GABRIEL ANDRÉ SCHUH
AVALIAÇÃO DA ADIÇÃO DE FIBRA DE POLIPROPILENO EM
MISTURAS ASFÁLTICAS À QUENTE
Ijuí
AVALIAÇÃO DA ADIÇÃO DE FIBRA DE POLIPROPILENO EM
MISTURAS ASFÁLTICAS À QUENTE
Trabalho de Conclusão de Curso de Engenharia Civil, apresentado ao Colegiado de Coordenação do Curso de Engenharia Civil da Universidade Regional do Noroeste do Estado do Rio Grande do Sul - UNIJUÍ, como requisito parcial para obtenção do título de Engenheiro Civil.
Orientador: Me. Daiana Frank Bruxel Bohrer
AVALIAÇÃO DA ADIÇÃO DE FIBRA DE POLIPROPILENO EM MISTURAS ASFÁLTICAS À QUENTE
Este Trabalho de Conclusão de Curso foi julgado adequado para a obtenção do título de ENGENHEIRO CIVIL e aprovado em sua forma final pelo professor orientador e pelo membro da banca examinadora.
Ijuí, 10 de julho de 2019.
Prof. Me. Daiana Frank Bruxel Bohrer Mestre pela Universidade Federal de Santa Maria - Orientador
Lia Geovana Sala Coordenadora do Curso de Engenharia Civil/UNIJUÍ
BANCA EXAMINADORA
Prof. Me. José Antônio Santana Echeverria Mestre pela Universidade Federal do Rio Grande do Sul
Prof. Me. Daiana Frank Bruxel Bohrer Mestre pela Universidade Federal de Santa Maria
Agradeço à Deus, por ter me proporcionado essa oportunidade de poder me graduar, pelos conhecimentos adquiridos durante esse percuso acadêmico, que teve extrema importancia para minha vida.
Agradeço profundamente meus pais, que sempre estiveram presentes em toda essa caminhada, proporcionando todo o suporte necessário, sem medir esforços para que esta conquista fosse alcançada. Obrigada por todo apoio e confiança.
A minha Orinetadora, Daiana Frank Bruxel Bohrer, pela disponibilidade, pelo auxilio e pela paciência. Obrigado por ter acreditado na minha capacidade e pelos conhecimentos passados.
Aos meus amigos, por toda a colaboração, disponibilidade e descontração durante este semestre. Vocês todos foram fundamnentais. Contando com uma enorme colaboração dos amigos Gabriel Farias e Lucas Pires na execução das moldagens.
Ao laboratório de Engenharia Civil da Unijuí (LEC), em especial ao Luiz Donato, por toda a experiência e suporte durante a realização dos ensaios, e também ao laboratório da UFSM.
As empresas que disponibolizaram os materiais para a realiação deste estudo, muito obrigado.
Pòr fim, agradeço a todos os meus amigos, familiares e professores que estiveram presentes durante minha formação, que de uma forma ou outra contribuiram para que eu concluísse essa importantíssema etapa: Meu eterno obrigado!
asfálticas à quente. 2019. Trabalho de Conclusão de Curso. Curso de Engenharia Civil,
Universidade Regional do Noroeste do Estado do Rio Grande do Sul - UNIJUÍ, Ijuí, 2019.
Atualmente as rodovias brasileiras sofrem com graves problemas de infraestrutura, ocasionados na maioria das vezes pela falta de manutenção e pelo excesso de carga permitido pelos eixos das rodovias, ocasionando assim condições precárias de trafegabilidade. Buscando melhoras para a estrutura do pavimento, foi realizado um estudo, através de uma análise laboratorial, dos efeitos causados pela adição da fibra de polipropileno no mesmo. Para tal foram utilizadas diferentes porcentagens de fibra, buscando assim uma maior varredura de dados. As misturas estudadas foram enquadradas na faixa C do DNIT, sendo denominadas como: mistura referência, mistura com 0,5% de fibra de polipropileno, mistura com 1,0% de fibra de polipropileno e mistura com 1,5% de fibra de polipropileno. Todas as misturas foram compostas por agregados graúdos, agregados miúdos, cal dolimítica e ligante asfáltico do tipo 50/70. Todos os materiais utilizados no estudo passaram por análise granulométrica, de densidade e massa especifica. Para a realização da dosagem foi utilizado o método Marshall, no qual foi utilizado o teor ideal de 5,5% para todas as misturas. Os ensaios realizados com as misturas foram: ensaio de estabilidade, fluência e relação estabilidade/fluência Marshall, módulo de resiliência e resistência à tração por compressão diametral. Os resultados de estabilidade tiverem seus valores acima do mínimo especificado pela bibliografia, porém a mistura com a adição de 1,5% de fibra apresentou valor abaixo do recomendado; de acordo com a fluência as misturas com 1,0 e 1,5% de adição de fibra apresentaram resultados acima da faixa estipulada pela norma, além disso, a relação estabilidade/fluência mostrou que nenhuma das misturas se enquadrava no especificado pela norma. No ensaio de resistência à tração houve uma baixa nos valores de RT ao passo que a porcentagem de fibra foi aumentada, porém os resultados demonstraram-se dentro da faixa estipulada pela literatura. De acordo com os valores encontrados pelo módulo de resiliência houve uma diminuição do mesmo com o aumento da quantidade de fibra, porém todas as misturas ficaram dentro da faixa especificada pela bibliografia, exceto a mistura referência que apresentou valores acima. De um modo geral, pode-se concluir que a mistura com 0,5% de fibra de polipropileno apresentou os melhores resultados, principalmente por demonstrar-se um revestimento mais flexível, podendo assim evitar futuras patologias, como trincamentos prematuros dos revestimentos por exemplo.
asfálticas à quente. 2019. Trabalho de Conclusão de Curso. Curso de Engenharia Civil,
Universidade Regional do Noroeste do Estado do Rio Grande do Sul - UNIJUÍ, Ijuí, 2019.
Currently, Brazilian highways suffer from serious infrastructure problems, most of which are caused by the lack of maintenance and the excess load allowed by the axes of the highways, thus causing poor traffic conditions. Seeking improvements to the pavement structure, a study was carried out, through a laboratory analysis, of the effects caused by the addition of the polypropylene fiber in it. For this, different percentages of fiber were used, thus seeking a greater data sweep. The mixtures studied were classified in the C range of DNIT, being denominated as: reference mixture, blend with 0.5% polypropylene fiber, blend with 1.0% polypropylene fiber and blend with 1.5% polypropylene fiber. All mixtures were composed of large aggregates, small aggregates, dolimite lime and asphalt binder of the 50/70 type. All materials used in the study underwent granulometric analysis, density and specific mass. To perform the dosage, the Marshall method was used, in which the ideal content of 5.5% was used for all the mixtures. The tests performed with the mixtures were: stability, creep and stability / creep relationship Marshall, resilience modulus and tensile strength by diametrical compression. The results of stability had their values above the minimum specified by the bibliography, but the mixture with the addition of 1.5% of fiber presented value below the recommended one; according to the creep the mixtures with 1.0 and 1.5% of fiber addition presented results above the standard stipulated range, moreover, the stability/creep relationship showed that none of the mixtures fit the standard. In the tensile strength test there was a decrease in the RT values while the percentage of fiber was increased, but the results were shown within the range stipulated in the literature. According to the values found by the resilience module there was a decrease of the same with the increase of the amount of fiber, but all the mixtures were within the range specified by the bibliography, except the reference mixture that presented values above. In general, it can be concluded that the blend with 0.5% of polypropylene fiber showed the best results, mainly because a more flexible coating was demonstrated, thus being able to avoid future pathologies, such as precoating of the coatings, for example.
