ads:
DOUGLAS POLCARO NEGRÃO
E
E
S
S
T
T
U
U
D
D
O
O
D
D
E
E
A
A
S
S
F
F
A
A
L
L
T
T
O
O
S
S
M
M
O
O
D
D
I
I
F
F
I
I
C
C
A
A
D
D
O
O
S
S
P
P
O
O
R
R
P
P
O
O
L
L
Í
Í
M
M
E
E
R
R
O
O
S
S
D
D
O
O
T
T
I
I
P
P
O
O
R
R
E
E
T
T
P
P
A
A
R
R
A
A
A
A
P
P
L
L
I
I
C
C
A
A
Ç
Ç
Õ
Õ
E
E
S
S
E
E
M
M
P
P
A
A
V
V
I
I
M
M
E
E
N
N
T
T
O
O
S
S
Dissertação apresentada à Escola
Politécnica da Universidade de
São Paulo para obtenção do Título
de Mestre em Engenharia.
São Paulo
2006
ads:
Livros Grátis
http://www.livrosgratis.com.br
Milhares de livros grátis para download.
DOUGLAS POLCARO NEGRÃO
E
E
S
S
T
T
U
U
D
D
O
O
D
D
E
E
A
A
S
S
F
F
A
A
L
L
T
T
O
O
S
S
M
M
O
O
D
D
I
I
F
F
I
I
C
C
A
A
D
D
O
O
S
S
P
P
O
O
R
R
P
P
O
O
L
L
Í
Í
M
M
E
E
R
R
O
O
S
S
D
D
O
O
T
T
I
I
P
P
O
O
R
R
E
E
T
T
P
P
A
A
R
R
A
A
A
A
P
P
L
L
I
I
C
C
A
A
Ç
Ç
Õ
Õ
E
E
S
S
E
E
M
M
P
P
A
A
V
V
I
I
M
M
E
E
N
N
T
T
O
O
S
S
Dissertação apresentada à Escola
Politécnica da Universidade de São
Paulo para obtenção do Título de Mestre
em Engenharia.
Área de Concentração:
Engenharia de Transporte
Orientadora:
Profa. Dra. Liedi Légi Bariani. Bernucci
São Paulo
2006
ads:
FICHA CATALOGRÁFICA
Negrão, Douglas Polcaro
Estudo de asfaltos modificados por polímeros do tipo RET
para aplicações em pavimentos / D.P. Negrão. -- São Paulo,
2006.
160 p.
Dissertação (Mestrado) - Escola Politécnica da Universidade
de São Paulo. Departamento de Engenharia de Transportes.
1.Asfalto 2.Asfalto modificado por polímeros 3.Polímero RET
I.Universidade de São Paulo. Escola Politécnica. Departamento
de Engenharia de Transportes II.t.
I
DEDICATÓRIA
A Andrea, paixão da minha vida, esposa
amada e companheira. Aos meus pais,
exemplo de vida e de companheirismo.
Aos meus irmãos Adriano e Humberto.
II
AGRADECIMENTOS
À Profa. Dra. Liedi Légi Bariani Bernucci pela confiança, orientação e tranqüilidade
transmitidas sempre ao longo deste trabalho.
Aos professores do Curso de Pós-Graduação da Escola Politécnica da Universidade
de São Paulo, pelos ensinamentos transmitidos e ao Edson Moura, pela ajuda
imprescindível na realização dos ensaios.
À concessionária Autoban e a Engelog, que possibilitaram o desenvolvimento do
estudo de caso, em especial à Engenheira Paula Moreira e ao Sr. Sales, pela
complementação do banco de dados com informações preciosas relativas ao projeto e
execução das obras.
Ao Dr. Ernesto Simões Preussler, pelo apoio e confiança depositados em mim ao
longo destes quase dez anos de trabalho em conjunto.
Aos amigos da Dynatest que sempre me incentivaram, em especial ao André Felipe
Vale, por ter ajudado a tornar este trabalho em realidade.
Aos amigos da DuPont, em especial ao Sr. Marcos Cantharino, à Sra. Florência
Canale, ao Sr. Silvério Giesteira ao Sr. Marcelo Borges e a Sra. Maria Amelia
Cerino.
III
RESUMO
O presente trabalho avalia as alterações de propriedades dos asfaltos pela
modificação por polímero do tipo RET (Reactive Elastomeric Terpolymer) e de
comportamento de misturas asfálticas densas usinadas com estes asfaltos
modificados. Para atingir este objetivo, são apresentados os resultados do
monitoramento realizado no trecho experimental executado na SP-330, Rodovia
Anhanguera, que empregou este tipo de asfalto modificado e estudo que compreende
a modificação de ligantes do tipo CAP20 e CAP40 com 1,0%, 1,5% e 2%, de
polímero RET, com posterior dosagem de uma mistura na Faixa III do DERSA no
teor considerado como o mais adequado. Para verificação das propriedades
mecânicas desta mistura, foram realizados ensaios de Módulo se Resiliência,
Resistência à Tração por Compressão Diametral e Resistência à Deformação
Permanente em simulador do tipo LPC.
IV
ABSTRACT
The present document presents the alterations of the properties of the polymer
modified asphalts using the polymer RET (Reactive Elastomeric Terpolymer) and
the behavior of dense asphaltic mixtures using these modified asphalts. To reach this
objective, the monitoring results accomplished in the experimental tram executed in
SP-330, Rodovia Anhanguera, that used this type of modified asphalt are presented.
The study comprehends the modification of the CAP20 and CAP40 asphalts with
1,0%, 1,5% and 2,0% of RET polymer, with subsequent dosage of a mixture in the
Grade III of DERSA applying the RET polymeric proportion considered more
appropriate. For the verification of the mechanical properties of this mixtures,
Resilience Module, Traction Resistance for Diametrical Compression and Permanent
Deformation Resistance in a LPC type simulator were accomplished.
V
SUMÁRIO
1. INTRODUÇÃO ................................................................................................... 1
1.1 OBJETIVOS .................................................................................................... 4
1.2 ESTRUTURA DO TRABALHO........................................................................... 5
2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA ............................................................................ 6
2.1 INTRODUÇÃO................................................................................................. 6
2.2 ASFALTO....................................................................................................... 6
2.2.1 Aspectos Gerais........................................................................................ 6
2.2.2 Química do Asfalto.................................................................................11
2.2.3 Reologia dos Asfaltos e Ensaios Reológicos.......................................... 16
2.3 POLÍMEROS MODIFICADORES DE ASFALTO ................................................. 26
2.3.1 Polímero SBR......................................................................................... 30
2.3.2 Polímero EVA.........................................................................................30
2.3.3 Polímero SBS .........................................................................................31
2.4 P
OLÍMERO DO TIPO RET............................................................................. 33
2.4.1 Química do Polímero RET.....................................................................33
2.4.2 Características dos Asfaltos Modificados por Polímero do Tipo RET..35
2.4.3 Processo de Modificação do Asfalto com o Polímero do Tipo RET......36
2.4.4 Estudo da Federal Highway Administration com o Polímero RET.......38
2.4.5 Experiências do Polímero do Tipo RET no Brasil.................................40
3 MATERIAIS E MÉTODOS .............................................................................. 42
3.1 E
STUDO EM LABORATÓRIO ......................................................................... 42
VI
3.1.1 Agregados ..............................................................................................42
3.1.2 Ligantes Asfálticos.................................................................................46
3.1.3 Misturas Asfálticas................................................................................. 54
3.2 TRECHO EXPERIMENTAL DA RODOVIA ANHENGUERA ................................ 60
3.2.1 Agregados ..............................................................................................60
3.2.2 Ligantes Asfálticos.................................................................................64
3.2.3 Monitoramento do Trecho Experimental...............................................65
4 ESTUDO DE CASO EM LABORATÓRIO ..................................................... 78
4.1 ESTUDO DE LIGANTES................................................................................. 78
4.2 ESTUDO DA MISTURA.................................................................................. 94
4.2.1 Agregados ..............................................................................................94
4.2.2 Granulometria de Dosagem dos Agregados.......................................... 95
4.2.3 Determinação do Teor Ótimo de Ligante Asfáltico...............................95
4.2.4 Temperaturas de Usinagem e Compactação .......................................104
4.2.5 Desempenho das Misturas Asfálticas ..................................................104
5 ESTUDO DE CASO: TRECHO EXP. DA VIA ANHANGUERA ................ 111
5.1 C
ONDIÇÕES ORIGINAIS DO SEGMENTO...................................................... 112
5.1.1 Geometria Histórico e Estrutura .........................................................112
5.1.2 Condição do Pavimento.......................................................................113
5.1.3 Tráfego.................................................................................................116
5.1.4 Análise Estrutural ................................................................................118
5.1.5 Análise Funcional ................................................................................121
5.1.6 Análise Superficial...............................................................................122
VII
5.1.7 Soluções de Restauração Adotadas .....................................................123
5.2 PROJETO DA MISTURA APLICADA ............................................................. 125
5.3 EXECUÇÃO E CONTROLE DE QUALIDADE DA OBRA .................................. 127
5.4 MONITORAMENTO..................................................................................... 132
5.4.1 Deflectometria......................................................................................132
5.4.2 Irregularidade...................................................................................... 135
5.4.3 Inventário de Superfície.......................................................................138
5.4.4 Aderência ............................................................................................. 146
6 CONCLUSÕES E RECOMENDAÇÕES ....................................................... 148
6.1 CONCLUSÕES ............................................................................................ 148
6.1.1 Estudo de Ligantes em Laboratório.....................................................148
6.1.2 Estudo de Mistura Asfáltica em Laboratório....................................... 149
6.1.3 Estudo do Trecho Experimental...........................................................150
6.2 RECOMENDAÇÕES E SUGESTÕES DE CONTINUIDADE DE PESQUISA............. 151
VIII
LISTA DE TABELAS
Tabela 1.1 – A matriz de transporte do Brasil (Geipot, 2000)
Tabela 2.1 – Configuração dos polímeros
Tabela 2.2 – Segmentos Executados com Polímero do Tipo RET
Tabela 3.1 – Análise Granulométrica dos Agregados
Tabela 3.2: Características do Agregado Estudado
Tabela 3.3 – Analise Granulométrica dos Agregados
Tabela 3.4 - Especificações para Cimento Asfáltico de Petróleo - CAP
Tabela 3.5 – Análise Granulométrica dos Agregados
Tabela 3.6: Características do Agregado Estudado
Tabela 3.7 – Distribuição percentual dos agregados e curva de projeto
Tabela 3.8 – Classificação da condição da via a partir dos valores de VRD
