área da sustentabilidade seja o mais significativo, independentemente do processo de fabricação.

Conclusão

É evidente que nosso país deveria investir mais nesse segmento, logo que a patente da invenção de Charles Mcdonald foi quebrada, alguns países a compraram e desenvolveram melhor o novo produto. Contudo aqui no Brasil, tudo indica que o

verdadeiro asfalto borracha ainda é uma

incógnita.. Os países que adquiriram a patente, estão cada vez mais melhorando a fórmula. Entretanto, no Brasil parece que não há preocupação em negociar com países que estão fabricando o produto seguindo os caminhos de Charles H. Mac Donald, e isso dificulta melhores resultados, ou será que já estamos satisfeitos com o que conseguimos até aqui, mais para Agregado Borracha do que propriamente Asfalto Borracha?

A tecnologia não é tão nova assim, porém em termos de experimentos e aplicações em nosso país, trata-se de algo inusitado e de alto ganho econômico, sem falar da geração de empregos que isso irá nos proporcionar. Portanto, é preciso investir mais em tecnologia, para alcançarmos melhores resultados a médio e longo prazo. Segundo GONTIGO, P. (2003), uma estrada pavimentada com o verdadeiro AMB, duraria de 20 a 25 anos.

Agradecimentos

Queremos agradecer a GRECA ASFALTOS por permitir o uso do seu laboratório na fábrica de Guarulhos SP para podermos realizar nossos experimentos, e também pela simpática acolhida em suas instalações.

Referências

- PETROBRAS - BR DISTRIBUIDORA (2003) Relatório da Aplicação do Asfalto Borracha em um trecho Experimental, Relatório Técnico.

- GONTIGO, PAULO. Revista CIÊNCIA E TECNOLOGIA (2003)

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DNIT,

-

- DER – PR. DEPARTAMENTO DE ESTRADAS DE RODAGEM DO ESTADO DO PARANÁ. ES-P 28/05. Pavimentação: Concreto Asfáltico Usinado a Quente com Asfalto Borracha. Curitiba, Paraná, 2005 – Especificação de Serviço

- DEPARTAMENTO ESTADUAL DE

INFRA-ESTRUTURA. DEINFRA/SC ES-P 05B/05.

Camadas de Misturas Asfálticas Usinadas a quente com Asfalto Borracha. Santa Catarina, 2005 – Especificação de Serviço

- BERTOLLO, S. A. M.; J. L. FERNANDES JÚNIOR; L. B. BERNUCCI; E. MOURA

(2002) Avaliação Laboratorial de Mistura Asfáltica Densa Modificada com Adição de Borracha, Transportes, v. 10, n. 1, p. 65-83;

- BILLITER, T. C. (1997) The Characterization of Asphalt-Rubber Binder. Tese de Doutorado, Texas A&M University, College Station, EUA.

- GRECA ASFALTOS. Asfalto Borracha Ecoflex. Disponível em http://www.grecaasfaltos.com.br. Acessado em 10/07/2009.

- PINHEIRO, J. H. M. Incorporação de Borracha de Pneu em Misturas Asfálticas de Diferentes Granulometrias (Processos Úmido e Seco). Fortaleza, 2004.

- ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 12891. Dosagem de misturas betuminosas pelo método Marshall. Rio de Janeiro, 1993

- ODA, S. Análise da Viabilidade técnico do uso

de ligante Asfalto-Borracha em Obras de

Pavimentação. Tese de doutorado. Escola de Engenharia de São Carlos – EESC/USP - 251P. 2000