Figura 1 - Arranjo do pavimento rígido ... 23
Figura 2 - Arranjo do pavimento flexível ... 23
Figura 3 - Esforços em camadas do pavimento ... 24
Figura 4 - Aplicação de micro revestimento no pavimento... 29
Figura 5 - MR e RT de misturas investigadas no país (25°C) ... 31
Figura 6 - Trinca isolada transversal (a); Trinca isolada longitudinal (b); Trinca interligada do tipo couro de jacaré (c); Trinca interligada do tipo bloco (d)... 38
Figura 7 - Afundamento plástico de trilha de roda ... 39
Figura 8 - Afundamento por consolidação localizado ... 40
Figura 9 - Corrugação ... 41
Figura 10 - Escorregamento do revestimento asfáltico ... 42
Figura 11 - Exsudação ... 42
Figura 12 - Desgaste ... 43
Figura 13 - Panela ou buraco ... 44
Figura 14 - Remendos ... 45
Figura 15 - Delineamento da pesquisa ... 46
Figura 16 - Brita 3/4" (a); Brita 3/8” (b); Pó de pedra (c) ... 48
Figura 17 - Cal ... 49
Figura 18 - Fibra de polipropileno ... 49
Figura 19 - Ligante asfáltico ... 50
Figura 20 - Volume real (I); Volume aparente (II); Volume efetivo (III) ... 52
Figura 21 - Material imerso por 24 horas ... 53
Figura 22 - Picnômetro com amostra de agregado miúdo ... 53
Figura 23 - Picnômetro submerso no béquer e no banho d'água ... 56
Figura 24 - Corpo de prova submerso ... 57
Figura 25 - Faixa granulométrica x Volume de vazios ... 59
Figura 26 - Equipamento utilizado para o ensaio de estabilidade ... 60
Figura 31 - Volume de fibra com 1,0 % de adição ... 70
Figura 32 - Volume de fibra com 1,5 % de adição ... 71
Figura 33 - Curvas dos parâmetros Marshall para a mistura ... 72
Figura 34 - Estabilidade ... 74
Figura 35 - Fluência ... 75
Figura 36 - Relação estabilidade/fluência ... 76
Figura 37 - Resistência à tração por compressão diametral ... 77
Figura 38 - Módulo de resiliência... 79
Tabela 1 - Diâmetros e denominações de pedras britadas ... 26
Tabela 2 - Tipos de fibras ... 35
Tabela 3 - Relação da quantidade de corpos de prova ... 47
Tabela 4 - Série de peneiras para granulometria ... 51
Tabela 5 - Densidade da cal ... 55
Tabela 6 - Análise granulométrica... 64
Tabela 7 - Massa específica do agregado graúdo ... 66
Tabela 8 - Massa específica do pó de pedra ... 66
Tabela 9 - Densidade do ligante asfáltico ... 67
Tabela 10 - Percentuais da mistura referência ... 68
Tabela 11 - Especificação e Mistura ... 68
Tabela 12 - Composição da mistura referência ... 69
Tabela 13 - Propriedades da mistura ... 71
Tabela 14 - Estabilidade e Fluência Marshall ... 74
Tabela 15 - Resistência à tração por compressão diametral ... 77
Tabela 16 - Módulo de resiliência ... 78
ABNT Associação Brasileira de Normas Técnicas ADP Asfaltos Diluídos
ALC Afundamento de Consolidação Local AMB Asfaltos Modificados por Borracha AMP Asfaltos Modificados por Polímeros APL Afundamento Plástico Local
ATP Afundamento Plástico de Trilho de roda
ATC Afundamento de Consolidação de Trilha de roda AR Agentes Rejuvenescedores
CA Concreto Asfáltico
CAP Cimento Asfáltico de Petróleo
CBUQ Concreto Betuminoso Usinado à Quente CNT Confederação Nacional dos Transportes
CP Corpo de Prova
CPA Camada Porosa de Atrito
DAER Departamento Autônomo de Estradas de Rodagem DNER Departamento Nacional de Estradas de Rodagem DNIT Departamento Nacional de Infraestrutura e Transporte EAP Emulsões Asfálticas
JE Trincas do tipo couro de Jacaré com Erosão LVDT Linear Variable Differencial Transducer MR Módulo de Resiliência
NBR Norma Técnica RT Resistêcia à Tração
TB Trincas de Bloco
TBE Trincas de Bloco com Erosão TLC Trincas Longitudinais Curtas TLL Trincas Longitudnais Longas TTC Trincas Transversais Curtas TTL Trincas Transversais Longas TRR Trincas de Retração
1.1 Contexto ... 18 1.2 Problema ... 20 1.2.1 Questões de pesquisa ... 20 1.2.2 Objetivos da pesquisa ... 21 1.2.3 Delimitação do trabalho ... 21 2 REFERENCIAL TEÓRICO ... 22
2.1 Infraestrutura dos pavimentos ... 22
2.2 Mistura asfáltica ... 24
2.2.1 Ligante ... 24
2.2.2 Agregado ... 25
2.3 Cimento asfáltico de petróleo ... 26
2.4 Classe de revestimentos asfálticos ... 27
2.4.1 Misturas usinadas ... 27
2.4.2 Misturas in situ em usinas móveis ... 28
2.4.3 Tratamentos superficiais ... 29
2.5 Propriedades das misturas asfálticas ... 29
2.6 Ensaios mecânicos ... 30
2.6.1 Ensaio de módulo de resiliência ... 30
2.6.2 Ensaio de ruptura - resistência à tração por compressão diametral... 30
2.6.3 Módulo dinâmico uniaxial ... 31
2.6.4 Flow number ... 32
2.11 Defeitos em pavimentos flexíveis ... 36 2.11.1 Fenda ... 36 2.11.1.1 Fissuras ... 37 2.11.1.2 Trincas ... 37 2.11.2 Afundamento ... 38 2.11.2.1 Afundamento plástico ... 38
2.11.2.2 Afundamento por consolidação ... 39
2.11.3 Ondulação ou corrugação ... 40 2.11.4 Escorregamento ... 41 2.11.5 Exsudação ... 42 2.11.6 Desgaste ... 43 2.11.7 Panela ou buraco ... 44 2.11.8 Remendos ... 44 3 METODOLOGIA ... 46 3.1 Método de abordagem ... 46 3.2 Delineamento da pesquisa ... 46 3.3 Materiais utilizados ... 48 3.3.1 Agregados ... 48 3.3.2 Cal hidratada ... 48 3.3.3 Fibra de polipropileno ... 49 3.3.4 Ligante asfáltico ... 49 3.4 Métodos ... 50 3.4.1 Análise granulométrica ... 50
3.4.2.2 Agregado miúdo ... 53
3.4.2.3 Cal ... 54
3.4.2.4 Ligante asfáltico ... 55
3.4.2.5 Mistura asfáltica compactada ... 57
3.4.3 Definição da faixa granulométrica e composição das misturas ... 58
3.4.4 Determinação do teor ideal de ligante ... 58
3.4.5 Moldagem dos corpos de prova ... 59
3.4.6 Ensaios mecânicos ... 59
3.4.6.1 Estabilidade e fluência ... 60
3.4.6.2 Resistência à tração com compressão diametral ... 61
3.4.6.3 Módulo de resiliência ... 61
4 RESULTADOS ... 64
4.1 Caracterização dos materiais ... 64
4.1.1 Análise granulométrica ... 64
4.1.2 Massa e densidade específica dos materiais ... 65
4.1.2.1 Agregado graúdo ... 65
4.1.2.2 Agregado miúdo ... 66
4.1.2.3 Ligante asfáltico ... 66
4.1.2.4 Fibra de polipropileno ... 67
4.2 Caracterização das misturas asfálticas ... 67
4.2.1 Misturas realizadas ... 67
4.2.1.1 Mistura referência ... 67
4.2.3.1 Estabilidade e fluência ... 73
4.2.3.2 Resistência à tração por compressão diametral ... 76
4.2.3.3 Módulo de resiliência ... 78
4.2.3.4 Relação MR x RT ... 80
5 CONSIDERAÇÕES FINAIS ... 82
1 INTRODUÇÃO
O presente estudo tem interesse em buscar soluções para problemas de patologias registradas em revestimentos asfálticos. Com isso procura-se avaliar a adição de diferentes porcentagens de fibra de polipropileno, verificando o comportamento mecânico das misturas a partir de ensaios laboratoriais.
1.1 Contexto
A história do transporte rodoviário brasileiro utilizando rodovias pavimentadas começou no ano de 1861 com a inauguração da Estrada União Indústria, ligando o estado do Rio de Janeiro ao de Minas Gerais. Na década de 1940, as rodovias brasileiras pavimentadas contavam com apenas 423 km, entre rodovias federais e estaduais. Com o Decreto-Lei nº 8.463/1945, conferiu-se autonomia técnica e financeira para o Departamento Nacional de Estradas de Rodagem - DNER, como consequência, impulsionou-se o crescimento da malha rodoviária brasileira (CNT, 2014).