Tabela 3.9 – Classificação da condição da via a partir da profundidade de areia
Tabela 4.1 – Ponto de Fulgor dos Ligantes Ensaiados
Tabela 4.2 – Viscosidade BrookField para diferentes Temperaturas (CAP20)
Tabela 4.3 – Viscosidade Brookfield para diferentes Temperaturas (CAP40)
Tabela 4.4 – Densidades dos Ligantes Estudados
Tabela 4.5 – Escolha do Tipo de Ligantes – Ensaios Realizados
Tabela 4.6: Características do Agregado Estudado
Tabela 4.7: Composição Granulométrica
Tabela 4.8 – Resumo do Projeto de Mistura para o CAP20+1,5%RET+0,22%CAT
Tabela 4.9 – Comparativo dos Resultados (CAP20+1,5%RET+0,22%CATxCAP20)
Tabela 4.10 – Resumo do Projeto de Mistura para o CAP40+1%RET+0,22%CAT
IX
Tabela 4.11 – Comparativo dos Resultados (CAP40+1%RET+0,22%CATxCAP40)
Tabela 4.12 – Temperaturas de usinagem e compactação
Tabela 4.13 – Resultados Médios dos Ensaios de Módulo de Resiliência encontrados
Tabela 4.14 – Resultados Médios dos Ensaios de Resistência à Tração
Tabela 4.15 – Resultados do Ensaio de Deformação Permanente em Simulador LPC
Tabela 5.1 – Dados de deflexão do Projeto de Restauração (Faixa Externa)
Tabela 5.2 – Resumo dos defeitos cadastrados
Tabela 5.3 – VDM do Projeto Original
Tabela 5.4 – Dados de Tráfego do Projeto Original
Tabela 5.5 – Tipos de Solo (DNER-PRO 269/94)
Tabela 5.6 – Composição da Mistura Aplicada
Tabela 5.7 – Características das Misturas Dosadas (Fonte: Consórcio Construban)
Tabela 5.8 – Ensaios realizados nos Corpos de Prova (CAP40)
Tabela 5.9 – Ensaios realizados nos Corpos de Prova (CAP40+1,5%Polímero)
Tabela 5.10 – Resultados Deflectométricos da SP-330
Tabela 5.11 – Nível de Trincamento entre 2002 e 2006
Tabela 5.12 – Valores de Resistência à Derrapagem (VRD) e de Profundidade Média
de Mancha de Areia (HS) de Janeiro de 2006
X
LISTA DE FIGURAS
Figura 1.1 – Condição da Malha Administrada pelo DNIT (DNIT, 2006)
Figura 2.1 – Esquema Simplificado da Produção de Asfalto (PINTO, 1998)
Figura 2.2 – Esquema Simplificado da Produção de Asfalto (2 Estágios de
Destilação). (PINTO, 1998)
Figura 2.3 – Esquema Simplificado da Produção de Asfalto (3 Estágios de
Destilação) (PINTO, 1998)
Figura 2.4 – Representação da estrutura coloidal de cimento asfáltico (YEN, 1984)
Figura 2.5 – Representação esquemática da análise da composição química de um
ligante asfáltico (WHITEOAK,1990)
Figura 2.6 – Reômetro de Cisalhamento Dinâmico (Leite, 1999)
Figura 2.7 - Cálculo do Módulo Complexo de Cisalhamento G* e do Ângulo de fase
δ (MOTTA et al., 1996)
Figura 2.8 – Esquema do Viscosímetro Rotacional (LEITE, 1999)
Figura 2.9 - Reômetro de fluência em viga (MOTTA et al, 1996)
Figura 2.10 – Esquema do Teste da Tração Direta (LEITE, 1999)
Figura 2.11 – Conformação planar das moléculas de EVA (LEITE, 1999)
Figura 2.12 – Representação do Polímero SBS (DNER, 1998)
Figura 2.13 – Polímero do tipo RET
Figura 2.14 – Representação do Polímero RET
Figura 2.15 - Reação do Asfalteno com Polímero do Tipo RET
XI
Figura 2.16 - Asfalto Modificado com polímero não reativo, por ser uma
modificação mecânica existe a possibilidade de segregação
Figura 2.17 - O polímero RET se mistura fisicamente com o asfalto evitando futuras
separações
Figura 2.18 - Tanque de Modificação Instalado em Obra
Figura 2.19 - Detalhe do Agitador dentro do Tanque
Figura 2.20 – Teste de Hamburgo
Figura 2.21– Gráfico da Deformação Permanente (Teste de Hamburgo)
Figura 2.22 – Tanques de Modificação de Asfalto no Brasil
Figura 3.1 – Curvas Granulométricas dos Agregados Empregados
Figura 3.2 – Comparativo entre a Curva de Projeto e a faixa III do DERSA
Figura 3.3 – Sensibilidade do CAP às variações da temperatura
Figura 3.4– Suscetibilidade Térmica em termos de penetração
Figura 3.5 – Misturadora
Figura 3.6 – Mesa Compactadora tipo LCPC
Figura 3.7 – Simulador LPC
Figura 3.8 – Curvas Granulométricas dos Agregados Empregados
Figura 3.9 – Comparativo entre a Curva de Projeto, EME 0/14 e faixa B do DNER.
Figura 3.10 – Tanque Adaptado para Modificação de Asfalto
Figura 3.11 – Bacia de deflexões medida com o FWD (DYNATEST INC, 1995)
Figura 3.12 – Pêndulo britânico
Figura 3.13 – Ensaio da Mancha de Areia
Figura 4.1 – Equipamento para Modificação em Laboratório
XII
Figura 4.2 – Valores de Penetração para o CAP20 e modificados
Figura 4.3 – Valores de Penetração para o CAP40 e modificados
Figura 4.4 – Valores de Penetração para o CAP40 e modificados
Figura 4.5 – Valores da Ductilidade para o CAP20 e Modificados
Figura 4.6 – Valores da Ductilidade para o CAP40 e Modificados
Figura 4.7 – Resultado dos Retornos Elásticos encontrados para os ligantes
modificados testados
Figura 4.8 – Gráfico da variação da viscosidade em função da temperatura (CAP20)
Figura 4.9 – Gráfico da variação da viscosidade em função da temperatura (CAP40)
Figura 4.10 – Aumento da Viscosidade em função do teor de polímero (135
o
C)
Figura 4.11 – Variação da Massa após o ensaio do ECA
Figura 4.12 – Variação percentual da Penetração antes e depois do ECA
Figura 4.13 – IST dos ligantes Estudados
Figura 4.14 – Resultado do Ensaio de Compatibilidade entre o polímero RET e o
CAP20
Figura 4.15 – Resultado do Ensaio de Compatibilidade entre o polímero RET e o
CAP40
Figura 4.16 – Gráfico de Densidade Aparente Máxima x Teor do Asfalto
(CAP20+1,5%RET+0,22%CAT)
Figura 4.17 – Gráfico de Fluência x Teor do Asfalto
(CAP20+1,5%RET+0,22%CAT)
Figura 4.18 – Gráfico de Vazios de Ar x Teor do
Asfalto(CAP20+1,5%RET+0,22%CAT)
XIII
Figura 4.19 – Gráfico de Resistência à Tração x Teor do Asfalto
(CAP20+1,5%RET+0,22%CAT)
Figura 4.20 – Gráfico de Estabilidade x Teor do Asfalto
(CAP20+1,5%RET+0,22%CAT)
Figura 4.21 – Gráfico de Relação Betume Vazios x Teor do Asfalto
(CAP20+1,5%RET+0,22%CAT)
Figura 4.22 – Gráfico de Densidade Aparente Máxima x Teor do Asfalto
(CAP40+1%RET+0,22%CAT)
Figura 4.23 – Gráfico de Fluência x Teor do Asfalto (CAP40+1%RET+0,22%CAT)
Figura 4.24 – Gráfico de Vazio de Ar x Teor do Asfalto
(CAP40+1%RET+0,22%CAT)
Figura 4.25 – Gráfico de Resistência à Tração x Teor do Asfalto
(CAP40+1%RET+0,22%CAT)
Figura 4.26 – Gráfico de Estabilidade x Teor do Asfalto
(CAP40+1%RET+0,22%CAT)
Figura 4.27 – Gráfico de Relação Betume Vazios x Teor do Asfalto
(CAP40+10%RET+0,22%CAT)
Figura 4.28 – Ensaio de Deformação Permanente em Simulador do tipo LPC
(CAP20/CAP20+1,5%RET+0,22%RET)
Figura 4.29 – Ensaio de Deformação Permanente em Simulador do tipo LPC
(CAP40/CAP40+1%RET+0,22%RET)
Figura 4.30 – Placa ensaiada após 30.000 ciclos a 60
o
C – CAP20
Figura 4.31 – Placa ensaiada após 30.000 ciclos a 60
o
C –
CAP20+1,5%RET+0,22%CAT
Figura 4.32 – Placa ensaiada após 30.000 ciclos a 60
o
C – CAP40
XIV
Figura 4.33 – Placa ensaiada após 30.000 ciclos a 60
o
C –
CAP40+1%RET+0,22%CAT
Figura 5.1 – Ilustração da localização da via SP-330, local onde foi executado o
trecho experimental
Figura 5.2 – Estrutura do Pavimento existente do km 79+500 ao km 81+500
Figura 5.3 – Irregularidade Longitudinal (QI em cont/km) antes da Restauração
Figura 5.4 – Espessuras de Reforço Dimensionadas
Figura 5.5 – Espessuras de Reforço Calculadas pela Norma DNER-PRO 159/85
Figura 5.6 – Soluções de Restauração Adotadas
Figura 5.7 – Vista geral do processo de compactação do trecho experimental
Figura 5.8 – Trecho Experimental sendo executado
Figura 5.9 – Aplicação do Concreto Asfáltico com Asfalto Modificado por Polímero
RET
Figura 5.10 – Deflexões medidas antes da Restauração
Figura 5.11 – Comparativo entre a Deflexão Medida antes da restauração e após
Figura 5.12 – Comparativo - Deflexão Medida em Maio de 2004 e Janeiro de 2006
Figura 5.13 – Comparativo das Irregularidades Longitudinais - Faixa. Interna
Figura 5.14 – Comparativo das Irregularidades Longitudinais - Faixa.Intermediária
Figura 5.15 – Comparativo das Irregularidades Longitudinais - Faixa Externa
Figura 5.16 – LVD – Fevereiro de 2002 – km 79+500 ao km 80+000
Figura 5.17 – LVD – Janeiro de 2006 – km 79+500 ao km 80+000
Figura 5.18 – LVD – Fevereiro de 2002 – km 80+000 ao km 81+000
XV
Figura 5.19 – LVD – Janeiro de 2006 – km 80+000 ao km 81+000
Figura 5.20 – LVD – Fevereiro de 2002 – km 81+000 ao km 81+500
Figura 5.21 – LVD – Janeiro de 2006 – km 81+000 ao km 81+500
XVI
LISTA DE ABREVIATURAS
AASHTO
American Association of State Highway and Transportation Officials
ABNT Associação Brasileira de Normas Técnicas
ABPv Associação Brasileira de Pavimentação
ASTM
American Society of Testing Materials
BBR Reômetro de fluência em viga
CAP Cimento asfáltico de petróleo
CBUQ Concreto betuminoso usinado a quente
CNT Confederação Nacional dos Transportes
Dadm Deflexão admissível
DDT Prensa de Tração Direta
DDT Prensa de Tração Direta
DER/SP Departamento de Estradas de Rodagem do Estado de São Paulo
DERSA Desenvolvimento Rodoviário as
DINAPAV Dinâmica dos Pavimentos
DNER Departamento Nacional de Estradas de Rodagem
DNIT Departamento Nacional de Infra-estrutura de Transportes
DSR Reômetro de cisalhamento dinâmico
EUA Estados Unidos da América
EVA Etileno-vinil-acetato
FC-1 Trinca classe 1
FC-2 Trinca classe 2
FC-3 Trinca classe 3
FHWA
Federal Highway Administration
FWD
Falling Weight Deflectometer
XVII
GEIPOT Empresa Brasileira de Planejamento de Transportes
Hef Espessura efetiva de concreto betuminoso
HR Espessura de Reforço Calculada
HS Altura de areia, em mm
HWD
Heavy Weight Deflectometer
IBP Istituto Brasileiro de Petróleo
IRI
International Roughness Index
LPC
Laboratoire Central dês Ponts et Chaussées
LVD Levantamento Visual Detalhado
NDT Ensaios não-destrutivos
Número N Número de operações equivalentes do eixo padrão rodoviário
QI Quociente de irregularidade
RBV Relação betume vazios
RET
Reactive Elastomeric Terpolymer
SBR Estireno-butadieno
SBS Estireno-butadieno-estireno
SHRP
Strategic Highway Research Program
USACE
United States Corp of Engineers
VAM Vazios do agregado mineral
VRD Valor de resistência a derrapagem
VTR Viscosímetro rotacional
VV Volume de vazios
XVIII
LISTA DE SÍMBOLOS
cm Centímetros
cont/km Contagem por quilômetro
d Distância
δ
Ângulo de Fase
Df
1
Deflexão medida sob a ação da carga
∆t
Tempo de Defasagem
G* Módulo Complexo de Cisalhamento
g/cm³ Gramas por centímetro cúbico
γ
max
Máxima Deformação
HP Cavalo de força
kg Quilograma
kgf/cm
2
Quilograma força por metro quadrado
km Quilômetro
km/h Quilômetros por hora
kN Quilonewton
kPa Quilopascal
Lb Libras
m Metros
m/km Metro por quilômetro
m
2
Metro quadrado
mm Milímetros
XIX
Mpa Megapascal
N Número equivalente de operações do eixo padrão rodoviário
o
C Graus Celsius
P Poise
RPM Rotações por minuto
s Segundos
T Tempo
τ
max
Máxima Tensão de Cisalhamento Aplicada
TR Percentual da área que apresenta trincas com largura superior a 1mm
V Velocidade
ω
Freqüência Angular
1
1. INTRODUÇÃO
O transporte rodoviário no Brasil é a principal forma de escoamento da produção e
de deslocamento de passageiros. Segundo dados do Geipot no ano de 2000 (Tabela
1.1) cerca de 95% dos passageiros (1,3 bilhão de pessoas) e 60% da carga foram
transportados por nossas rodovias. A malha rodoviária é a segunda maior do mundo,
com mais de 1,6 milhão de quilômetros, embora menos de 10% esteja pavimentada.
