CAMADA DE BASE ASFÁLTICA DE MÓDULO ELEVADO PARA RESTAURAÇÃO DE RODOVIAS DE TRÁFEGO PESADO: A PRIMEIRA EXPERIÊNCIA NO
BRASIL EM ESCALA REAL
Assis Rodrigues Abbud Villela1, 2 Liedi Légi Bariani Bernucci1 Cláudio Renato Castro Dias1
Carlos Yukio Suzuki1, 3 Mário Sérgio Escudeiro2 1
Universidade de São Paulo (USP)
Departamento de Engenharia de Transportes – Escola Politécnica da Universidade de São Paulo (EPUSP)
2
ENGELOG / Grupo CCR
3
PLANSERVI Engenharia Ltda.
RESUMO
Este trabalho apresenta um estudo sobre a viabilidade da execução de um trecho experimental de rodovia a fim de comprovar o potencial da camada de base constituída de mistura asfáltica de módulo elevado (EME), visando contribuir para a compreensão e análise do desempenho dos pavimentos. Tem como objetivo avaliar as etapas principais de projeto, produção e do processo executivo da estrutura de pavimento submetida à aplicação das cargas de tráfego pesado e intenso em escala real; além do uso e manuseio dos materiais que constituem o EME, de maneira a obter benefícios como o incremento da durabilidade e da redução da manutenção. Para tal foi construído um trecho subdividido em cinco seções: duas de referência, sendo uma de reconstrução com todas as camadas executadas com materiais novos e outra de 8 cm, executada com mistura asfáltica constituída de CAP 30-45; e outras três com suas espessuras de 14, 11 e 8 cm de EME constituída de CAP 10-20. Para a análise do seu comportamento, as misturas asfálticas foram caracterizadas segundo ensaios tradicionais, analisando as diversas variáveis de projetos tais como: granulometria, teor de ligante e parâmentros volumétricos da mistura. Para caracterização e verificação de desempenho, realizaram-se os ensaios de deformação permanente no simulador de tráfego LCPC (Laboratorie Central de Ponts e Chaussées) da Escola Politécnica da USP. Ficou evidente a sua viabilidade técnica, demonstrando-se uma promissora alternativa na execução de pavimentos no Brasil com o uso de misturas asfálticas de módulo elevado (EME).
Palavras-chave: mistura asfáltica de módulo elevado; EME; trecho experimental; tráfego pesado; tráfego
intenso.
1. INTRODUÇÃO
De forma geral, pode-se verificar que os pavimentos rodoviários necessitam de manutenções periódicas ao longo do seu ciclo de vida. Em especial nos projetos de recuperação dos pavimentos rodoviários submetidos a tráfego pesado e intenso, frequentemente são diagnosticados segmentos com insuficiência estrutural que, por esta razão, carecem de intervenções profundas e até mesmo de reconstrução de toda sua estrutura.
Ocorre que nessa situação o engenheiro rodoviário se depara com um problema: a obstrução de faixas de rolamento durante um longo período de tempo causando desconforto, reduzindo a segurança e aumentando o tempo de viagem e os custos para os usuários.
Devido a tal problema, viu-se a possibilidade de desenvolver uma camada de base para compor uma estrutura de pavimento resistente à semelhança de estruturas de reconstrução constituída de materiais convencionais e de rápida execução.
2. A MISTURA ASFÁLTICA DE MÓDULO ELEVADO (EME)
O uso de asfaltos duros em concretos asfálticos é muito difundido na França. Esses concretos asfálticos recebem o nome de misturas asfálticas de módulo elevado (Enrobé à Module Élevé – EME) por apresentarem módulo de rigidez elevado e também elevada resistência à deformação permanente. Possuem curvas granulométricas contínuas próximas à de máxima densidade, maximizando a resistência ao cisalhamento e minimizando os vazios.