Através de uma análise da malha ferroviária brasileira verifica-se que sua qualidade e crescimento não acompanham a demanda de infraestrutura para o escoamento da produção, nem mesmo para o tráfego de pessoas. A frota de veículos aumentou 194,1% de 2001 para 2016, mas as rodovias continuam com graves problemas de qualidade, comprometendo a segurança de todos. No ano de 2016, mais da metade dos trechos avaliados pela Confederação Nacional dos Transportes (CNT) apresentaram problemas. Do total da malha, 1.700.000 km, apenas 12,2% (210.618,8 km) têm pavimento (DNIT, 2017).
O asfalto é o mais antigo material utilizado pelo homem, sendo também a principal forma de revestimento na pavimentação do mundo. O pavimento deve conter as funções técnicas e econômicas capazes de resistir aos esforços oriundos do tráfego de veículos e intemperes, assegurando aos usuários melhores condições da pista de rolamento, como bem-estar, economia e segurança (BERNUCCI et al. 2008).
Balbo (2007) define pavimento como uma estrutura não perene, composta por camadas sobrepostas de diferentes materiais compactados a partir do subleito, dispondo como finalidade atender de maneira estrutural e operacional o tráfego, com o menor custo possível e de forma resistente, considerando serviços de manutenção.
A estrutura do pavimento é idealizada para, em seu sentido estrutural, receber e transmitir esforços de modo a aliviar as pressões nas camadas inferiores, normalmente com menor resistência. As camadas do pavimento possuem uma função própria para garantir condições adequadas de suporte e rolamento aos veículos em qualquer circunstância climática (BALBO, 2007).
Bernucci et al. (2008) afirma que os pavimentos brasileiros, geralmente utiliza-se como revestimento uma mistura de agregados minerais, de tamanhos e origens variadas, com ligantes asfálticos que, de forma apropriada, garanta ao serviço os requisitos de impermeabilidade, flexibilidade, estabilidade, durabilidade, resistência à derrapagem, resistência à fadiga e ao trincamento térmico, conforme o clima e tráfego antevisto para o local.
O ligante asfáltico mais usual no mercado brasileiro é o Cimento Asfáltico de Petróleo (CAP). “O CAP é obtido a partir de processos de refinamento do petróleo cru para a finalidade específica de pavimentação. Os CAP’s possuem grandes quantidades de betume (hidrocarbonetos), viscosidade e agem como ligantes” (BALBO, 2007).
Conforme Souza (2004) faz-se necessário um estudo técnico-econômico para a escolha do tipo de revestimento que será utilizado. Nos serviços de alto padrão, como o caso das rodovias principais, utiliza-se concreto asfáltico como revestimento, no caso de rodovias secundárias, tem sido utilizado pré-misturado a frio, tratamento superficial duplo ou triplo, e em alguns casos, também concreto asfáltico. Geralmente em serviços de estradas vicinais, vêm sendo usados tratamentos superficiais.
Buscando materiais novos e ambientalmente corretos para a construção civil, chegou-se na utilização de fibras como material de reforço. Esse material vem recebendo destaque por meio da incorporação com cimentados ou cerâmicos, e com isso, chega-se a comprovação da eficiência na melhoria em relação às propriedades mecânicas do material, principalmente no que se refere
ao controle da fissuração e aumento da capacidade de carga pós-ruptura bem como, o aumento da durabilidade (CORÓ, 2002).
Usualmente as fibras de aço de outros tipos de materiais estão sendo utilizadas em estruturas de concreto com o intuito de aumentar a ductilidade, e também, contribuir na resistência à tração e no controle de fissurações (OLIVEIRA, 2005).
1.2 Problema
De acordo com Trindade et al (2005), as fibras de polipropileno demonstram grande potencial, sua utilização apresentou resultados satisfatórios, tento em vista sua utilização em diversas obras dentro da engenharia.
Diante destes dados, pode-se dizer que o uso de fibras pode sim trazer benefícios para as misturas asfálticas, porém há a necessidade de aprofundar mais essas pesquisas e analisar as fibras em relação a outras propriedades do pavimento. Assim, a pesquisa justifica-se na intenção de analisar os efeitos da fibra de polipropileno em relação ao seu comportamento mecânico. 1.2.1 Questões de pesquisa
Questão principal:
Qual será o comportamento mecânico da mistura asfáltica com a adição de fibra de polipropileno, comparado com a mistura convencional?
Questões secundárias:
O uso da fibra de polipropileno pode ser uma alternativa para melhoria das propriedades mecânicas da estrutura do pavimento?
1.2.2 Objetivos da pesquisa
Objetivo geral:
Analisar os efeitos da adição de fibras de polipropileno na camada de revestimento de pavimentos flexíveis, verificando o seu desempenho mecânico.
Objetivos específicos:
Analisar o tema em questão, avaliando outras pesquisas;
Realizar os ensaios de caracterização dos materiais;
Determinar a dosagem da mistura asfáltica, para definir o teor de ligante ideal para as misturas;
Realizar a dosagem pelo método Marshall;
Verificar e analisar a porcentagem de volume de vazios, resistência à tração e módulo de resiliência.
1.2.3 Delimitação do trabalho
A presente pesquisa delimita-se na adição de fibras de polipropileno na mistura asfáltica para o emprego nos sistemas de pavimentos flexíveis, analisando resultados para chegar a dados conclusivos à cerca da pesquisa.
2 REFERENCIAL TEÓRICO
Neste capitulo serão abordados os tópicos infraestrutura dos pavimentos, suas camadas e a classificação dos pavimentos, os componentes das misturas asfálticas, os tipos de misturas e as patologias dos pavimentos flexíveis, assim como uma abordagem sobre misturas asfálticas modificadas por fibras.
2.1 Infraestrutura dos pavimentos
O pavimento tem como seu histórico o desenvolvimento de cidades e regiões, tendo como seu remetente a própria humanidade. O pavimento é definido como uma estrutura de diferentes camadas de espessuras finitas, tendo como atribuição principal resistir aos esforços provenientes da trafegabilidade de veículos e de intemperes, que proporcione aos usuários conforto, segurança, economia e melhoria nas condições da pista (BERNUCCI et al. 2008).
De acordo com Bernucci et al., (2008) os pavimentos rodoviários normalmente são divididos em dois tipos básicos: rígidos e flexíveis. Outra nomenclatura que é utilizada mais recentemente é indicar o tipo de revestimento do pavimento, dividindo assim em pavimentos de concreto cimento Portland (ou simplesmente concreto-cimento) e pavimentos asfáltico.
Em pavimentos rígidos seu revestimento é determinado por uma placa de concreto de cimento Portland, onde que sua espessura é determinada em função da resistência à flexão das placas de concreto e das resistências das camadas subjacentes, as mesmas podem ainda ser armadas ou não com barras de aço. Geralmente designa-se a subcamada desse pavimento como sub-base, pois a qualidade do material dessa camada é correspondente à sub-base de pavimentos asfálticos.A Figura 1 apresenta de forma ilustrativa a composição dos pavimentos rígidos.
Figura 1 - Arranjo do pavimento rígido
Fonte: Bernucci et al. (2008, p.10).
No pavimento flexível as cargas são distribuídas entre as camadas, assim, todas as camadas sofrem deformações elásticas devido aos carregamentos exercidos. Um exemplo usual deste tipo de pavimento é formado por uma base de brita ou solo pedregulhoso e revestimento de camada asfáltica (DNIT, 2006). A Figura 2 apresenta de forma ilustrativa a composição dos pavimentos flexíveis.
Figura 2 - Arranjo do pavimento flexível
Fonte: Bernucci et al. (2008, p.10).
Os pavimentos asfálticos são formados por quatro camadas principais: revestimento asfáltico, base, sub-base e reforço do subleito, seu revestimento é constituído por uma mistura de agregados e ligantes asfálticos (BERNUCCI et al. 2008).
Segundo Balbo (2007) a estrutura do pavimento deve ter como principal função estrutural, receber e transmitir as cargas de maneira a diminuir as pressões nas camadas subjacentes, geralmente com menor resistência. Cada uma das camadas do pavimento deve conter uma função específica para garantir condições adequadas aos usuários em qualquer condição climática.