Tabela 1.1 – A matriz de transporte do Brasil (Geipot, 2000)
A matriz de transporte
Como a carga é levada (em % por tonelada/km)
Meio de transporte 1996 1997 1998 1999 2000
Aéreo 0,33 0,26 0,31 0,31 0,33
Aquaviário 11,47 11,56 12,69 13,19 13,86
Dutoviário 3,78 4,55 4,44 4,61 4,46
Ferroviário 20,74 20,72 19,99 19,60 20,86
Rodoviário 63,68 62,91 62,57 62,29 60,49
Total 100,00 100,00 100,00 100,00 100,00
Em 1954 o Brasil registrava 1.200 quilômetros de rodovias pavimentadas, em 1970
este número atingiu 50.590 e em 1990 chegou a 148.121. Atualmente são pouco mais
de 150.000 quilômetros sendo que a pavimentação de rodovias praticamente se
estagnou na última década. (Ministério dos Transportes, 2005)
Em pesquisa realizada regularmente pela Confederação Nacional dos Transportes
(CNT), constatou-se que, dos 45.294 km de rodovias federais avaliadas em 2004,
2
66,3% encontravam-se em condições “Deficientes”, 2,2% em estado “Ruim” e 0,3%
em estado “Péssimo”. Apenas 2,9 % da malha receberam a qualificação “Ótima” e
28,4% foram consideradas “Boas” (CNT, 2005). Números ainda tímidos pela
importância econômica do setor. Segundo estudos da Cepal, as rodovias em más
condições estão causando prejuízos ao Brasil da ordem de 3% do valor do PIB
(Ministério dos Transportes, 2005).
Segundo dados obtidos no site do DNIT (DNIT, 2006) apenas 37% da malha
administrada pelo órgão encontra-se em estado “Bom” ou “Excelente” e os outros
56% encontram-se classificados como “Regular”, “Mau” ou “Péssimo”, 7% da
malha não foi considerada nesta estatística.
Condição da Malha Administrada pelo DNIT
Excelente
12%
Bom
25%
Regular
32%
Mau
17%
Péssimo
7%
Não
Considerado
7%
Figura 1.1 – Condição da Malha Administrada pelo DNIT (DNIT, 2006)
Informações do Geipot mostram que somente entre 1997 e 2000, nas rodovias
federais pavimentadas 27.703 pessoas perderam a vida e 249.021 ficaram feridas, em
474.114 acidentes.
Sendo assim pode-se perceber a importância de uma política séria voltada à
manutenção das rodovias existentes e a implantação de novos corredores rodoviários,
fatores imprescindíveis para a redução do custo do transporte no país e melhoria das
3
condições de segurança e conforto aos usuários. Neste contexto a utilização de novas
tecnologias e a otimização dos processos existentes torna-se um fator imprescindível.
Embora muito preso à experiência de países mais desenvolvidos, de regiões de clima
temperado e frio, os engenheiros rodoviários brasileiros têm realizado algumas
adaptações e até observações originais sobre a avaliação e o desempenho de soluções
adotadas na restauração e implantação de rodovias.
Como iniciativas de maior importância, destacam-se as recentes aplicações de novas
tecnologias em rodovias sob regime de concessão, cujos resultados vem favorecendo
a implementação de políticas de manutenção e recuperação dos pavimentos com
maior ênfase nas restrições orçamentárias para tais atividades em nosso país.
Entre as novas tecnologias disponíveis hoje no mercado a utilização de ligantes
asfálticos modificados por polímero têm ganhado um grande destaque.
Os asfaltos modificados por polímeros são obtidos a partir da incorporação do
polímero ao cimento asfáltico, em unidade apropriada, podendo ou não envolver
reação química. Os polímeros mais amplamente utilizados na modificação de
ligantes asfálticos para fins de pavimentação no Brasil são: SBS (copolímero de
estireno butadieno), SBR (borracha de butadieno estireno), EVA (copolímero de
etileno acetato de vinila) e o RET (coluna de etileno com dois copolímeros
acoplados).
O polímero RET, que em português quer dizer Terpolímero Elastomérico Reativo, é
um polímero novo no Brasil, tendo sido projetado especificamente para a
modificação de asfaltos. O desenvolvimento do produto se deu a partir de 1988,
quando as companhias Chevron (petroleira) e DuPont (química) se uniram em um
esforço conjunto para desenvolver um novo polímero modificador de asfalto que
oferecesse as seguintes características:
4
• Facilidade na incorporação no ligante asfáltico, a partir da agitação física em
tanques apropriados durante curtos períodos de tempo (inferior a 5 horas);
• Possibilidade da incorporação do polímero ao ligante asfáltico ser realizada
em usinas convencionais de produção de misturas asfálticas, possibilitando
ajustes aos teores de polímero em função das heterogeneidades dos ligantes e
reduzir possivelmente os custos do produto final;
• Obter produtos finais quimicamente modificados, com “estabilidade” dos
componentes que dispensam a necessidade de agitação contínua durante o
“estoque” dos produtos;
• Propriedades viscoelásticas equivalentes aos demais polímeros utilizados para
pavimentação.
Estas características do polímero RET motivaram o desenvolvimento do presente
trabalho, como contribuição à implementação desse processo de modificação nas
obras brasileiras.
1.1 OBJETIVOS
O presente trabalho tem como objetivos avaliar as alterações das propriedades dos
asfaltos pela modificação por polímeros RET (Reactive Elastomeric Terpolymer) e
do comportamento de misturas asfálticas densas usinadas com estes asfaltos
modificados..
Para atingir este objetivo, foi elaborado um estudo que compreende a modificação de
ligantes asfálticos com diversos teores de polímero RET (1%, 1,5% e 2%), com
posterior dosagem de uma mistura na Faixa III do DERSA no teor considerado como
mais adequado. Para verificação das propriedades mecânicas desta mistura, foram
realizados ensaios de Módulo se Resiliência, Resistência à Tração por Compressão
Diametral e Resistência à Deformação Permanente em simulador do tipo LPC. Além
disso, são apresentados os resultados de monitoramento realizado no trecho
experimental executado na SP-330 - Rodovia Anhanguera que empregou este tipo de
asfalto modificado.
5
1.2 ESTRUTURA DO TRABALHO
O presente estudo foi organizado em 6 capítulos que são descritos sucintamente a
seguir:
O Capítulo 1 introduz o tema da dissertação no contexto do desenvolvimento
tecnológico rodoviário, apresenta os objetivos e a organização do estudo.
O Capítulo 2 contém a revisão bibliográfica referente ao ligante asfáltico, sua
química, características físicas e reológicas, bem como o seu comportamento quando
modificado pelos principais modificadores utilizados no país (SBS, SBR, EVA e
RET).
O Capítulo 3 consiste na apresentação dos materiais utilizados para o
desenvolvimento do trabalho, bem como as metodologias seguidas na realização dos
ensaios de laboratório e campo. Os ensaios de Deformação Permanente em trilha de
roda com equipamento do tipo LPC, por se tratar de ensaio não rotineiro em nosso
país, terá sua descrição mais detalhada.
O Capítulo 4 refere-se à apresentação e análise dos resultados encontrados em
laboratório.
O Capítulo 5 apresenta um Estudo de Caso referente ao segmento experimental
executado em Maio de 2002 na SP-330 (Rodovia Anhangüera). Durante os anos de
2002, 2003, 2004 e 2005 foram realizados ensaios de monitoramento das condições
funcionais e estruturais dos pavimentos. Neste capítulo são abordados também os
detalhes de aplicação.
No Capítulo 6 são apresentadas as conclusões obtidas através da análise dos
resultados e as sugestões para as próximas pesquisas a serem realizadas sobre este
assunto.
6
2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
2.1 INTRODUÇÃO
O asfalto é, sem dúvida, um dos mais antigos materiais utilizados pelo homem.
Escavações arqueológicas revelam o seu emprego em épocas anteriores à nossa Era.
Assim, na Mesopotâmia, o asfalto era usado como aglutinante em trabalhos de
alvenaria e construção de estradas. Os reservatórios de água e as salas de banhos eram
impermeabilizados com asfalto. Citações bíblicas revelam o seu emprego como
impermeabilizante na Arca de Noé. Os egípcios utilizaram o asfalto em trabalho de
mumificação. A história mostra que o asfalto tende a se perpetuar ao longo dos
séculos (IBP, 1999).
A partir de 1909, iniciou-se o emprego de asfalto derivado de petróleo, o qual, pelas
suas características de economia e pureza, em relação aos asfaltos naturais, constitui
atualmente a principal fonte de suprimento (IBP, 1999).
2.2 ASFALTO
2.2.1 Aspectos Gerais
Os asfaltos são materiais aglutinantes de consistência variável, cor pardo-escura ou
negra e nos quais o constituinte predominante é o betume, podendo ocorrer na
natureza em jazidas ou ser obtido pela destilação do petróleo.
7
Segundo a NBR 7208 (1982) o betume é uma mistura de hidro-carbonetos de
consistência sólida, líquida ou gasosa, de origem natural ou pirogênica,
completamente solúvel em bissulfeto de carbono (CS2), freqüentemente
acompanhado de seus derivados não metálicos.
Os asfaltos naturais podem ocorrer em depressões da crosta terrestre, constituindo os
lagos de asfaltos (Trinidad, Bermudas), ou aparecerem impregnando os poros de
algumas rochas, formando as denominadas rochas asfálticas (gilsonita e asfaltita).
Encontram-se também misturados com impurezas minerais (areias e argilas), em
quantidades variáveis, sendo geralmente submetidos a processos de purificação para
serem aplicados em pavimentação (IBP, 1999).
No início do século 20, a descoberta do asfalto refinado do óleo cru do petróleo e a
popularidade do automóvel criaram uma indústria em expansão. O asfalto parecia ser
uma fonte barata e inesgotável que seria usada em estradas modernas de rolamento
suave e em numerosas outras aplicações (Instituto do Asfalto, 1989).
A produção do asfalto constitui-se como um dos produtos finais da destilação do
petróleo cru, no qual as frações mais leves (gasolina, querosene, diesel) são
separadas do asfalto por vaporização, fracionamento e condensação (IBP, 1999).
Segundo GUARÇONI (DNER, 1998), no Brasil a maioria das refinarias operam com
os mais variados tipos de crus disponíveis, sendo que para isso deve-se empregar
distintos processos nas unidades refinadoras:
• Se o rendimento em asfalto for alto (cru de base naftênica), basta o estágio de
destilação a vácuo no processo de refinação;
• Se o rendimento em asfalto for médio (cru de base intermediária), o processo
é o de destilação em dois estágios: pressão atmosférica e vácuo;
• Se o rendimento em asfalto for baixo (petróleos leves), além da destilação em
dois estágios, inclui-se o processo de desasfaltação a propano.