O baixo volume de vazios (entre 3 e 6%) e alta dosagem de ligante (em torno de 6%) proporcionam à camada de EME uma superfície muito lisa não sendo sua utilização apropriada como camada de rolamento em decorrência de problemas relativos à baixa aderência pneu-pavimento em dias de chuva. A camada de EME, portanto, é empregada como camada de ligação de pavimentos asfálticos espessos do tipo deep strength, e sobre ela são empregados em geral revestimentos delgados (por exemplo: Béton Bitumineux Très Mince – BBTM; Camada Porosa de Atrito – CPA; CBUQ Gap Graded – GAP) que proporcionam maior segurança ao usuário quanto à aderência em pavimentos molhados (Brosseaud, 2002; Bernucci et al., 2007).
Segundo Corté (2001), a França iniciou a adoção desta técnica em 1980. Com dificuldades em empregar soluções convencionais de manutenção de estruturas em pavimento de rodovias submetidas a tráfego pesado e intenso e em vias urbanas (com restrições altimétricas, em virtude às interferências de redes de utilidade pública de abastecimento, limitações de calçadas e guias), propôs-se a adoção de EME, empregando camadas mais esbeltas e com vida de fadiga semelhante às estruturas mais espessas adotadas naquela época constituídas de matérias convencionais.
As misturas de asfálticas de módulo elevado foram normalizadas pela AFNOR, em outubro de 1992, revistas posteriormente em 1999 (AFNOR, 1999a), com a denominação NF P 98-140 para as misturas do tipo EME. A norma francesa para EME especifica os parâmetros de desempenho para essa mistura de acordo com o diâmetro máximo do agregado, designado por EME 0/Ømax, quais sejam: EME 0/10 (espessura da camada entre 6 e 8 cm), EME 0/14 (espessura da camada entre 7 e 13 cm) e EME 0/20 (espessura da camada entre 9 e 15 cm). As misturas de EME são dividas em duas classes de desempenho: (i) EME classe 1: introduzida somente em 1988, devido ao reduzido teor de asfalto, próximo das camadas de base tradicionais francesas denominadas grave bitume (GB), apresenta durabilidade e resistência à fadiga baixas, sendo usada em camadas sujeitas à compressão; e, (ii) EME classe 2: correspondente a primeira geração deste material, com maior teor de ligante e apresentando durabilidade e resistência a fadiga maiores.
Experiências descritas por Des Croix e Planque (2004) revelam que uma das principais motivações da utilização da tecnologia de camada de EME foi o atendimento a exigências ambientais quanto à diminuição da exploração de jazidas de materiais pétreos e a redução do custo de misturas asfálticas para utilização em base de pavimentos de rodovias.
3. TRECHO EXPERIMENTAL
3.1. Localização
171 e 170 (sentido Rio de Janeiro), no município de Jacareí. Nesta região, a rodovia Presidente Dutra é constituída de duas faixas de tráfego por sentido, sendo o trecho experimental executado na faixa da direita (faixa mais solicitada). O Trecho Experimental em 2009 recebeu um tráfego médio de 20.820 veículos por dia, sendo 40% de veículos comerciais.
O Trecho Experimental é constituído de cinco Seções, sendo duas de referência e três experimentais, a saber:
Primeira Seção de Referência (SRf-01): seção de reconstrução;
Primeira Seção Experimental (SEx-01): seção de 14cm de camada de EME; Segunda Seção Experimental (SEx-02): seção de 11cm de camada de EME; Terceira Seção Experimental (SEx-03): seção de 8cm de camada de EME; e,
Segunda Seção de Referência (SRf-02): seção de 8cm de camada de CAP 30-45 convencional.
A Tabela 1 e a Figuras 1 apresentam a localização e a constituição das camadas de cada Seção do Trecho Experimental.