O pavimento é composto por camadas e cada uma delas possui uma ou mais funções específicas, que devem possibilitar aos veículos, condições pertinentes de trafegabilidade, seja em qualquer ação climática (BALBO, 2007). A Figura 3 demonstra como as cargas são transmitidas para a camada do revestimento e como as mesmas são distribuídas para as demais camadas.
Figura 3 - Esforços em camadas do pavimento
Fonte: Balbo (2007, p. 35). 2.2 Mistura asfáltica
2.2.1 Ligante
O asfalto/ligante é a mais antiga matéria prima utilizada pela humanidade para construção de pavimentos. As principais causas para o uso intenso deste material são pelo mesmo: promover uma forte ligação dos agregados; portar-se como um ligante que permite flexibilidade controlável; impermeabilizante; durável e resistente à ação de grande parte dos ácidos, álcalis e sais; e pode ser trabalhado em várias temperaturas diferentes aquecidos ou emulsionados. (BERNUCCI et al., 2008; SENÇO, 2007).
Os CAPs são constituídos de 90 a 95% de hidrocarbonetos e de 5 a 10% de heteroátomos (oxigênio, enxofre, nitrogênio e metais - vanádio, níquel, ferro, magnésio e cálcio) unificados por ligações covalentes. Os cimentos asfálticos de petróleos brasileiros apresentam baixo teor de enxofre e de metais, além de um alto teor de nitrogênio, enquanto os árabes e venezuelanos, por exemplo, apresentam alto teor de enxofre (LEITE, 1999).
A mistura asfáltica pode ser determinada como betume, asfalto ou alcatrão. A mistura de hidrocarbonetos produzida naturalmente ou por combustão e solúvel no bissulfeto de carbono é conhecida como betume. A composição do asfalto é determinada por hidrocarbonetos derivado do petróleo de forma natural ou por destilação, já o alcatrão é um produto decorrente do refino de alcatrões brutos, obtidos da queima ou destilação do carvão ou madeira (BERNUCCI et al., 2008; SENÇO, 2007).
Bernucci et al., (2008) afirma que no mercado brasileiro existem alguns tipos de ligantes asfálticos: cimentos asfálticos de petróleo (CAP), emulsões asfálticas (EAP), asfaltos diluídos (ADP), asfaltos oxidados de uso industrial, asfaltos modificados por polímeros (AMP) ou por borracha (AMB) e agentes rejuvenescedores (AR). Tendo o CAP como base para praticamente todos os outros produtos.
O CAP é obtido a partir de processos de refinamento do petróleo cru para a finalidade específica de pavimentação. Os CAP’s possuem grandes quantidades de betume (hidrocarbonetos), viscosidade e agem como ligantes (BALBO 2007).
Em sua composição o CAP usado como ligante possui elevada aderência entre os agregados além de apresentar propriedades impermeabilizantes, flexibilidade, relativa durabilidade e grande resistência a maior parte dos ácidos, álcalis e sais, sendo ainda insolúvel em água (BALBO, 2007).
2.2.2 Agregado
Os agregados são definidos como um grupo de grãos minerais dentro de um estabelecido limite de dimensão, sendo eles naturais ou artificiais, britados ou não. O agregado deve ter a finalidade para atender todos os requisitos como resistência, durabilidade e adesividade ao ligante (BALBO 2007).
Na produção das misturas asfálticas os agregados são tratados em termos de faixas de determinados diâmetros, de acordo com o apresentado na Tabela 1.
Tabela 1 - Diâmetros e denominações de pedras britadas
Denominação Faixa de diâmetro (mm)
Pó-de-pedra < 2,4
Pedra 0 ou pedrisco entre 2,4 e 9,5
Pedra 1 entre 9,5 e 19,0
Pedra 2 entre 19,0 e 38,0
Pedra 3 entre 38,0 e 76,0
Fonte: Balbo (2007, p.100).
Para Balbo (2007) é de suma importância levar em consideração a forma dos agregados, que podem ser estabelecidas em termos de esfericidade e angularidade. Dentro das formas mais adequadas para o concreto de mistura asfáltica está a cubica ou esférica, que fornecem melhorias de algumas propriedades como a trabalhabilidade, pois sua superfície específica é menor que os agregados de forma irregular.
2.3 Cimento asfáltico de petróleo
O CAP é semissólido a temperaturas baixas, visco elástico plástico em temperatura ambiente e líquido a altas temperaturas, se enquadrando em limites de consistência para determinadas temperaturas estabelecidas mediante ensaios. De acordo com a consistência, os CAP’s convencionais dividem-se em quatro grupos: CAP 30-45; CAP 50-70; CAP 85-100 e CAP 150-200, sendo esses números relacionados à faixa de penetração obtida em ensaio (BERNUCCI et al., 2008).
Para Balbo (2007), o cimento asfáltico de petróleo manifesta algumas propriedades como: relativa durabilidade, flexibilidade, insolúvel à água, e resistência contra alguns agentes agressivos, como os ácidos. Sua obtenção pode ocorrer por processos de refinamento do petróleo cru, seja para finalidades específicas de pavimentação ou para outras aplicações.
2.4 Classes de revestimentos asfálticos
No Brasil, geralmente em seus pavimentos utiliza-se como revestimento uma mistura de agregados minerais, de origens e formas variadas, de forma adequada ao ligante asfáltico, garantindo ao serviço as condições de impermeabilidade, flexibilidade, estabilidade, durabilidade, resistência à derrapagem, resistência à fadiga e ao trincamento térmico, conforme o clima e o tráfego previsto para o local (BERNUCCI et al., 2008).
De acordo com Souza (2004), para a escolha do tipo de revestimento a ser utilizado, deve ser realizado um estudo técnico-econômico. Em serviços de alto padrão, no caso de rodovias principais, utiliza-se como revestimento o concreto asfáltico, em caso de rodovias secundarias, têm sido utilizados alguns tipos como, o pré-misturado a frio, tratamento superficial duplo ou triplo, e em alguns casos utiliza-se o concreto asfáltico. Nas estradas vicinais, geralmente vêm sendo usados tratamentos superficiais.
A atuação das misturas asfálticas à quente é influenciada pela propriedade da compatibilidade de agregados. Dentre essas propriedades, as que mais influenciam são: forma (angularidade), textura (rugosidade) e granulometria. Uma distribuição granulométrica adequada ao tipo de mistura asfáltica que se quer produzir é um dos pontos chaves para a elaboração de uma mistura de bom desempenho a curto, médio e longo prazo (KUENNEN, 1998 apud CHOWDHURY et al., 2001).
2.4.1 Misturas usinadas
Segundo Netto (2013) em misturas usinadas, os agregados e ligantes devem ser misturados em uma usina estacionaria que posteriormente será transportada para o local a ser pavimentado. Em seguida, essa mistura é lançada na pista pela vibro acabadora e logo após, deve ser realizado a compactação do material até que resulte um nível de compactação que forme um arranjo estrutural estável e resistente às deformações elásticas e permanentes, causadas pelo tráfego. Um dos tipos de revestimento mais utilizados no Brasil é o concreto asfáltico (CA), também conhecido como concreto betuminoso usinado a quente (CBUQ).
Concreto asfáltico é o produto proveniente da mistura de agregados de vários tamanhos e de cimento asfáltico, ambos aquecidos previamente em temperaturas escolhidas em função das características do ligante (BERNUCCI et al., 2008).
2.4.2 Misturas in situ em usinas móveis
As misturas in situ são preparadas em usinas móveis especiais onde é realizada a mistura entre os agregados e o ligante, antes mesmo da sua distribuição no pavimento. É utilizada principalmente em casos de selagem de fissuras e restauração, ocasionalmente de características funcionais. A lama asfáltica e o micro revestimento são alguns exemplos de misturas deste tipo. A lama asfáltica tem sua espessura em torno de 3 a 5 mm e caracteriza-se por ser uma mistura bem fluída de agregados miúdos. Já os micros revestimentos asfálticos têm suas espessuras variando de 8 a 20 mm, podem ser classificados como argamassas pré-misturadas e sua elaboração geralmente é realizada com emulsões de asfalto modificado com polímeros. As duas misturas podem ser usadas como camada de finalização de pavimentos revestidos com tratamentos superficiais por possuírem funções impermeabilizantes e aderentes (BALBO 2007, BERNUCCI et al., 2008).