8
Nos dois últimos processamentos, obtém-se asfaltos muito duros, necessitando de
adição de outras frações do próprio refino para transformá-lo num produto que
atenda às especificações brasileiras no tocante às características físicas, o que não
exclui uma variação na sua constituição química, devido ao sensível desequilíbrio da
estabilidade coloidal do asfalto (DNER, 1998).
Segundo o IBP (1999), dos processos apresentados o mais utilizado é o da destilação
em duas etapas, pois produz o asfalto normalmente sem a necessidade de instalações
especiais e permite o uso de um maior número de tipos de petróleo, consistindo,
basicamente, de uma separação física dos vários constituintes do petróleo pela
diferença entre seus pontos de ebulição e de condensação.
São apresentados a seguir os esquemas simplificados da produção de asfalto pelos
três métodos citados acima:
Figura 2.1 – Esquema Simplificado da Produção de Asfalto (PINTO, 1998)
9
Figura 2.2 – Esquema Simplificado da Produção de Asfalto (2 Estágios de
Destilação) (PINTO, 1998)
10
Figura 2.3 – Esquema Simplificado da Produção de Asfalto (3 Estágios de
Destilação) (PINTO, 1998)
Segundo LEITE (1999) os tipos de asfalto existentes no mercado brasileiros são
denominados:
a) Cimentos Asfálticos de Petróleo (CAP);
b) Asfaltos Diluídos;
c) Asfaltos Emulsionados;
d) Asfaltos Oxidados ou Soprados;
f) Agentes Rejuvenecedores.
g) Asfaltos Modificados.
2.2.1.1 Cimentos Asfálticos de Petróleo (CAP)
O cimento asfáltico é obtido especialmente para apresentar características adequadas
para o uso na construção de pavimentos. Ele pode ser obtido por um dos três
processos de destilação apresentados anteriormente e, sendo assim, receberá o nome
11
de Cimento Asfáltico de Petróleo (CAP), ou ser obtido em Jazidas Naturais
recebendo o nome de Cimento Asfáltico Natural (CAN). Estes materiais são semi-
sólidos à temperatura ambiente, e necessitam de aquecimento para terem consistência
apropriada ao envolvimento de agregados, possuem características de flexibilidade,
durabilidade, aglutinação, impermeabilização e elevada resistência à maioria dos
ácidos, sais e álcalis(SOUZA, 1995).
Os cimentos asfálticos de petróleo brasileiros são classificados pelo seu “grau de
dureza” retratado no seu ensaio de penetração a 25°C. O Instituto Brasileiro de
Petróleo e o Departamento Nacional de Infraestrutura Terrestre (DNIT) especificam
4 tipos de CAP pela sua penetração: CAP 30-45, CAP 50-70, CAP 85-100 e CAP
150-200. Observa-se que a época da realização dos ensaios laboratoriais da presente
pesquisa a classificação brasileira era realizada por viscosidade, sendo os CAP 30-45
e CAP 50-70 equivalentes aos CAP 20 e CAP 40 da antiga especificação.
2.2.1.2 Asfaltos Modificados
Para ampliar sua resistência, os cimentos asfálticos de petróleo podem ser
modificados através de adições de asfaltos naturais como gilsonita (EUA), asfaltita
(Argentina) e Asfalto de Trinidad ou ainda por adição de fíleres (cal, cimento, sílica
etc), fibras (fibra de vidro, asbestos, fibras de celulose e fibras poliméricas) ou por
enxofre elementar. A modificação mais empregada atualmente é através do uso de
polímeros (SBR, SBS, EVA, RET, etc) e por borracha moída de pneu (LEITE,
1999).
O DNIT tem uma especificação de asfalto modificado por SBS feito em 1998. O
IBP, pela sua Comissão de Asfalto, vem propondo especificações de asfalto e
emulsão modificados por polímero, que se encontram em fase de aprovação.
2.2.2 Química do Asfalto
12
Quimicamente o asfalto é definido como um sistema coloidal constituído por micelas
de asfaltenos dispersadas em um meio intermicelar oleoso, formado pela mistura de
óleos aromáticos e saturados, chamado maltenos (BRULÉ, 1974).
Segundo Goodrich (1986, apud LEITE, 1999) os cimentos asfálticos de petróleo –
CAP - são constituídos de 90 a 95% de hidrocarbonetos e 5 a 10% de heteroátomos
(oxigênio, enxofre, nitrogênio e metais – vanádio, níquel e ferro) através de ligações
covalentes. A composição química é bastante complexa, sendo dependente do cru e
do processo de refino, sendo que o número de átomos de carbono por molécula varia
de 20 a 120. O CAP pode ser considerado uma dispersão coloidal de asfaltenos em
saturados e aromáticos, circundados por resinas que agem como agentes peptizantes
(YEN, 1984). A Figura 2.4 mostra um esquema dos componentes dos asfaltos.
Figura 2.4 – Representação da estrutura coloidal de cimento asfáltico (YEN, 1984)
13
Devido à dificuldade de se obter uma separação individual dos componentes do
asfalto, vários pesquisadores desenvolveram metodologias de fracionamento químico
baseadas no princípio da solubilidade, reatividade química e adsorção com a
finalidade de separar conjuntos de substâncias semelhantes entre si (SOUZA et al.,
1995).
Os métodos de separação do asfalto em frações têm um ponto comum: a separação
da parte sólida do asfalto (os asfaltenos) pela adição de um solvente que dissolva os
maltenos e não dissolva os asfaltenos. Isto é, a utilização de uma propriedade
fundamental dos sistemas coloidais, que é a destruição de sua estabilidade pela
eliminação da camada de proteção das micelas, que faz com que elas se associem e
precipitem pela ação da gravidade. Como a estabilidade de uma micela é dada por
uma camada de agente peptizante ou por camadas de solvatação, basta eliminar a
proteção, que a micela sedimenta. Tal procedimento é realizado através da adição de
um solvente que seja afim ao meio de dispersão e à camada de proteção, e que não
tenha nenhuma afinidade pela micela (RAMOS, 1995).
Como as micelas são constituídas fundamentalmente por aromáticos, devido a sua
alta relação C/H, sua separação se dá pela adição de um alcano leve. Uma vez
separada a fase micelar (asfaltenos), a fase intermicelar (maltenos) fica solúvel no
solvente usado, e pode então ser dividida em sub-grupos. Os sub-grupos são
separados por diferentes métodos (DNER, 1998), a saber:
a) Método de Schweyer e Traxler
É o mais simples dos métodos. Baseia-se no fracionamento por solvente, com a
utilização de duas etapas: na primeira, o malteno é separado do asfalto por
solubilização em n-butanol, e na segunda, após a eliminação do butanol, o malteno é
fracionado por acetona que após dissolver todo o óleo maltênico é resfriada, forçando
a precipitação dos saturados separando-os da fração solúvel, constituído pelos
cíclicos (aromáticos e resinas). Este método separa o asfalto em três frações:
asfaltenos, cíclicos (resinas e aromáticos) e saturados.
14
b) Método de Rostler e Sternberg
É considerado um método mais completo que o anterior, porém é também mais
complexo. É padronizado pela ASTM sob o número D-2.006 e baseia-se na
separação dos asfaltenos a partir da sua insolubilização em n-pentano e posterior
separação das frações maltênicas por precipitação química, utilizando H
2
SO
4
de
densidades crescentes. Este método separa o asfalto em cinco frações: Asfaltenos,
Bases Nitrogenadas, Acidafinas I, Acidafinas II e Saturados.
c) Técnica da Cromatografia
A cromatografia significa escrita de cores e foi descoberta em 1903 pelo botânico
russo Tswett que, ao passar extrato de folha dissolvido em éter através de uma coluna
de CaCO
3
finamente dividido, observou que após a passagem do solvente haviam se
formado duas zonas distintas dentro da coluna, uma verde e uma amarela, indicando
que havia ocorrido separação de componentes (DNER, 1998).
Segundo AMARAL (2000), esta técnica pode ser definida como o procedimento
físico-químico que permite separar os componentes de uma mistura através de suas
interações com duas fases distintas, sendo uma a fase estacionária ou adsorvente e a
outra a fase móvel ou solvente. Esta técnica levou ao surgimento do método da
sílica-gel, também conhecido como método Rostler modificado, que baseia-se na
separação dos asfaltenos pela solubilização dos maltenos em n-pentano, seguido da
separação das frações maltênicas através de coluna cromatográfica, utilizando sílica-
gel e argila Attapulgus como fase estacionária adsorvente e, como fase móvel,
solventes de polaridade crescente. Este método separa o asfalto em quatro frações:
asfaltenos, resinas ou compostos polares, compostos aromáticos e saturados. A
Figura 2.5 apresenta esquematicamente a análise de composição química de um
ligante através desta técnica.
15
Figura 2.5 – Representação esquemática da análise da composição química de um
ligante asfáltico (WHITEOAK, 1990)
d) Método de Colbert
É o método mais utilizado atualmente. Baseia-se na separação dos asfaltenos pela
solubilização dos maltenos em n-heptano, seguido pela separação dos maltenos em
frações de polaridades crescentes, usando como adsorvente sólido a alumina
finamente dividida. Este método separa o asfalto em quatro frações: Asfaltenos,
Aromáticos Polares, Aromáticos Naftênicos e Saturados.
Além destas metodologias apresentadas, existem outras mais sofisticadas tais como o
SARA e a Ionização de Chama (Iatroscan), que por sua natureza utilizam
equipamentos e tecnologias muito especializadas.
WHITEOAK (apud LEITE, 1999) cita que os componentes do CAP têm as seguintes
propriedades:
• Saturados – têm influência negativa na suscetibilidade térmica. Em maior
concentração amolecem o produto;
Asfalto
Precipitação
em n-Heptano
solúveis insolúveis
Filtro
Precipitação
dos
asfaltenos
Cromatografia
em sílica gel
Eluição com
Tolueno
Eluição com
Tolueno /
Metanol
Aromáticos Resinas
Eluição com
n-heptano
Saturados
16
• Aromáticos – agem como plastificantes, contribuindo para a melhoria de suas
propriedades físicas;
• Resinas – têm influência negativa na suscetibilidade térmica, mas contribuem
na melhoria da ductilidade e dispersão dos asfaltenos;
• Asfaltenos – contribuem para a melhoria da suscetibilidade térmica e
aumento da viscosidade.
Embora a composição química e a estrutura coloidal sejam somente auxiliares na
explicação de alguns fenômenos do comportamento do CAP como ligante
rodoviário, os parâmetros reológicos de CAP obtidos através de viscosímetros e
reômetros de cisalhamento dinâmico apresentam correlação com ensaios de
desempenho de misturas betuminosas (LEITE, 1999).
2.2.3 Reologia dos Asfaltos e Ensaios Reológicos
Reologia é a ciência que estuda a deformação e fluxo dos materiais, seja nas formas
de líquido, liquefeito ou sólido, em termos da elasticidade e da viscosidade do
material. O asfalto é um material viso-elástico e pode exibir tanto um comportamento
elástico como viscoso, ou uma combinação destes dois comportamentos, dependendo
da temperatura e do tempo no qual o asfalto é observado (LU et al., 1999)
O estudo do comportamento reológico dos materiais betuminosos tem por objetivo
principal encontrar a relação entre deformação, tensão, tempo de aplicação da carga e
temperatura. A investigação dessas propriedades concorrem para compreensão do
desempenho do CAP, quando submetido a tensões provenientes do tráfego e a
tensões térmicas devido a variações da temperatura ambiente (PINTO, 1991).