Tabela 1. Constituição geral do trecho experimental
km Extensão Largura
Inicial Final (m) (m) Intervenção
171+000 170+800 200 4,0 Reconstrução
170+800 170+600 200 4,0 EME: 14 cm
170+600 170+400 200 4,0 EME: 11 cm
170+400 170+160 240 4,0 EME: 8 cm
170+160 170+020 140 4,0 CAP 30-45: 8 cm
Figura 1. Estruturas das Seções Experimentais e de Referência
3.2. Materiais
O material asfáltico utilizado foi o ligante CAPFLEX AM, da Petrobras Distribuidora. Este ligante tem como principal característica o endurecimento do cimento asfáltico de petróleo
com ácido polifosfórico, atingindo a classificação de baixa penetração, CAP 10-20.
Os agregados empregados na composição granulométrica da mistura de EME foram obtidos da Usina SERVENG / Jambeiro que se encontra a 50 km do Trecho Exeperimental.
3.2.1. Distribuição Granulométrica
A mistura de módulo elevado é caracterizada por uma curva de granulometria contínua. A curva de granulometria contínua possui em sua composição todas as frações de agregado, de modo proporcional, de maneira que agregados miúdos caibam nos vazios dos graúdos. São materiais que, quando bem compactados, atingem altas densidades e, em consequência, maior resistência.
A composição granulométrica projetada para o EME foi de 11% de Brita 1, 28% de pedrisco, 61% de pó de pedra. A comparação entre a curva granulométrica resultante e a faixa granulométrica definida na Espanha (Val Mélus, 1996) encontra-se na Figura 2.
A composição estudada resulta em uma curva granulométrica contínua, porém desviando-se dos limites superiores nas peneiras número 10 e 40, mostrando excesso de material nas frações mais grossas em sua granulometria. As demais peneiras encontram-se dentro das faixas granulométricas ou muito próximas de seus limites superiores.
Segundo Brousseaud (2002), nas normas francesas não existem faixas granulométricas a serem seguidas. Entretanto, são apresentadas duas peneiras de controle para a composição da curva granulométrica contínua:
% passante na peneira nº10 (2mm): 30% a 35%; e % passante na peneira nº200: 7% a 8%. % p a ss a n d o % re ti d a 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 0.01 0.1 1 10 100 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
composição Limite Inferior (VAL MÉLUS, 1996) Limite Superior (VAL MÉLUS, 1996)
n º 2 0 0 n º 8 0 n º 4 0 n º 1 0 n º 4 1 /4 " 3 /8 " 1 /2 " 5 /8 " 3 /4 "
Figura 2. Composição granulométrica da mistura de EME estudada
curva granulométrica definida encontra-se superior na fração passante na peneira nº 10, excedendo 4,2% no seu limite superior e próxima do limite inferior de fíler, com 6,9%.
3.3.2. Caracterização do Ligante
De acordo com os dados do controle tecnológico de recebimento do ligante na Usina, foram informadas as características apresentadas na Tabela 2.
Tabela 2. Caracterização do ligante
Parâmetro Unidade Resultado Método
Penetração dmm 15 NBR-6576 Ponto de amolecimento °C 79 NBR-6560 Recuperação Elástica % 79,5 DNER-ME 382/99 Viscosidade Brookfield, 135°C (6 rpm, sp 31) 4995 Viscosidade Brookfield, 150°C (6 rpm, sp 31) 2190 Viscosidade Brookfield, 175°C (6 rpm, sp 31) 910 NBR-15184
3.4. Projeto da Mistura Asfáltica de EME
A partir da distribuição granulométrica selecionada foi realizado o projeto de mistura para o ligante endurecido com ácido polifosfórico. O compactador Marshall foi empregado para produzir corpos de prova a fim de definir o projeto de mistura. A Tabela 3 apresenta os parâmetros volumétricos encontrados.
Na experiência de Rohde (2007), tendo em vista o desempenho esperado para misturas de módulo elevado, a presença de cal hidratada resultou na redução do efeito modificador proporcionado pelo ácido polifosfórico, revelando valores de módulo de resiliência (MR) abaixo dos preconizados na literatura internacional (MR > 10.000 MPa). Portanto, foi possível a autora concluir que a utilização de ligante modificado por este tipo de aditivo não seja adequada em misturas asfálticas contendo cal hidratada em sua composição.