O modo de distribuição da lama asfáltica sobre o pavimento é feito à frio e sua fabricação é feita em um caminhão-betoneira ou algum tipo de caminhão equipado para esta finalidade. O mesmo permite a produção e o espalhamento contínuo da mistura. Os equipamentos são munidos de silos para os agregados, misturador contínuo, tanques para estocagem de água e emulsão, e sistema de dosadores. Este método é indicado para revestimentos superficiais, superfícies desgastadas e selagens superficiais e de trincas, possibilita a regularização do pavimento, possui textura antiderrapante e boa aderência em qualquer substrato (PETROBRAS, 2015). A Figura 4 apresenta a aplicação do micro revestimento no pavimento.
Figura 4 - Aplicação de micro revestimento no pavimento
Fonte: Novo asfalto (2015). 2.4.3 Tratamentos superficiais
De acordo com Netto (2013), os tratamentos superficiais são determinados como um revestimento flexível de espessura sem relevo, realizado pelo processo contínuo do espalhamento de ligante asfáltico, seja sua operação simples ou múltipla. Sua classificação é definida de acordo com o número de camadas contínuas de ligantes e agregados, podendo assim ser defino como tratamento simples, duplo ou triplo.
2.5 Propriedades das misturas asfálticas
A qualificação dos materiais utilizados na mistura asfáltica é complexa devido as propriedades desses materiais necessitarem de vários elementos, tal como, meio ambiente, magnitude, tempo de aplicação e frequência das cargas dos veículos e estado de tensões. Perante isso, ainda deve-se considerar o envelhecimento do ligante pela oxidação, o que expande a complexidade, pois há uma dificuldade em apresentar esse fenômeno em laboratório (BERNUCCI et al. 2008).
Para Bernucci et al., (2008) serão comparados os resultados atingidos da análise estrutural com os valores pré-definidos, de forma a evitar os principais tipos de defeitos como trincas por fadiga e deformação permanente. Os mais relevantes ensaios mecânicos para a caracterização de misturas asfálticas são determinados como: ensaios convencionais (estabilidade Marshall),
ensaios de módulo (resiliência e módulo complexo), ensaios de ruptura (resistência à tração direta, compressão diametral e flexão), ensaios de deformação permanente (simulador de tráfego, compressão ou tração axial estática e compressão ou tração axial de carga repetida) e ensaios complementares.
2.6 Ensaios mecânicos
2.6.1 Ensaio de módulo de resiliência
Para Bernucci et al., (2008), a definição de resiliência pode ser definida como sendo a energia armazenada num corpo deformado elasticamente, a qual é remitida quando as tensões efetuadas causadoras das deformações encerrem. No Brasil o ensaio é normatizado pelo DNIT 135/2010 – ME e é executado aplicando-se uma carga constantemente no plano diametral vertical de um corpo de prova que pode ser moldado no compactador Marshall.
Quando houver a aplicação das cargas elas irão gerar uma tensão de tração transversal no plano em que está sendo aplicado. O deslocamento recuperável motivado pela carga aplicada é avaliado na direção horizontal que corresponde à tensão ocasionada em uma dada temperatura. Os métodos de dosagem (Marshall ou Superpave) podem apontar valores diferentes para o módulo de resiliência, devido à disposição do esqueleto mineral provocado pelos diferentes métodos de compactação, que interferem nas propriedades mecânicas (BERNUCCI et al., 2008).
Bernucci et al., (2008) salienta ainda que o módulo de resiliência das misturas asfálticas varia, o ligante sofre um processo de enrijecimento aumentando a rigidez dos revestimentos, isso tudo devido ao envelhecimento do ligante ao longo do tempo.
2.6.2 Ensaio de Ruptura - Resistência à Tração por Compressão Diametral
O ensaio de resistência à tração por compressão diametral (RT) é um método indireto para apontar a resistência à tração, diante da dificuldade de obter-se sem interrupção. São aplicadas duas forças concentradas e diametralmente opostas de compressão, em uma amostra cilíndrica através de frisos metálicos, que irão gerar através do diâmetro tensões de tração uniformes perpendiculares a esse diâmetro (BALBO, 2007; BERNUCCI et al., 2008).
Bernucci et al. (2008) acumulou vários resultados de ensaios de módulo de resiliência e resistência a tração por compressão diametral para diferentes misturas asfálticas que são apresentados a seguir na Figura 5.
Figura 5 - MR e RT de misturas investigadas no país (25°C)
Fonte: Bernucci et al. (2008, p.302).
É especificado pela norma DNIT 031/2006-ES o valor mínimo de RT para concretos asfálticos como 0,65MPa. Devido ao envelhecimento da mistura asfáltica a RT aumenta, porém, esse aumento nem sempre representa vantagem, pois a resiliência também aumenta, perdendo assim flexibilidade (BERNUCCI et al., 2008).
2.6.3 Módulo dinâmico uniaxial
O módulo complexo na definição de misturas asfálticas, vem sendo pesquisado como uma alternativa ao módulo de resiliência, onde a análise dos dados provenientes deste ensaio envolve a geração de curvas mestras. Além disso, o módulo complexo e, em consequência, o módulo dinâmico, podem ser atingidos através de ensaios ou modelos de previsão. Tais modelos
condizem a equações derivadas da análise estatística de valores obtidos, previamente, por meio de ensaio (Bernucci et al., 2010).
Segundo Kim (2009) foram criado modelos para registrar os efeitos de carregamento, envelhecimento, umidade, temperatura, estado de tensão, entre outros fatores, sobre o desempenho do concreto asfáltico. A maioria desses modelos é de natureza empírica, onde a principal razão é a falta de poder de computação necessário para calcular o desempenho de longo prazo do CA e, consequentemente, dos pavimentos asfálticos.
2.6.4 Flow number
Medina e Motta (2015) descrevem o ensaio como sendo dinâmico, de compressão axial de carga repetida, efetuado em amostras com 10 cm de diâmetro e 15 cm de altura, com LVDT’s colocados do topo à base.
De acordo com a AASHTO TP 79-12, é um teste de desempenho simples de misturas de concreto asfáltico para modificação permanente com base em cargas repetidas. Nesse teste, a amostra, que pode ser, primeiramente, condicionada para temperatura específica, é submetida a um carregamento repetido axial com pulso de carga de compressão. A frequência da repetição é fixada em Hertz e o ensaio pode ser realizado com ou sem uma tensão de confinamento aplicada às amostras. Logo, o Flow Number (FN) é definido como o número de ciclos de carga correspondente à taxa mínima de mudança de tensão axial permanente.
2.7 Adesividade em misturas asfálticas
A perda de adesão entre agregados e ligantes em misturas asfálticas, geralmente está ligada a três fatores: a discordância entre a constituição mineralógica do agregado e o aspecto físico e químico do material betuminoso, umidade e presença de sujeira e finos na face do agregado. Vários tipos de deformações em pavimentos asfálticos, como trincamento por fadiga, casos de deformações permanentes e problemas por umidade, são ocasionados pela perda de adesão do ligante asfáltico com a superfície do agregado (LYTTON, 2004 apud OLIVEIRA FILHO e SOARES, 2006).
Segundo Furlan (2006), existe uma ligação entre a ruptura das misturas asfálticas com a película adesiva, onde se caracteriza pelo desenvolvimento de um plano de ruptura interfacial, completo ou parcial, na união entre asfalto e agregado. A ruptura da ligação adesiva entre ligante e agregado, são basicamente cinco modos:
Deslocamento: a água desloca a película do asfalto da superfície do agregado;
Desprendimento: a umidade do agregado antes da mistura separa-o do asfalto;
Emulsificação espontânea: a água é incorporada pelo asfalto e emulsifica-o;
Pressão nos poros: a água aprisionada nos vazios da mistura saturada, aliada as cargas do tráfego percola sob pressão, descolando a película do asfalto;
Lavagem hidráulica: em condições úmidas as repetições do tráfego pesado proporcionam ciclos de compressão, que expelem o ar dos vazios da mistura, e relaxação, que absorve água pela criação de vácuo parcial.