Em temperaturas suficientemente baixas e/ou em altas taxas de carregamento
(freqüência), o asfalto reage essencialmente como um sólido elástico. Quando a
temperatura aumenta e/ou quando a taxa de carregamento reduz, a propriedade
viscosidade do asfalto se torna mais evidente. Em temperaturas suficientemente altas
e/ou em longo tempo de aplicação de cargas, o asfalto é essencialmente um líquido
17
Newtoniano e pode ser descrito por um valor de viscosidade independente da taxa de
aplicação de carga (LU et al., 1999).
As propriedades reológicas dos asfaltos podem influenciar significativamente no
desempenho das misturas asfálticas durante a misturação, a compactação e em
serviço. Por estas razões, vários tipos de testes reológicos são incluídos nas
especificações dos asfaltos. As propriedades reológicas dos asfaltos são determinadas
pelas interações moleculares (forças moleculares), que por sua vez dependem da
composição química (LU et al., 1999).
Em princípio, as propriedades reológicas desejadas para o asfalto podem ser
conseguidas mudando a composição química do asfalto usando um aditivo ou uma
modificação através de reação química. A adição de polímero é uma alternativa
versátil de modificar a reologia dos asfaltos. Muitos tipos de polímeros são
aproveitáveis, entretanto, não há um polímero universal e uma seleção deveria ser
feita de acordo com as necessidades (LU et al., 1999).
As propriedades reológicas dos cimentos asfálticos variam enormemente com a
variação da temperatura, embora a forma dessa variação não guarde relação de
simetria, já que ela varia de forma “personalizada” em cada CAP, por ser função de
dependência direta da sua suscetibilidade térmica. Esta, por sua vez, depende
diretamente da constituição química e da forma como as micelas e o meio
intermicelar se arranjam para atingir o equilíbrio coloidal estável (DNER, 1998).
Como fator altamente complicador, aparece ainda o envelhecimento do CAP ao
longo de sua vida útil. É sabido que o envelhecimento se dá pela oxidação de
moléculas polarizáveis dos maltenos, que se tornam polares, e passam a fazer parte
da fração asfalteno. Com isso, ao longo da vida do CAP no pavimento, ele vai
gradativamente aumentando a quantidade de asfaltenos e na mesma proporção,
diminuindo a quantidade de maltenos. Isto leva o CAP a um endurecimento
gradativo, já que o equilíbrio coloidal está permanentemente se deslocando no
sentido do aprofundamento das propriedades GEL, que aparece quando as cadeias
18
estão suficientemente associadas para formar uma rede. Em conseqüência, o CAP vai
perdendo as propriedades SOL (solução) e com a suscetibilidade térmica cada vez
menor. Isto significa que um CAP pode apresentar uma suscetibilidade térmica
dentro da faixa desejada, e logo após a usinagem (quando ocorre o maior grau de
envelhecimento do CAP), ir para a pista com esta suscetibilidade completamente fora
da faixa desejada. Por esta razão, torna-se necessário um profundo conhecimento da
suscetibilidade térmica do CAP, e principalmente, a forma como ela se altera durante
o processo de usinagem e ao longo da sua vida útil (DNER, 1998).
As especificações Superpave para ligantes asfálticos se baseiam em ensaios
reológicos e têm demonstrado sua aplicabilidade na pesquisa de parâmetros que
possam correlacionar as características do ligante ao desempenho das misturas
asfálticas em serviço. São utilizados para esse fim os seguintes equipamentos:
• viscosímetro rotacional – VTR (ASTM D 4402);
• reômetro de cisalhamento dinâmico – DSR (ASTM P246);
• reômetro de fluência em viga– BBR (ASTM P 245);
• prensa de tração direta – DDT (ASTM P 252).
Na presente pesquisa, dentre os ensaios reológicos da especificação Superpave, serão
apresentados apenas resultados de viscosidade determinados com o viscosímetro
rotacional, único aparelho disponível dentre os recomendados pela especificação.
Recomenda-se a complementação do estudo com a realização dos outros ensaios
citados, os quais serão descritos adiante.
O reômetro de cisalhamento dinâmico (dynamical shear rheometer – DSR) é usado
para caracterizar as propriedades viscoelásticas do ligante. Este mede o módulo
complexo de cisalhamento (G*) e o ângulo de fase (δ), submetendo uma pequena
quantidade de ligante a tensões de cisalhamento oscilatórias, entre duas placas
paralelas. O módulo G* pode ser relacionado com a resistência do material em
diferentes velocidades de cisalhamento e o ângulo δ fornece informações sobre a
razão entre a resposta elástica e viscosa durante o processo de cisalhamento
19
(MOTTA et al., 1996). A Figura 2.6 apresenta um esquema de um reômetro que
consta das especificações SHRP.
Figura 2.6 – Reômetro de Cisalhamento Dinâmico (Leite, 1999)
O módulo complexo pode ser definido como:
máx
máx
G
γ
τ
=
*
e
(
)
t
∆
=
.
ω
δ
,
onde:
G
*
= módulo complexo de cisalhamento;
máx
τ
= máxima tensão de cisalhamento aplicada;
máx
γ
= máxima deformação devido a tensão de cisalhamento aplicada;
ω
= freqüência angular;
t∆ = tempo de defasagem.
A Figura 2.7 apresenta de forma esquemática os valores de G* e δ medidos pelo
DSR, como resposta a uma deformação cisalhante de uma amostra. Nesta ilustração,
a resposta à deformação cisalhante de uma amostra de ligante está “defasada” em
relação à tensão aplicada por um certo intervalo de tempo ∆ t .
20
maz
G
γ
τ
max
* =
()
t∆
=
ω
δ
Onde:
G*=Módulo complexo de cis.;
δ=Ângulo de Fase
ω=Freqüência Angular
Figura 2.7 - Cálculo do Módulo Complexo de Cisalhamento G* e do Ângulo de fase
δ (MOTTA et al., 1996)
Este intervalo de tempo representa o atraso na deformação obtida. A fase em atraso é
expressa em medida angular como o tempo de atraso (∆t) multiplicado pela
freqüência angular (
ω) para atingir o ângulo de fase (δ). Para materiais
completamente elásticos, não existe atraso entre a tensão cisalhante aplicada e a
deformação cisalhante obtida, sendo
δ igual a 0°. Para materiais totalmente viscosos,
a deformação obtida está completamente defasada e
δ vale 90°. Materiais
viscoelásticos, tais como ligantes asfálticos, possuem ângulo de fase variando entre
0° e 90°, dependendo da temperatura. A altas temperaturas
δ tende a 90° e a baixas
temperaturas
δ tende a 0°. A especificação de ligante usa o parâmetro G*/sen δ para
temperaturas altas (>46°C), G*sen(
δ) para temperaturas intermediárias (entre 7°C e
34°C) como forma de controlar a rigidez do asfalto (MOTTA et al., 1996).
21
Controlando a rigidez a altas temperaturas, a especificação de ligante assegura que o
asfalto forneça resistência ao cisalhamento global da mistura em termos de
elasticidade a altas temperaturas. Da mesma forma, a especificação assegura que o
ligante não contribua para o trincamento por fadiga controlando sua rigidez a
temperaturas intermediárias (LEITE, 1999).
O viscosímetro rotacional (Rotational Viscometer – RTV) caracteriza a rigidez do
asfalto a 135°C, na qual age quase que inteiramente como um fluido viscoso. É um
viscosímetro rotacional de cilindros coaxiais, que mede a viscosidade através do
torque necessário para rodar um spindle imerso na amostra de asfalto quente (Figura
2.8), à velocidade constante. A especificação de ligante para o CAP 50-70, por
exemplo, requer que este tenha uma viscosidade inferior a 3,5 Pa.s (3.500 cP) a
135°C. Isto assegura que o ligante pode ser bombeado e facilmente usinado (LEITE,
1999).
Figura 2.8 – Esquema do Viscosímetro Rotacional (LEITE, 1999)
22
O reômetro de fluência de viga (Bending Beam Rheometer – BBR) é usado na
caracterização da rigidez do ligante a baixa temperatura. Este mede a rigidez estática
(S) e o logarítmo do módulo de relação (m). Estas propriedades são determinadas a
partir da resposta ao carregamento estático (creep) sobre uma vigota de ligante a
baixas temperaturas (Figura 2.9). Conhecendo-se a carga aplicada sobre a vigota e
medindo-se a deflexão ao longo do teste, a rigidez estática pode ser determinada,
usando-se os fundamentos da mecânica. A especificação de ligante estabelece limites
para
S e m em função do clima onde o ligante será usado. Ligantes que possuam
baixa rigidez estática não trincarão em clima frio. De igual forma, ligantes que
possuam altos valores de
m, são mais eficientes na dissipação das tensões formadas
durante a contração do ligante, quando a temperatura do pavimento cai
abruptamente, minimizando a formação de trincas e fissuras (MOTTA et al., 1996).
Figura 2.9 - Reômetro de fluência em viga (MOTTA et al, 1996)
23
Alguns ligantes, particularmente alguns modificados com polímero, podem exibir
uma rigidez estática a baixa temperatura maior do que o desejado. Entretanto, estes
podem não trincar devido à capacidade de deformar sem romper a baixa temperatura
do polímero. Desta forma, a especificação permite que o ligante possua uma rigidez
maior, desde que se comprove, através do teste de tração direta (Direct Tension Test
– DDT), que este possui ductilidade suficiente a baixas temperaturas. A resposta do
DDT é a tensão de deformação na fratura, que é medido a partir do estiramento de
uma amostra, com formato de gravatinha, a baixa temperatura, até que esta rompa
(Figura 2.10). De modo semelhante ao BBR, o DDT assegura que a resistência à
ruptura do ligante, a baixa temperatura, seja minimizada (LEITE, 1999).
Figura 2.10 – Esquema do Teste da Tração Direta (LEITE, 1999)
O principal objetivo de se usar ensaios reológicos na especificação de ligantes é
identificar correlações confiáveis entre as propriedades fundamentais dos ligantes
asfálticos com o desempenho da mistura em serviço e, a partir desses ensaios, obter
previsões da vida de fadiga, resistência à deformação permanente e resistência às
24
trincas térmicas dos concretos asfálticos que são os defeitos estruturais
predominantes nas pavimentações asfálticas.
Na especificação de ligantes baseada no desempenho (SHRP), o valor de G*sen
δ
medido na faixa de viscoelasticidade linear, é usado para caracterizar o
comportamento à fadiga do ligante. No entanto várias pesquisas em andamento têm
criticado o uso desse parâmetro como um requisito para a previsão do desempenho
das misturas em serviço (PLANCHE et al., 2003).
Hilde e Bernard (2000), pesquisadores do Nynas Petroleum, avaliaram um método
para medir a resistência à fadiga de ligantes betuminosos utilizando o Reômetro de
Cisalhamento Dinâmico – DSR. Foram realizados ensaios de fadiga a tensão
controlada e a deformação controlada em ligantes originários de um mesmo cru, mas
de diferentes consistência, além de asfaltos modificados por polímeros, com
amostras virgens, com envelhecimento de curto prazo (após RTFOT) e com
envelhecimento de longo prazo (RTFOT e PAV). Foi proposto um método que
correlaciona o módulo complexo (G*) e o tempo (número de ciclos), determinando-
se a vida de fadiga do ligante quando a rigidez (G*) é reduzida em 50% de seu valor
inicial. Todas as amostras foram ensaiadas com uma freqüência de 50Hz e uma
rigidez inicial de 20MPa para G*, sendo que as temperaturas foram adaptadas para
cada ligante em função de sua consistência. Os asfaltos puros com diferentes valores
de penetração apresentaram praticamente a mesma curva de fadiga, ensaiados com
um mesmo valor do módulo complexo G*. Não foi possível obter uma correlação
aceitável com o parâmetro do SHRP para fadiga, G*sen
δ. Foi identificado uma boa
correlação entre as curvas de fadiga dos ligantes puros e as curvas de fadiga das
misturas ensaiadas sob as mesmas temperaturas, identificando-se um fator de 100
vezes entre as deformações do ligante e as deformações da mistura para uma mesma
vida de fadiga assim como acontece entre as misturas ensaiadas em laboratório e as
deformações reais em campo/serviço. No entanto são necessários estudos
complementares de laboratório e validação de campo para demonstrar a acurácea
destes ensaios medirem as propriedades relacionadas com o desempenho em serviço
(VANELSTRAETE & TEUGELS, 2003).