Tabela 3. Parâmetros volumétricos da mistura de EME
Parâmetro Unidade Valor
Teor de Asfalto % 5,8 Densidade aparente (g/cm³) 2.344 D.M.T. (g/cm³) 2,433 Vv % 3,6 V.A.M. % 16,1 R.B.V. % 77,6
Neste sentido, não foi adotada nesta pesquisa a cal hidratada como agente melhorador da adesividade do agregado a fim de evitar uma possível neutralização de endurecimento do
CAP, por meio da adição do ácido polifosfórico, pela reação ácido – base.
3.5. Usinagem da Mistura de EME
A mistura de EME foi produzida em uma Usina Gravimétrica (Figura 3) automatizada e controlada por um programa computacional (Figura 4), onde se percebe qualquer alteração na temperatura, tempo de mistura e alimentação dos agregados, ligantes asfálticos e aditivos.
Figura 3. Visão Geral da Usina Figura 4. Tela de controle das atividades
3.6. Propriedades Mecânicas da Mistura de EME – Deformação Permanente e PCG
Após a seleção da mistura EME, foi determinada a deformação permanente no simulador de tráfego LCPC (Laboratorie Central de Ponts e Chaussées) do Laboratório de Tecnologia de Pavimentação da Escola Politécnica da Universidade de São Paulo (LTP/EPUSP).
A Figura 5 demonstra que a mistura definida apresentou um bom desempenho. No simulador tipo LCPC, o resultado do ensaio após 30.000 ciclos mostra que a deformação permanente foi de 1,2%, ficando bem abaixo do limite estabelecido pela norma francesa (AFNOR, 1993), de 5% para tráfego pesado.
D e fo r m a ç ã o p e r m a n e n te e m tr il h a d e r o d a ( % ) 0,30% 0,40% 0,50% 0,70% 0,90% 1,20% 0,0% 1,0% 2,0% 3,0% 4,0% 5,0% 6,0% 7,0% 8,0% 100 1.000 10.000 100.000
3.7. Execução do Trecho Experimental 3.7.1. Preparo da Superfície
Para as três Seções Experimentais (SEx-01, SEx-02 e SEx-03), foram removidas as camadas asfálticas nas cotas estabelecidas na Tabela 4. Estas remoções foram executadas por meio de fresagens.
Tabela 4. Espessuras de fresagem nas seções experimentais
km Extensão Espessura
Seção
Experimental Inicial Final (m) de Fresagem
SEx-01 170+800 170+600 200 14 cm
SEx-02 170+600 170+400 200 11 cm
SEx-03 170+400 170+160 240 8 cm
Para a seção de referência SRf-01, foi necessária a remoção de toda a estrutura do pavimento atingido o subleito na cota de 92 cm. Na seção de referência SRf-02, foi removida parte da camada asfáltica, na cota de 8 cm, também com emprego de fresadora.
Após a fresagem, a superfície foi limpa com escova mecânica e varrida manualmente, eliminando todo o material solto no fundo da caixa.
3.7.2. Distribuição e Compactação do EME
O transporte da mistura produzida de EME foi realizado por caminhões basculantes cobertos por lona com a finalidade de reduzir a perda de temperatura durante seu transporte. O espalhamento da mistura nas Seções Experimentais foi executado por vibroacabadora sobre superfície fresada de estrutura remanescente com pintura de ligação RR-1C realizada com caminhão espargidor.
O processo de compactação da mistura de EME foi o mesmo adotado por JAMOIS et al. (1998). A compactação iniciou com rolo de pneus e prosseguiu com rolo liso vibratório. Tal processo foi adotado pelo fato das Seções Experimentais terem sido executadas a noite a uma temperatura ambiente baixa, de 11°C em média, o que acelera a perda de calor da massa asfáltica, o dificulta a compactação. Cabe ressaltar que para misturas asfálticas de módulo elevado EME classe 2, o volume de vazio limite é de 6%.
A Tabela 5 relaciona a temperatura ambiente no dia em que cada seção experimental foi executada.