Conforme Bunny (2009) são vários os tipos de métodos aplicáveis para averiguação das características de adesividade das misturas asfálticas, relacionando os métodos empíricos no qual o contato entre misturas asfálticas e agregados é analisado visualmente e busca correlacionar os resultados com o provável desempenho em campo. Entretanto no outro grupo de ensaios é fundamentado no comportamento mecânico das misturas no qual as amostras devem ser submetidas a um esforço mecânico para demonstrar um aspecto acelerado ou similar ao que acontece em campo, neste grupo estão, dentre outras, a Metodologia Lottman Modificada (AASHTO T 283-1989) e o método Cântabro. (CEC 325/1986)
2.8 Misturas asfálticas modificadas por fibras
Desde muito tempo a humanidade vem utilizando técnicas de uso de diferentes tipos de fibras em materiais de construção, seja ele solo, concreto ou asfalto, tendo a ideia de aumentar as suas propriedades. Desde o Egito antigo, colocava-se palha em argila para a fabricação de tijolos, com o intuito de aumentar sua resistência à flexão. Um exemplo histórico era a adição de crina de cavalo ou palha em revestimento de construções mais pobre para evitar a ocorrência de fissuras de retração (SARZALEJO et al., 2009).
Segundo Sarzalejo et al., (2009) foram realizados estudos sobre as adições de fibras de aço ou de vidro no concreto em meados dos anos 1950, enquanto os primeiros estudos científicos sobre o reforço dos concretos com a adição de fibras sintéticas surgem em meados dos anos 1960. No entanto, somente nos últimos 30 anos que se iniciou a utilização de fibras na pavimentação.
De acordo com Souza (2010) alguns quesitos como a popularização e o avanço das fibras nacional e mundialmente permitiu o avanço de novas pesquisas, sendo principalmente em duas áreas da engenharia: na geotecnia, com estudos de reforço de solos de fundações e de camadas de pavimentação; e em estruturas, com a adição de fibras em concretos de cimento Portland.
Diversos estudos científicos são desenvolvidos relacionados à adição de fibras. Homem (2002) diagnosticou o comportamento estrutural de uma mistura asfáltica porosa com teores de asfalto modificado e com adição de fibra de vidro em um teor de 0% a 1%. Diante dos ensaios mecânicos constatou-se que houve um acréscimo de fibras, no qual contribuiu positivamente com relação ao módulo de resiliência, com o aumento da temperatura. A ligação entre fibra-asfalto diminuiu a permeabilidade e a deformação permanente foi à mínima para um teor de fibra de 0,4% e de asfalto 4,5%.
Souza (2010) também diagnosticou a influência da adição de fibras de polipropileno e aramida incorporadas a um ligante CAP 50/70. Foram utilizados diferentes teores de fibras (0% a 3%) onde se verificou uma melhora na grande maioria dos parâmetros físicos do ligante com o aumento da quantidade de fibra, a camada porosa de atrito (CPA) junto com um teor de fibra de 0,05% do peso total da mistura é utilizado para avaliar os efeitos das fibras nas propriedades estruturais da mistura. Houve um aumento na resistência à tração, módulo de resiliência e maior vida de fadigas nos corpos de provas com a adição das fibras, porém apresentam maior desgaste cântabro e elevadas deformações permanentes.
Casagrande (2001) apresenta o comportamento estrutural de um solo residual areno-siltoso reforçado com adição de fibra de polipropileno distribuído aleatoriamente no solo para assentamento de fundações superficiais: aumento significativo da capacidade de suporte do solo com a adição de fibras em comparação ao solo sem a adição, e também redução apreciável dos recalques na comparação do solo residual compactado.
2.9 Tipos de fibras
De acordo com Homem (2002) vários tipos de fibras vêm sendo utilizadas em misturas asfálticas, as quais podem ser divididas em naturais, como de celulose e asbestos, industrializadas sintéticas de poliéster, polietileno, polipropileno e acrílico e industrializadas metálicas de aço, vidro e mineral.
A Tabela 2 mostra alguns dos principais tipos de fibras utilizados em misturas asfálticas, suas vantagens e desvantagens.
Tabela 2 - Tipos de fibras
Fibra Vantagens Desvantagens
Asbestos Alta capacidade de ligar-se ao asfalto Durabilidade
Possível melhora da resistência a deformações permanentes
Nocivo à saúde
Celulose Alta capacidade de ligar-se ao asfalto Suscetível à umidade Pouco ou nenhum efeito de reforço Mineral Alta capacidade de ligar-se ao asfalto Pouco ou nenhum efeito de reforço
Vidro Atua como reforço
Possível melhora da resistência da mistura
Fragilidade
Baixa capacidade de aderência ao asfalto sem a utilização de tratamento superficial Sintéticas
Poliéster Polipropileno
Acrílica
Atua como reforço
Possível melhora da resistência da mistura
Baixa capacidade de aderência ao asfalto
Aço Atua como reforço
Possível melhora da resistência da mistura
Nenhuma capacidade de aderência ao asfalto Ferrugem
Problemas de compactação e de características da superfície Fonte: (PIARC, 1998, apud SOUZA, 2010, p. 29).
2.10 Fibras de polipropileno
A fibra de polipropileno segundo Félix (2002), refere-se a um plástico incolor, inodoro, atóxico e tem uma densidade aproximada de 900 kg/m³, o que caracteriza um material leve. Este material tem consigo uma estrutura apolar é considerada inerte quimicamente e sua dissolução é apenas suscetível por solventes apolares. Em comparação com outros polímeros com características semelhantes possuem propriedades estruturais excelentes, pois demonstram uma ótima resistência à tração de módulo.
A produção das fibras de polipropileno é feita a partir da resina de polipropileno do tipo homopolímero de diversas formas e tamanhos, e propriedades diferentes. As vantagens desse tipo de fibra têm relação ao seu alto ponto de fusão (165 C), resistência a álcalis e um baixo preço. Entretanto existem algumas desvantagens em relação a sua baixa resistência ao fogo, sensibilidade à luz do sol e oxigênio, baixo módulo de elasticidade e pouca aderência com a matriz cimentícia (BENTUR E MINDESS, 2007).
De acordo com Taylor (2000), a resistência à tração destas fibras pode chegar a aproximadamente 400 MPa e seu módulo de elasticidade chega em torno de 8 GPa, também possuem uma grande resistência em relação ao ataque de diversas substancias químicas e aos álcalis. Casagrande (2001) salienta que estas características aumentam de forma substancial a resistência ao impacto nos materiais em que estas fibras são incorporadas.
2.11 Defeitos em pavimentos flexíveis
Conforme a NBR 005 (DNIT, 2003), os principais tipos de defeitos que surgem em pavimentos flexíveis são: fenda, afundamento, ondulação ou corrugação, escorregamento, exsudação, desgaste, panela ou buraco e remendo.
2.11.1 Fenda
Fenda pode ser definida como qualquer descontinuidade na superfície do pavimento, que conduza a aberturas de menor ou maior porte. Sua classificação é dividida em: fissuras e trincas (DNIT, 2003).
De acordo com DNIT (2006b), as fendas são causadas de forma genérica pelos seguintes eventos que atuam em conjunto:
Tráfego atuante que pelo ciclo do carregamento e alívio promove tensões de tração na fibra interior do revestimento;
Alternância da mudança diária de temperatura que acusam contrações de revestimento existente;
Reflexão no revestimento de trincas existentes em bases cimentadas (base de solo cimento).
2.11.1.1 Fissuras
É uma fenda de largura capilar existente no revestimento, disposta longitudinal, transversal ou obliquamente ao eixo da via, somente perceptíveis a olho nu em uma distância inferior a 1,50m (DNIT, 2003).
2.11.1.2 Trincas
Fenda existente no revestimento, que ao contrário da fissura, é facilmente visível a olho nu, com abertura superior à da fissura, podendo apresentar-se sob a forma de trinca isolada ou trinca interligada (DNIT, 2003).
Conforme Bernucci et al. (2008), em relação à tipologia, as trincas isoladas podem ser: transversais curtas (TTC) ou transversais longas (TTL), longitudinais curtas (TLC) ou longitudinais longas (TLL), ou ainda de retração (TRR). As trincas interligadas são subdivididas em: trincas de bloco (TB) quando tendem a uma regularidade geométrica, ou ainda (TBE) quando as trincas de bloco apresentam erosão junto às suas bordas além da regularidade geométrica; ou trincas do tipo couro de jacaré (J) quando não seguem um padrão de reflexão geométrico de trincas como as de bloco e são frequentemente derivadas da fadiga do revestimento asfáltico, ou ainda (JE) quando as trincas tipo couro de jacaré apresentam complementarmente erosão junto às suas bordas.