25
A partir dos dados obtidos de uma pesquisa conjunta entre Nynas Bitumen e Belgian
Road Research Centre desenvolvida com o objetivo de identificar um sistema de
avaliação de desempenho para ligantes, várias parâmetros reológicos propostos na
literatura foram estudados (
δ, G*, 1/G*, G*senδ, tanδ, susceptibilidade ao
cisalhamento da viscosidade e susceptibilidade ao cisalhamento do ângulo de fase)
foram analisadas e nenhum destes parâmetros apresentou uma correlação aceitável
com a fadiga da mistura (VANELSTRAETE & TEUGELS, 2003).
Vários estudos têm mostrado a existência de boa correlação entre o parâmetro
G*/sen
δ com a resistência à deformação permanente de misturas a altas
temperaturas, com exceção para ligantes modificados por SBS que podem ter seu
desempenho ao afundamento subestimados (DESMAZES et al., 2000). É importante
salientar que a resistência a deformação permanente de uma dada mistura depende da
composição total da mistura. Além do tipo e da quantidade do ligante, o esqueleto
granular e a interação entre o ligante e o agregado são elementos importantes para a
definição da resistência à deformação permanente, não sendo portanto suficiente
apenas a indicação do comportamento do ligante (VANELSTRAETE & TEUGELS,
2003).
Existem várias pesquisas em andamento que indicam outros critérios para especificar
a resistência à deformação permanente como, por exemplo, a deformação acumulada
e a viscosidade de cisalhamento zero podendo esta ser obtida a partir de ensaios de
creep estático ou ensaios de compressão axial de carga repetida (HIR et al., 2003).
O ensaio com o reômetro de fluência em viga (BBR) é apropriado para a previsão do
comportamento a baixas temperaturas, tanto para ligantes puros quanto para
modificados por polímeros. A máxima temperatura resultante de S(s)=300MPa ou
m(60s)=0,3 pode ser usado como um indicador de desempenho adequado para este
defeito (VANELSTRAETE & TEUGELS, 2003).
26
2.3 POLÍMEROS MODIFICADORES DE ASFALTO
Segundo Mano (1986), as moléculas que contém um número de átomos encadeados
superior a uma centena são denominados macromoléculas. Tais moléculas adquirem
características próprias que passam a predominar sobre as características inerentes a
natureza dos átomos que as constituem. Essas propriedades decorrem de interações
envolvendo segmentos da mesma macromolécula ou de outras.
O termo macromolécula definido anteriormente engloba os compostos de elevado
peso molecular, considerando tanto os compostos que apresentam unidades químicas
repetidas (polímeros), quanto os compostos de estruturas moleculares mais
complexas (MANO, 1986).
Mano (1986) assinala que as propriedades especiais das macromoléculas, em geral,
surgem a partir de um peso molecular entre 1000 e 1500, acentuando-as à medida
que há crescimento deste valor.
“Os polímeros são substâncias macromoleculares, que podem ser produzidas pela
natureza (madeira, óleo lubrificante, cortiça, etc) ou podem ser obtidos
artificialmente pela união seqüenciada de pequenas moléculas, chamadas
monômeros.
Os polímeros são classificados de inúmeras maneiras, de acordo com a finalidade
classificatória. As principais são:
a)
quanto à ocorrência: Naturais e Sintéticos;
b)
quanto à preparação: Adição e Copolímeros;
c)
quanto à cadeia: Homogêneos e Heterogêneos;
d)
quanto à estrutura: Lineares ou Tridimensionais;
e)
industrial: Elastômeros, Plásticos e Fibras.
Nos polímeros de adição (homopolímeros) apenas uma espécie de monômero é
usado na polimerização. Na copolimerização (copolímero) são usados dois ou mais
monômeros diferentes. Freqüentemente este tipo de produto apresenta melhores
27
propriedades físicas e mecânicas, por esta razão, o completo domínio desta
tecnologia foi um importante avanço na engenharia de construção.
Estruturalmente os polímeros são lineares (termo-sensíveis) e tridimensionais
(termofixos). Monômeros bifuncionais geram polímeros lineares, enquanto os
monômeros tri e tetrafuncionais geram os tridimensionais, caracterizado por uma
estrutura espacial obtida pela interligação dessas unidades polifuncionais.
Quando as unidades químicas estão dispostas aleatoriamente na cadeia polimérica,
têm-se os co-polímeros estatísticos. Em outro extremo, quando há um perfeito
escalonamento entre os monômeros têm-se os copolímeros alternados. Os
copolímeros em bloco alternam seqüências de unidades químicas iguais. Caso haja
ramificações poliméricas na cadeia principal tem-se o copolímero enxertado ou
grafitizado”(DNER, 1998). No caso do acoplamento de dois copolímeros em um
terceiro existente tem-se o Terpolímero.
A Tabela 2.1 exemplifica as diversas configurações.
28
Tabela 2.1 – Configuração dos polímeros
Tipo Configuração
Monômero A A
Monômero B B
Monômero C C
Homopolímero ^^^A-A-A-A-A-A-A-A-A^^^
Copolímero alternado ^^^A-B-A-B-A-B-A-B-A^^^
Coplímero em Bloco ^^^A-...-A-B-...-B-A-...-A^^^
Copolímero estatístico ^^^A-B-B-A-A-B-A-B-A^^^
Copolímero Grafitizado ^^^A-A-A-A-A-A-A-A-A^^^
|
B
|
B
Terpolímero Grafitizado ^^^A-A-A-A-A-A-A-A-A^^^
| |
B C
| |
B C
“Os polímeros termofixos ou termorrígidos não adquirem movimento plástico com o
aumento da temperatura, mas podem perder resistência devido a ocorrência do
fenômeno da degradação.
Já os polímeros termoplásticos, por apresentarem ligações intermoleculares fracas
(Van der Waalls), que são facilmente superadas com a elevação da temperatura,
permitem que a deformação ocorra por escorregamento nos pontos fracos das
ligações entre as moléculas.
Um dos mais importantes efeitos do aumento da temperatura em um ligante asfáltico
com polímero é o aumento da velocidade das reações químicas, como por exemplo, a
ramificação e a reticulação. A temperatura na qual os polímeros ficam passíveis de
sofrer reação química é aquela onde eles perdem sua resistência mecânica. Esta
temperatura está sempre abaixo do ponto de fusão dos lineares e no começo da
29
degradação dos tridimensionais (ou termofixos); por esta razão, os lineares podem
ser reticulados.
Os polímeros termosensíveis se classificam industrialmente como : plásticos, fibras e
elastômeros. Entretanto, no estudo da utilização de polímeros como melhoradores de
asfalto, as classificações acadêmicas foram abandonadas e foi seguido um caminho
mais objetivo, aparecendo classificações mais direcionadas ao meio rodoviário. A
mais utilizada é a de Disnnem, que classifica os polímeros em quatro grupos distintos
(DNER,1998):
a)
Termorrígidos: são aqueles que não se fundem, degradam numa
temperatura limite e endurecem irreversivelmente quando aquecidos a
uma temperatura que depende de sua estrutura química. Cadeias
moleculares formam rede tridimensional que resiste a qualquer
mobilidade térmica (LEITE, 1999). Como exemplos, tem-se a resina
epóxi, poliuretano, etc.
b)
Termoplásticos: são aqueles que se fundem e se tornam maleáveis
reversivelmente quando aquecidos. Normalmente consistem de cadeias
lineares, mas podem ser também ramificadas. São incorporados aos
asfaltos à alta temperatura (LEITE, 1999). Como exemplo, tem-se o
polietileno, polipropileno atático e o policloreto de vinila.
c)
Elastômeros: são aqueles que quando aquecidos se decompõem antes de
amolecer, e apresentam propriedades elásticas que lembram a borracha.
Como exemplo, tem-se o SBR, etc. (DNER, 1998)
d)
Elastômero-termoplásticos: são aqueles que ao serem aquecidos se
comportam como termoplásticos, mas em temperaturas mais baixas
apresentam propriedades elásticas. Como exemplos, tem-se o SBS e o
RET. (DNER, 1998)
30
2.3.1 Polímero SBR
O polímero SBR é um copolímero aleatório de estireno e butadieno, obtido
principalmente por processo de polimerização em emulsão. Apresentam propriedades
elastoméricas de resiliência e boa compatibilidade com os betumes. Suas
propriedades mecânicas são intrinsecamente baixas, porém podem ser grandemente
melhoradas com a vulcanização, que é conseguida pela reação com enxofre ou
peróxidos. O processo de preparação do SBR em emulsão produz um polímero
finamente dividido, na forma de um látex, que facilita sua dispersão no asfalto. A
técnica de dispersão do látex pode também ser utilizada a partir de borracha natural.
(LEITE, 1999)
Atualmente no Brasil o polímero SBR tem sido muito utilizado para a fabricação de
emulsões modificadas por polímeros.
2.3.2 Polímero EVA
O polímero EVA é um copolímero de etileno e acetato de vinila cuja composição
pode variar de uns poucos por cento de acetato até cerca de 50%. De acordo com esta
proporção, as propriedades variam de um termoplástico muito semelhante ao
polietileno de baixa densidade até um elastômero. Os segmentos de etileno são semi-
cristalinos, enquanto os que contém os grupos acetato constituem a fase amorfa,
conforme a Figura 2.11. Suas maiores vantagens são a resistência à flexão e a
estabilidade térmica, aliadas a um custo razoável. (LEITE, 1999)
Nestes copolímeros a redução do teor de acetato de vinila acarreta aumento da
cristalinidade e, em conseqüência, do módulo de rigidez, das temperaturas de
amolecimento e de fusão e a diminuição da temperatura de fragilidade. É dito um
termoplástico plastômero, ou seja, escoa irreversivelmente quando se aplica uma
tensão cisalhante, pois não possui reticulação como SBR. O EVA se solubiliza nas
frações saturadas devido a sua natureza alifática em virtude da existência de
31
seqüências etilênicas de elevado peso molecular, modificando o escoamento do
material (LEITE, 1999).
Figura 2.11 – Conformação planar das moléculas de EVA (LEITE, 1999)
Segundo Freitas (1996) o EVA como modificador de ligantes é muito utilizado em
alguns países, destacando-se, por exemplo, a França e a Espanha.
2.3.3 Polímero SBS
O copolímero SBS pode ser obtido sob diferentes formas estruturais, dependendo da
natureza dos co-monômeros e do tipo de associação entre eles, tais como: lineares e
radiais. Os lineares podem ser obtidos de forma seqüencial distinta, como: estatístico,
alternado e seqüenciado (RAMOS, 1995).
O tipo de SBS mais usado no mundo para modificação do asfalto é o seqüenciado,
obtido pelo acoplamento de duas extremidades poliestirênicas e uma longa seqüência
butadiênica. Como a seqüência butadiênica tem forma enovelada, o conjunto se
32
apresenta na forma de verdadeiro “halteres” como visto na Figura 2.12 (DNER,
1998).
Figura 2.12 – Representação do Polímero SBS (DNER, 1998)
A molécula de SBS é dividida em regiões de natureza química completamente
diferentes: nas duas extremidades as regiões são de caráter aromático e a longa
cadeia butadiênica é de caráter alifático. Em virtude disso, os conjuntos de moléculas
de SBS, para diminuírem a energia livre total, precisam evitar o contato aromático-
alifático, para o que se ligam pelas extremidades estirênicas, formando conjuntos que
se comportam como verdadeiros “domínios” aromático e alifático (DNER, 1998).