Tabela 5. Temperatura ambiente na de execução do trecho experimental
km Extensão
Intervenção
Inicial Final (m) Data Período
Temp. do Ar Reconstrução 171+000 170+800 200 13/08/2010 diurno 22°C EME 14 cm 170+800 170+600 200 01/07/2010 noturno 9°C EME 11 cm 170+600 170+400 200 02/07/2010 noturno 12°C EME 8 cm 170+400 170+160 240 07/07/2010 noturno 11°C CAP 30-45 8 cm 170+160 170+020 140 13/08/2010 diurno 22°C
A temperatura de compactação variou de 160 a 175°C.
As camadas mais espessas de EME foram executadas em etapas. No caso da Seção Experimental de 14 cm, foram executadas duas camadas de 7 cm e para a Seção Experimental de 11 cm, foi executada uma primeira camada de 6 cm e logo após outra de 5 cm. A Seção Experimental de 8 cm foi executada em uma única camada.
Foram respeitadas as espessuras definidas e a porcentagem de vazios ficou inferior a 6%. A porcentagem de vazios encontrada inferior a 6% reforça a definição do processo de execução, onde a eliminação da primeira etapa de conformação de material com o rolo liso não prejudicou o resultado do processo de compactação nem mesmo o acabamento final da superfície. A Figura 6 mostra o acabamento da superfície de EME.
Figura 6. Acabamento da superfície de EME
3.7.3. Execução da Camada de Rolamento
Após a conclusão de todas as seções experimentais, foi executada a camada de rolamento constituída de uma mistura asfáltica de granulometria descontínua modificada com polímero, denominada gap graded. Embora não apresente funções estruturais tão elevadas quanto a camada de EME, esta camada é fundamental para a composição da estrutura, pois para suprir a deficiência funcional da camada de EME executo-se a camada de rolamento em gap graded modificado com polímero que, devido a sua macrotextura elevada, é responsável por uma boa aderência pneu-pavimento proporcionando segurança e conforto ao usuário.
4. CONSIDERAÇÕES FINAIS
Na presente pesquisa, é possível estabelecer as seguintes considerações:
O CAP endurecido (ou modificado) é adequado para formulação de mistura asfáltica de módulo elevado.
A adoção de misturas asfálticas de alto módulo é uma técnica promissora para estruturas de pavimento submetidas a tráfego pesado e intenso, tanto em implantação de trechos novos quanto em trechos restaurados, ou seja, com a estrutura remanescente desgastada, além de demonstrar um bom desempenho quando da análise ao longo do tempo de serviço. EME 5 cm 5 cm 5 cm 5 cm
Para o bom comportamento da estrutura com EME são requeridos cuidados desde a sua composição granulométrica o mais próxima da densidade máxima e a escolha do CAP duro (ou de seu modificador). Atentar para que nenhuma etapa do processo de formulação dessa mistura possa reagir negativamente na usinagem neutralizando suas propriedades de endurecimento, como é o caso da adição da cal hidratada, comumente adotada em misturas convencionais a fim de melhorar a adesividade do agregado, que em experiências anteriores pode-se perceber, quando da adoção do ácido polifosfórico como agente endurecedor há boa chance de haver a neutralização pela reação ácido-base.
O EME é uma alternativa que reduz os impactos ao meio ambiente, em relação às misturas convencionais, uma vez que permite ampliar os ciclos de manutenção de uma rodovia proporcionando a redução de intervenções. Em conseqüência disto, essa técnica gera menos passivo ambiental (entulhos de reconstrução), reduz a quantidade de materiais pétreos e de petróleo e também diminui a quantidade de energia despendida na usinagem ao longo de todo o ciclo de vida da estrutura.
Espera-se que a execução deste primeiro trecho experimental com EME, possa servir de incentivo à elaboração de futuros projetos de pavimentos com tal tecnologia, criando, dessa forma, uma demanda pelo produto que trará como consequência a melhoria de qualidade dos pavimentos existentes.
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