De acordo com a NBR 005 (DNIT, 2003) além da classificação quanto a tipologia, ainda se subdivide as trincas em classes:
Classe I – Trincas com aberturas menores que 1 mm;
Classe II – Trincas com aberturas maiores que 1 mm;
Classe III – Trincas com aberturas maiores que 1 mm e com erosão na borda. A Figura 6 apresenta alguns tipos de trincas.
Figura 6 - Trinca isolada transversal (a); Trinca isolada longitudinal (b); Trinca interligada do tipo couro de jacaré (c); Trinca interligada do tipo bloco (d)
Fonte: NBR 005 – TER (DNIT, 2003, p. 6 e p. 7). 2.11.2 Afundamento
Segundo DNIT (2003), afundamento é uma deformação permanente que se sucede no pavimento asfáltico, caracterizada por um desnível na superfície do pavimento, podendo ser acompanhada, ou não, de solevamento, podendo apresentar-se como forma de afundamento plástico ou de consolidação.
Bernucci et al. (2008) define afundamento, como um defeito causado por deformações permanentes, seja ela pelo revestimento asfáltico ou por uma de suas camadas subjacentes.
2.11.2.1 Afundamento plástico
Segundo DNIT (2003) o afundamento plástico pode ocorrer devido à fluência plástica de uma ou mais camadas do pavimento ou do subleito, acompanhado de solevamento. Quando
possui comprimento de até 6 metros é chamado de afundamento plástico local (ALP); quando sua extensão ultrapassar 6 metros de comprimento e estiver localizado ao longo da trilha de roda é denominado afundamento plástico de trilha de roda (ATP).
Algumas causas prováveis para a ocorrência desse defeito segundo Bernucci et al. (2008) pode ser uma falha na dosagem das misturas asfáltica (excesso de ligante) ou erro na escolha do tipo de revestimento asfáltico para a carga solicitante (não atender à solicitação de carga). A Figura 7 apresenta um caso de afundamento plástico de trilha de roda.
Figura 7 - Afundamento plástico de trilha de roda
Fonte: Bernucci et al. (2008, p.419). 2.11.2.2 Afundamento por Consolidação
De acordo com o DNIT (2003), o afundamento de consolidação é motivado pela consolidação diferencial de uma ou mais camadas do pavimento ou subleito sem estar acompanhado de solevamento. Também é subdividido de acordo com a extensão do afundamento, sendo assim, afundamento de consolidação local (ALC) para comprimento inferior a 6 metros e afundamento de consolidação da trilha de roda (ATC) quando localizado ao longo da trilha de roda e extensão maior que 6 metros.
Para Bernucci et al. (2008) os casos de ALC, podem ser provocados por problemas na construção do pavimento, falhas na compactação das camadas, aparecimento de solo “borrachudo”, problemas de drenagem e rupturas por cisalhamento, quase sempre, apresentam trincas nos pavimentos com maiores desníveis. Os casos de ocorrência de ATC, tem como causa
a densificação ou ruptura por cisalhamento de camadas subjacentes e desprendimento da película de asfalto junto ao agregado. A Figura 8 apresenta um caso de afundamento por consolidação.
Figura 8 - Afundamento por consolidação localizado
Fonte: Bernucci et al. (2008, p.419). 2.11.3 Ondulação ou Corrugação
Defeito caracterizado por ondulações ou corrugações no sentido transversal da superfície do pavimento (DNIT, 2003).
De acordo com Bernucci et al. (2008) essa deformação pode ocorrer devido à fluência da massa asfáltica, geralmente em áreas de aceleração ou desaceleração, rampas sujeitas ao tráfego de veículos pesados e lentos, curvas, entre outros locais. A Figura 9 apresenta um caso desse defeito.
Figura 9 - Corrugação
Fonte: Bernucci et al. (2008, p.420).
Danieleski (2004) classificou as corrugações nos pavimentos em três níveis de severidade:
Inicial, quando era possível notar pequenas vibrações nos veículos, mas sem caracterizar desconforto;
Médio, para vibrações significativas no veículo e certo nível de desconforto;
Avançado, quando causam vibrações excessivas, caracterizando grande desconforto e até risco em relação à segurança dos veículos e pedestres.
2.11.4 Escorregamento
É definido como o deslizamento de uma parte do revestimento em relação à camada subjacente do pavimento, surgindo o aparecimento de fendas em forma de meia-lua. (DNIT, 2003)
Divide-se em dois tipos de escorregamento: escorregamento de massa asfáltica por fluência, devido ao excesso de ligante; e escorregamento do revestimento asfáltico por falhas construtivas e de pintura de ligação (BERNUCCI et al., 2008). A Figura 10 demonstra um caso de escorregamento do revestimento asfáltico.
Figura 10 - Escorregamento do revestimento asfáltico
Fonte: Bernucci et al. (2008, p.420). 2.11.5 Exsudação
É o caso em que a uma quantidade de ligante betuminoso é abundante na superfície do pavimento, causado pela migração do ligante através do revestimento (DNIT, 2003). A Figura 11 apresenta um caso de exsudação.
Figura 11 – Exsudação
Conforme o DNIT (2006) a exsudação pode ocorrer por dois principais motivos:
Falha na dosagem da mistura asfáltica, ocasionando uma quantidade excessiva de ligante e/ou baixo índice de vazios;
Usar temperatura do ligante acima da especificada, causando dilatação do asfalto e ocupação irreversível dos vazios entre as partículas.
2.11.6 Desgaste
O desgaste é conceituado na NBR 005/2003-TER como sendo um efeito ocasionado pelo arranchamento progressivo do agregado do pavimento, devido aos esforços tangenciais gerados pelo tráfego e sendo capaz de ser identificados na sua superfície, por existir uma maior aspereza. A Figura 12 demonstra um caso de pavimento desgastado.
Figura 12 - Desgaste
Fonte: NBR 005 – TER (DNIT, 2003, p.11).
Segundo Bernucci et al. (2008) este defeito pode se suceder devido a falhas na adesividade ligante-agregado; presença de água aprisionada e sobrepressão em vazios da camada do revestimento, ocasionando o desprendimento do ligante; segregação de massa asfáltica; inapropriado teor de ligante e também podendo ser ocasionado devido a problemas executivos ou no projeto da mistura.
2.11.7 Panela ou buraco
De acordo com DNIT, (2006) panelas ou buracos são consideradas cavidades formadas primeiramente no revestimento do pavimento que podem possuir dimensões e profundidades variadas. Por afetar a estrutura do pavimento é considerada uma grave deformação, o que permite à infiltração das águas superficiais nas camadas subjacentes, e também, devido às irregularidades na superfície pode afetar a funcionalidade do pavimento, colocando em risco a segurança do tráfego e interferindo no custo do transporte. Entre as principais causas desse defeito, estão: trincamento por fadiga (estágio terminal) e desintegração localizada na superfície do pavimento (desgastes de severidade alta). A Figura 13 apresenta um caso de panela ou buraco.
Figura 13 - Panela ou buraco
Fonte: NBR 005 – TER (DNIT, 2003, p.11). 2.11.8 Remendos
Os remendos são caracterizados pelo preenchimento de uma panela (buraco) usando uma ou mais camadas de pavimento na operação denominada de “tapa-buraco”. Nestes casos podem ser remendos profundos, onde ocorre a alteração do revestimento e outras camadas do pavimento, ou então, remendo superficial, que é quando ocorre reparação da superfície do revestimento pela aplicação de uma camada betuminosa (DNIT, 2003).
Para o DNIT (2006b) os remendos são apontados como defeitos que causam desconforto devido à intensa solicitação do tráfego, utilização de materiais de má qualidade, intempéries das condições climáticas e problemas construtivos. A seguir na Figura 14 é demonstrada a realização da operação “tapa-buraco”.
Figura 14 - Remendos
3 METODOLOGIA
3.1 Método de abordagem
A presente pesquisa é exploratória, tendo em vista o objetivo de adquirir conhecimentos com intuito de encontrar soluções para possíveis problemas nos pavimentos asfálticos, tendo em vista a aplicação de materiais econômicos e sustentáveis como alternativa para pavimentação. A forma de abordagem pode ser definida como quantitativa, devido à relação dos resultados de ensaios obtidos no laboratório. Essa pesquisa pode ser denominada como explicativa e exploratória, na qual é realizado um levantamento bibliográfico e realização de ensaios a fim de adquirir conhecimentos acerca do tema.