A ligação das extremidades estirênicas formando os “domínios” aromáticos,
funciona como uma verdadeira vulcanização, o que garante ao produto excelentes
características mecânicas sem nenhum prejuízo de sua altíssima elasticidade
entrópica de conformação.
33
2.4 POLÍMERO DO TIPO RET
O polímero RET, que em português quer dizer Terpolímero Elastomérico Reativo, é
relativamente novo e projetado especificamente para a modificação de asfaltos. O
desenvolvimento do polímero se deu a partir de 1988 quando se buscou um
modificador de asfalto que pudesse ser facilmente incorporado e cujas propriedades
viscoelásticas fossem similares a de asfaltos com outros modificadores utilizados
como os Copolímeros de Estireno Butadieno (NEGRÃO et al., 2005).
Figura 2.13 – Polímero do tipo RET
Em 1989 foi desenvolvido o primeiro polímero do tipo RET de reação lenta e a partir
de 1991 inicia-se a pavimentação de trechos experimentais nos Estados Unidos. De
1994 até os dias de hoje, foram desenvolvidos vários tipos de polímeros RET, entre
eles o de alta reação com catalisador, que atualmente se utiliza no Brasil (NEGRÃO
et al., 2005).
2.4.1 Química do Polímero RET
O RET é um polímero cuja composição se diferencia dos elastômeros formados por
blocos de estireno – butadieno. Como o próprio nome já diz, ele é um “Terpolímero”,
ou seja, é um polímero formado por três monômeros, sendo eles a coluna de Etileno,
34
o n-Butil Acrilato e o Glicidil Metacrilato. Sua estrutura química é apresentada na
Figura 2.14.
Figura 2.14 – Representação do Polímero RET
1
No seu nome também temos a palavra “Reativo”, pois sua distribuição química faz
com que ele reaja quimicamente com os asfaltenos do asfalto para formar um
composto inseparável. A reação entre o RET e o asfalteno é representada na Figura
2.15.
Figura 2.15 - Reação do Asfalteno com Polímero do Tipo RET
2
Nota-se que a reação entre o polímero RET e o asfalteno se dá através do copolímero
Glicidil Metacrilato e ainda que esta é uma reação de adição e, portanto, não gera
sub-produtos como vapor d’água ou gases voláteis. As figuras 2.16 e 2.17 foram
obtidas com um microscópio eletrônico, sendo que a primeira ilustra uma amostra de
1
Apresentação da Du Pont, realizada em power point.
2
Apresentação da Du Pont, realizada em power point.
CH
2
CH
2
CH
2
CH
O
C
4
H
10
CH
2
CH
2
CH
2
C =O
O
C = O
n
m
C
CH
2
CH
O
Coluna de Etileno
n-Butyl Acrylate
Glycidyl
Methacrylate
CH
2
CH
2
CH
2
CH
2
CH
2
CH
2
CH
2
CH
O
C
4
H
10
C
4
H
10
CH
2
CH
2
CH
2
CH
2
CH
2
CH
2
C =O
O
C = O
n
m
C
CH
2
CH
O
Coluna de Etileno
n-Butyl Acrylate
Glycidyl
Methacrylate
CH
2
C-O-
ASFALTENOS--
O
CH
2
CH
CH
2
O
ASFALTENOS-----C O
CH2
CH
CH2
HO
O
H
C-O-
ASFALTENOS--
O
CH
2
CH
2
CH
CH
2
CH
2
O
ASFALTENOS-----C O
CH2
CH
CH2
HO
O
H
35
asfalto modificado com polímero não reativo e a segunda um asfalto modificado com
polímero RET (NEGRÃO et al., 2005).
2.4.2 Características dos Asfaltos Modificados por Polímero do Tipo RET
Segundo a Task Force 31 da AASTHO, o RET é classificado como polímero do
TIPO I (Elastomérico) e a sua utilização, bem como a utilização de qualquer outro
polímero do TIPO I na modificação de ligantes asfálticos, tem como objetivo a
melhoria das seguintes características:
I.
Diminuição da suscetibilidade térmica (a consistência do asfalto modificado
permanece inalterada sob larga faixa de temperaturas. Em clima frio, seu
caráter flexível aumenta a resistência às trincas e fissuras na superfície do
revestimento. Em clima quente, o incremento do ponto de amolecimento e da
viscosidade do ligante reduz o risco de exsudação, afundamentos em trilhas de
roda e perda da macrotextura do revestimento);
II.
Melhor característica adesiva e coesiva (aumenta a resistência à desagregação
do pavimento. A resistência coesiva faz com que o ligante asfáltico mantenha
Figura 2.16 - Asfalto Modificado com
polímero não reativo, por ser uma
modificação mecânica existe a
possibilidade de segregação
Figura 2.17 - O polímero RET se
mistura fisicamente com o asfalto
evitando futuras separações
36
os agregados unidos, quando sujeitos à ação das cargas de tráfego, em especial
nas baixas temperaturas);
III.
Maior resistência ao envelhecimento (aumenta a vida útil do ligante);
IV.
Elevação do Ponto de Amolecimento – PA (diminui a deformação
permanente);
V.
Diminuição do Ponto de Ruptura Fraass – PF, temperatura em que o asfalto
sofre trincas quando submetido à tensão (diminui as trincas térmicas);
VI.
Aumento do intervalo de plasticidade, faixa de temperatura na qual o asfalto
pode ser utilizado (conseqüência do Ponto de Amolecimento elevado e Ponto
de Ruptura Fraass baixo);
VII.
Maior resistência à deformação permanente (aumento da elasticidade);
VIII.
Excelente comportamento reológico (a resistência à fluência e/ou boa
recuperação elástica do ligante modificado sob tensões de tração mantém a
integridade do revestimento, mesmo quando sujeito a níveis elevados de carga
e deslocamento).
2.4.3 Processo de Modificação do Asfalto com o Polímero do Tipo RET
O processo de modificação do asfalto com o polímero RET é bastante simples e pode
ser dividido em cinco etapas, a saber (NEGRÃO et al, 2005):
1.
Aquecimento do asfalto (de 185 a 195
o
C);
2.
Adição do polímero (de 1% a 2% em peso do asfalto);
3.
Homogeneização do polímero no asfalto (agitação por duas horas);
4.
Adição do Catalisador H
3
PO
4
(0,22% em peso do asfalto, independente da
quantidade do polímero);
5.
Finalização da reação (agitação por uma hora e meia).
37
Observa-se que depois do passo 1 o processo tem a duração de quatro a cinco horas,
dependendo da quantidade de asfalto a ser modificada e da reatividade do asfalto
base. Para modificação em laboratório, os tempos de agitação são diferentes,
conforme detalhado no capítulo do estudo realizado em laboratório.
Como a incorporação do polímero do Tipo RET depende, além dos insumos, apenas
de aquecimento e de agitação simples a mesma pode ser realizada in loco na própria
usina instalada para a produção da mistura asfáltica. Para tanto, deve-se adaptar um
dos tanques de armazenamento de CAP da usina com dois funis para a adição do
polímero e dois agitadores para a homogeneização da mistura (Figuras 2.18e 2.19).
Figura 2.18 - Tanque de Modificação Instalado em Obra
Figura 2.19 - Detalhe do Agitador dentro do Tanque
Uma vez modificado o asfalto não necessita de temperatura mínima e nem de
agitação para manter-se armazenado ou transportado, visto que o polímero está
38
quimicamente incorporado. Desta forma pode-se transferir o ligante modificado para
outro tanque dando espaço para uma nova modificação (NEGRÃO et al., 2005).
2.4.4 Estudo da Federal Highway Administration com o Polímero RET
Segundo estudo realizado pela Federal Highway Administration nos Estados Unidos
da América o polímero RET, comercializado pela DuPont sob o nome comercial de
ELVALOY
®
, foi o que apresentou a maior resistência à deformação permanente e o
melhor comportamento ao dano causado pela umidade quando comparado a diversos
tipos de asfaltos estudados (modificados ou não). Os ligantes estudados foram os
seguintes:
•
PG64: Ligante sem modificação com características que se aproximam do
CAP20 da especificação brasileira;
•
ESI: ligante modificado com ethylene-styrene-interpolymer;
•
EVA Grafted: ligante modificado por polímero Eva Grafitizado;
•
SBS Linear: ligante modificado por polímero SBS Linear;
•
EVA: ligante modificado por polímero EVA;
•
SBS Radial Grafted: ligante modificado com polímero SBS Radial
Grafitizado;
•
SBS Grafted: ligante modificado por polímero SBS Grafitizado;
•
PG70: Ligante sem modificação com características que se aproximam do
CAP40 da especificação brasileira;
•
CMCRA: ligante com borracha incorporada quimicamente;
•
ELVALOY
®
: ligante modificado por polímero do tipo RET (Elvaloy
®
);
•
Air Blown: asfalto soprado.
O ensaio utilizado para determinar a resistência à deformação permanente e verificar
os danos causados pela umidade é conhecido como Teste de Hamburgo (Figuras 2.20
e 2.21). Este ensaio consiste em moldar uma amostra da mistura a ser ensaiada e,
através de uma roda presa a um eixo, aplicar ciclos de carga na amostra. Ao longo
39
dos ciclos deve-se medir a deformação causada na amostra em mm. Quando o
objetivo é verificar a resistência da amostra na presença da umidade a amostra é
ensaiada submersa em água.
Figura 2.20– Teste de Hamburgo
O gráfico com o resultado encontrado no estudo é apresentado na figura 2.21.
Figura 2.21– Gráfico da Deformação Permanente (Teste de Hamburgo)
40
As conclusões apresentadas pelo estudo foram as seguintes:
•
Baseado no número de passadas do eixo necessárias para obter uma trilha de
roda de 10mm, somente a mistura executada com polímero RET teve um
desempenho significativamente superior à amostra de controle (PG 70-22)
(FHWA, 2001);
•
A mistura executada com polímero do tipo RET foi a única que não foi
suscetível à umidade (FHWA, 2001);
2.4.5 Experiências do Polímero do Tipo RET no Brasil
O Polímero do tipo RET foi introduzido no mercado brasileiro no segundo semestre
de 2002 e, nesta ocasião, foi executado em um segmento experimental na SP-330 –
Rodovia Anhanguera, a qual é administrada pela concessionária AutoBAn e é objeto
de estudo mais detalhado apresentado no capítulo 5 desta dissertação.
Desde então foram executados uma série de segmentos rodoviários totalizando,
aproximadamente, quatro milhões e quinhentos mil metros quadrados de misturas
asfálticas aplicadas com asfalto modificado por polímero do tipo RET, sendo estes
segmentos listados na Tabela 2.2.
Tabela 2.2 – Segmentos Executados com Polímero do Tipo RET
Rodovia Segmento
Extensão
(km)
Tipo de Mistura Utilizada
BR-153/GO Km 605,8 ao km 675,6 69,8 BINDER / CBUQ Faixa"C"
BR-116/CE Km 314,6 ao km 418,0 103,4 CBUQ Faixa "C"
BR-101/BA Km 703,5 ao km 785,5 82,0 CBUQ Faixa "C"
BR-116/CE km 11,8 ao km 26,8 15,0 CPA
BR-153/GO km 0 ao km 212,4 212,4 CBUQ Faixa "C"
BR-381/MG Km 224,0 ao km 244,0 20,0 BINDER / SMA
SP-300 km 317 ao km 348 31,0 CBUQ Faixa "C"
41
Conforme citado anteriormente o asfalto modificado por polímero do tipo RET é
produzido na própria usina que confecciona a mistura asfáltica. O mapa da Figura
2.22 apresenta a localização dos tanques existentes no país capazes de modificar
asfalto com este tipo de polímero no presente momento.