3.2 Delineamento da pesquisa
O trabalho foi desenvolvido a partir das etapas descritas na representação do esquema demonstrado na Figura 15.
Figura 15 - Delineamento da pesquisa
A primeira etapa baseou-se em uma pesquisa bibliográfica, onde buscou-se conhecimentos acerca de estudos realizados em pavimentações com a adição de fibra de polipropileno.
Posteriormente, na segunda etapa foram definidos os materiais que serão utilizados na pesquisa, assim como suas caracterizações, diante de ensaios normatizados e desempenhados no Laboratório de Engenharia Civil da UNIJUÍ.
Para a realização da pesquisa, foram moldados 47 corpos de prova, sendo 15 referentes ao teor ideal, e os outros 32 paras as diferentes misturas denominadas como: referência, 0,5% de fibra, 1,0% de fibra e 1,5% de fibra. Na Tabela 3, são apresentadas as quantidades e os ensaios realizados na pesquisa.
Tabela 3 - Relação da quantidade de corpos de prova
Ensaios Mistura
Referência 0,5% fibra 1,0% fibra 1,5% fibra Dosagem Marshall (teores 4%; 4,5%; 5%; 5,5%; 6%) 15 - - - Estabilidade e Fluência 4 4 4 4 Módulo de Resiliência / Resistência à tração 4 4 4 4 Subtotal 23 8 8 8 Total 47
Fonte: Autoria própria (2019).
Em seguida foi realizada a composição da mistura, moldagem e os CP’s foram levados para a realização dos ensaios mecânicos, os quais seguiram as especificações exigidas por norma. Com essa etapa finalizada, os resultados foram analisados e as conclusões acerca da pesquisa definidas.
3.3 Materiais utilizados
Para a realização dos ensaios laboratoriais, foram utilizados na composição das misturas os materiais: agregados minerais, cal, fibra de polipropileno e o CAP (cimento asfáltico de petróleo).
3.3.1 Agregados
Em misturas asfálticas os agregados são os materiais utilizados em maior quantidade. Os agregados utilizados na pesquisa foram os britados, com diferente granulometria.
Os agregados britados analisados para a composição da mistura são: brita ¾”, brita 3/8” e o pó de pedra. Foram fornecidos e coletados pela Pedreira Tabille localizada na cidade de Coronel Barros - RS. A Figura 16 apresenta os materiais utilizados.
Figura 16 - Brita 3/4" (a); Brita 3/8” (b); Pó de pedra (c)
Fonte: Autoria própria (2019). 3.3.2 Cal hidratada
O uso da cal, melhora a ligação química entre agregados-asfalto, diminuindo os danos causados pela umidade. No entanto, alguns autores salientam o não uso da cal virgem (CaO), por se tratar de um material reativo ao contato com a água, no qual ressaltam o uso da cal hidratada e também cimento Portland, com porcentagens ente 1% a 3%. A partir de 2009, o DNIT indica o uso da cal em misturas asfálticas, no entanto não deixa clara a natureza mineral da cal (CERATTI e REIS, 2011).
Quanto à cal utilizada, a mesma foi a do tipo dolomítica, oriunda da empresa FIDA de Caçapava do Sul - RS. A Figura 17 apresenta seu aspecto.
Figura 17 - Cal
Fonte: Autoria própria (2019). 3.3.3 Fibra de polipropileno
De acordo com Ebah (2019), a fibra de polipropileno é um termoplástico semicristalino, possui um aspecto plástico e de fácil moldagem, obtido através do processo da polimerização do monômero Propeno, tendo como uso um catalisador estereospecífico formando cadeias longas.
O material foi adquirido das Lojas Leroy Merlin de São Paulo, a Figura 18 apresenta seu aspecto.
Figura 18 - Fibra de polipropileno
Fonte: Autoria própria (2019). 3.3.4 Ligante asfáltico
O cimento asfáltico de petróleo utilizado na pesquisa foi do tipo CAP 50/70, tendo em vista a usabilidade do material em obras de pavimentação, ele é classificado como um dos mais
utilizados em nível nacional. Tem sua produção resultante da Refinaria Alberto Pasqualini – REFAP, com sede em Canoas – RS. A Figura 19 apresenta seu aspecto.
Figura 19 – Ligante asfáltico
Fonte: Autoria própria (2019). 3.4 Métodos
O procedimento de caracterização dos materiais, assim como os ensaios mecânicos aos quais foram submetidas às misturas asfálticas produzidas, são expostos a seguir. Quanto ao processo de caracterização dos materiais, o mesmo foi realizado através de uma análise granulométrica e densidade dos materiais. Os ensaios mecânicos realizados foram: estabilidade e fluência, resistência à tração por compressão diametral e módulo de resiliência.
3.4.1 Análise granulométrica
Os materiais sujeitos a misturas asfálticas devem passar por uma análise granulométrica para verificar o seu comportamento. Diante disso, para se enquadrarem às faixas de trabalho determinadas pela norma DNIT-ES 031/2006 (DNIT, 2006b), foi realizada a análise granulométrica dos materiais que serão usados na pesquisa. No qual a escolha da faixa deve ser feita diante do diâmetro máximo dos agregados determinada pela norma, onde a espessura da camada deve ser inferior a 2/3.
Está análise é definida como a distribuição do agregado por meio de uma sequência de peneira, no qual deve ser comparada a massa do material retido de cada peneira com a massa total do material seco. Seguiu-se as orientações da norma DAER/RS-EL 102/01 (DAER, 2001a), a qual orienta sobre aparelhagens, ensaios e amostras para obtenção da curva granulométrica.
Através da norma foram enquadradas as misturas na faixa C do DNIT, assim como a partir de uma série de peneiras se deu a distribuição dos agregados, de acordo com a Tabela 4.
Tabela 4 - Série de peneiras para granulometria
Fonte: DNIT ES-031 (2006, p.5). 3.4.2 Densidade e massas específicas
A denominada densidade especifica conhecida também como massa especifica, é correspondida quanto à massa de um determinado material e o seu volume. Sua unidade pode ser expressa por: t/m³, kg/dm³ ou g/cm³.
Há três designações quanto as densidades especificas dos materiais, segundo Bernucci et al. (2008):
Densidade real (Dr): que relaciona o volume real com a massa seca do material, no qual é considerado o volume de poros na superfície;
Densidade aparente (Dap): tem relação entre o volume aparente e a massa especifica seca, no qual é incluído o volume sólido do material e o volume dos poros na superfície que contem água, obtida quando o agregado encontra-se com sua superfície saturada seca (SSS);
Densidade Efetiva (Def) relaciona-se entre o volume efetivo e a massa seca do agregado, sendo o volume do agregado sólido e o volume dos poros permeáveis à água no qual não tiveram seu preenchimento total.
A Figura 20 apresenta uma partícula de agregado com seus tipos de volumes. Figura 20 - Volume real (I); Volume aparente (II); Volume efetivo (III)
Fonte: Bernucci et al. (2008, p. 145). 3.4.2.1 Agregado graúdo
Para determinação da densidade dos agregados graúdos foi utilizado à norma do DAER/RS-EL 105/2001 (DAER, 2001b). É necessário conhecer pelo menos duas definições para posterior realização dos ensaios segunda a normativa, sendo elas: densidade aparente e densidade real.
Para a determinação da densidade dos agregados graúdos segundo a norma é preciso seguir alguns passos:
O material deve ser repousado em água por um tempo de 24 horas, sendo que este material já deve estar lavado e limpo, conforme demonstrado na Figura 21.
Figura 21 - Material imerso por 24 horas
Fonte: Autoria própria (2019).
Dispor o material imerso em água potável e então determinar a massa do agregado imerso (Pi);
Remover o material da água, enxugar as partículas visíveis da água e determinar a massa da amostra na condição saturada superfície seca (Ph);
O material deve ser levado para estufa para secar, deixar resfriar em temperatura ambiente, e então se determina a massa do agregado (Ps).
3.4.2.2 Agregado miúdo
Para determinação da densidade dos agregados miúdos, foi usada como referência a norma DNER- ME 084/1995 (DNIT, 1995b), a qual indica o procedimento usando o picnômetro, demonstrado na Figura 22.
Figura 22 - Picnômetro com amostra de agregado miúdo