Figura 2.22– Tanques de Modificação de Asfalto no Brasil
Tanques Instalados
Tanques em Construção
42
3 MATERIAIS E MÉTODOS
Este capítulo trata das características dos agregados e dos cimentos asfálticos
selecionados para os ensaios laboratoriais e para a execução do trecho experimental
da Rodovia Anhanguera, sendo apresentados métodos e procedimentos laboratoriais
e de campo empregados durante a presente pesquisa.
3.1 ESTUDO EM LABORATÓRIO
3.1.1 Agregados
3.1.1.1 Origem
Neste estudo foram empregados agregados de natureza mineral basáltica,
proveniente da Pedreira Basalto 5, localizada no km 2,3 da SP-101 em Hortolândia,
estado de São Paulo. Por se tratar de um agregado de boas características físicas e
mecânicas e de uso intensivo na região, este agregado foi escolhido para compor a
presente pesquisa.
Os materiais britados foram coletados diretamente dos estoques da pedreira a partir
de diversos pontos da pilha de modo a se obter uma amostra representativa do
material (DNER-PRO 120/97). A redução das amostras em laboratório foi realizada
com a utilização do separador mecânico (DNER-PRO 199/96).
3.1.1.2 Análise Granulométrica
Para composição da curva granulométrica do projeto foram selecionadas três frações:
brita 1 (19 mm), pedrisco (12,5 mm), pó de pedra (4,8 mm). As características
granulométricas dos agregados graúdos e miúdos são apresentadas na Tabela 3.1 e na
Figura 3.1
43
Tabela 3.1 – Análise Granulométrica dos Agregados
PENEIRA BRITA 1 PEDRISCO PO DE PEDRA
Abertura (mm) Poleg./N (% que passa)
19,0 ¾ 100,0 - -
12,5 ½ 39,3 100,0 -
9,52 3/8 4,7 98,3 100,0
4,80 4 1,1 20,5 98,4
2,00 10 1,0 0,6 70,0
0,42 40 0,9 0,3 34,4
0,175 80 0,7 0,2 24,6
0,075 200 0,5 0,2 13,9
Figura 3.1 – Curvas Granulométricas dos Agregados Empregados
3.1.1.3 Características dos Agregados
Foram realizados ensaios físicos e mecânicos previstos nas especificações brasileiras
de forma a garantir a completa caracterização dos agregados empregados na
pesquisa. Os resultados encontrados classificam o material como de boa qualidade
para aplicação em misturas asfálticas, tendo em vista seus baixos valores de Abrasão
Curvas Granulométricas dos Agregados Individuais
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0,01 0,1 1 10 100
Abertura das Peneiras (mm)
Porcentagem de material passando,
em pesso
Brita 1 Pedrisco Po de Pedra
44
Los Angeles (em torno de 13%) e praticamente inexistência de partículas planas e
alongadas. O resumo dos resultados encontrados é apresentado na Tabela 3.2.
De modo geral os ensaios são de uso corrente e não apresentaram grandes
dificuldades para sua realização conforme os procedimentos normatizados.
Relaciona-se a seguir os ensaios e as respectivas normas empregadas na
determinação das propriedades físicas e mecânicas dos agregados utilizados neste
estudo:
a) Granulometria (DNER 083/94)
e) Abrasão Los Angeles (DNER ME 035/94)
f) Equivalente Areia (DNER ME 054/94)
g) Durabilidade Frente ao Sulfato de Sódio (DNER ME 089/94)
i) Índice de Forma (DNER ME 086/94)
j) Índice de Plasticidade (DNER ME 082/94)
h) Limite de Liquidez (DNER ME 122/94)
Tabela 3.2: Características do Agregado Estudado
Ensaio Método Obtido Especificado
Abrasão Los Angeles DNER ME 035/94 13% <50%
Equivalente de Areia (sem cal) DNER ME 054/94 56,5% >55%
Durabilidade Frente ao Sulfato de
Sódio (Brita 1 e Pedrisco)
DNER ME 089/94 0,60% <15%
Durabilidade Frente ao Sulfato de
Sódio (Pó de Pedra)
DNER ME 089/94 0,90% <18%
Índice de Forma (Brita 1) DNER ME 086/94 0,73% >0,5%
Índice de Plasticidade DNER ME 082/94 NP <6,0%
Limite de Liquidez DNER ME 122/94 NP <25%
45
3.1.1.4 Escolha da Curva Granulométrica
A curva granulométrica foi escolhida em função da mistura utilizada no trecho
experimental da Rodovia Anhanguera que tem uso corrente pelas concessionárias de
rodovias no estado de São Paulo. A curva selecionada enquadra-se na Faixa III do
DERSA (Desenvolvimento Rodoviário AS). São apresentados na Tabela 3.3 e na
Figura 3.2 os percentuais dos agregados, a curva granulométrica de projeto e a Faixa
III do DERSA.
Tabela 3.3 – Analise Granulométrica dos Agregados
PENEIRA
BRITA 1 PEDRISCO
PO DE
PEDRA
21,0% 22,0% 57,0%
Abertura
mm
Poleg./
N
(% que passa)
GRANUL.
OBTIDA
(%)
Especificação
DERSA ET-
P00/027FIII
19,0 ¾ 100,0 - - 100,0 100
12,5 ½ 39,3 100,0 - 87,3 80 – 100
9,52 3/8 4,7 98,3 100,0 79,6 70 – 90
4,80 4 1,1 20,5 98,4 60,8 50 – 70
2,00 10 1,0 0,6 70,0 40,2 33 – 48
0,42 40 0,9 0,3 34,4 19,8 15 – 25
0,175 80 0,7 0,2 24,6 14,2 8 – 17
0,075 200 0,5 0,2 13,9 8,1 4 – 10
46
Figura 3.2– Comparativo entre a Curva de Projeto e a faixa III do DERSA
3.1.2 Ligantes Asfálticos
Para o desenvolvimento da pesquisa foram considerados oito diferentes tipos de
ligantes, dois cimentos asfálticos convencionais, produzidos em escala industrial e
seis ligantes modificados por polímero do tipo RET, sendo eles:
• CAP 20 – proveniente de destilação à vácuo, produzido na Refinaria
Henrique Lage (REVAP), São José dos Campos;
•
CAP 20 + 1,0% de Polímero RET + 0,22% de Catalizador H
3
PO
4
, produzido
em laboratório com agitação simples e aquecimento;
•
CAP 20 + 1,5% de Polímero RET + 0,22% de Catalizador H
3
PO
4
, produzido
em laboratório com agitação simples e aquecimento;
•
CAP 20 + 2,0% de Polímero RET + 0,22% de Catalizador H
3
PO
4
, produzido
em laboratório com agitação simples e aquecimento;
•
CAP 40 – proveniente de destilação à vácuo, produzido na Refinaria
Presidente Getúlio Vargas (REPAR), Araucária;
Curvas Granulométricas dos Agregados Individuais
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0,01 0,1 1 10 100
Abertura das Peneiras (mm)
Porcentagem de material passando,
em pesso
FAIXA III DERSA Projeto de Mistura
47
•
CAP 40 + 1,0% de Polímero RET + 0,22% de Catalizador H
3
PO
4
, produzido
em laboratório com agitação simples e aquecimento;
•
CAP 40 + 1,5% de Polímero RET + 0,22% de Catalizador H
3
PO
4
, produzido
em laboratório com agitação simples e aquecimento;
•
CAP 40 + 2,0% de Polímero RET + 0,22% de Catalizador H
3
PO
4
, produzido
em laboratório com agitação simples e aquecimento;
A Tabela 3.4 a seguir apresenta a especificação do DNIT para os ligantes asfálticos
do tipo CAP 20 e CAP 40.
Observa-se que à época de realização dos ensaios laboratoriais e construção do
trecho na Rodovia Anhanguera, a classificação dos asfaltos era realizada, na região
Sudeste do país, pela viscosidade absoluta. A partir de julho de 2005, a classificação
brasileira foi alterada com o emprego do ensaio de Penetração como classificatório, o
CAP 20 empregado na pesquisa equivale ao CAP 50/70; o CAP 40, por sua vez, ao
CAP 30/45.
Os ensaios de caracterização física foram efetuados no Laboratório da Ipiranga
Asfaltos, em Paulínia.
48
Tabela 3.4 - Especificações para Cimento Asfáltico de Petróleo - CAP
Classificação por Viscosidade (Portaria DNC 5/ 18.02.93) vigente até julho 2005
Valores
Características Unid.
CAP-7 CAP-20 CAP-40
Viscosidade a 60°C P 700 a 1500 2000 a 3500 4000 a 8000
Viscosidade Saybolt Furol,
135°C, mín.
s 100 120 170
Viscosidade Saybolt Furol, 177°C s 15 a 60 30 a 150 40 a 150
Ductilidade a 25°C, mín. cm 50 20 10
Índice de Susceptibilidade
Térmica
(-1,5) a (+1) (-1,5) a (+1) (-1,5) a (+1)
Penetração (100g, 5s, 25°C), mín 0,1mm 90 50 30
Ponto de Fulgor, mín. °C 220 235 235
Solubilidade em tricloroetileno,
mín.
%
massa
99,5 99,5 99,5
Densidade (20/4°C) mínima 0,9990 0,9990 0,9990
Efeito do Calor e Ar, 163°C por 5h
Razão de Viscosidade, máx. 4,0 4,0 4,0
Variação de Massa, máx. % 1,0 1,0 1,0
3.1.2.1 Métodos de Caracterização dos Ligantes
a) Penetração (DNER ME 003/94)
A consistência do cimento asfáltico (CAP) no estado semi-sólido pode ser avaliada
indiretamente pelo ensaio de penetração. Este ensaio consiste em determinar a
profundidade, em décimos de milímetro, que uma agulha padronizada (de 100g)
penetra verticalmente, durante 5 segundos, em uma amostra de cimento asfáltico à
temperatura de 25ºC. Tem-se que o grau de dureza do CAP é tanto maior quanto
menor for o valor da penetração da agulha na amostra.
49
Este ensaio isoladamente não caracteriza de forma apropriada a qualidade de um
cimento asfáltico, contudo, dá uma indicação do seu grau de dureza, sendo utilizado
em algumas especificações como parâmetro de classificação e também para avaliar
indiretamente o envelhecimento do material betuminoso recuperado de um
revestimento existente.
b) Ponto de Amolecimento (DNER ME 247/94)
Os asfaltos amolecem quando submetidos ao aquecimento e não possuem ponto de
fusão bem definido. Com a finalidade de se ter uma referência semelhante ao ponto
de fusão, vários métodos foram desenvolvidos para medir a temperatura na qual o
asfalto possui determinada consistência. O Ponto de Amolecimento Anel e Bola,
mundialmente conhecido, determina a temperatura na qual o asfalto amolece quando
aquecido em condições padronizadas.
Nesse ensaio o ponto de amolecimento é a mais baixa temperatura na qual uma
esfera metálica padronizada atravessa um anel também padronizado preenchido com
o material betuminoso e percorre determinada distância, sob condições especificadas.
Ressalta-se que essa é uma medida empírica de consistência dos materiais
betuminosos e corresponde, aproximadamente, à temperatura do ponto de fusão.
c) Ductilidade (DNER ME 167/94)
É a distância em centímetros que uma amostra de material betuminoso se rompe, em
condições padronizadas, quando submetida a uma tração. A temperatura do ensaio é
de 25ºC, podendo ser realizado em outras temperaturas, e a velocidade de
deformação de 5 cm/min.
Essa propriedade caracteriza a capacidade de um material suportar grandes
deformações (alongamentos) sem ruptura, representando a resistência à tração e a
flexibilidade do CAP. Quanto mais dúctil, maior a flexibilidade do material. O ensaio
consiste em moldar um corpo de prova e colocá-lo no aparelho denominado
50
Ductilômetro que submete a amostra um alongamento horizontal até ser atingida a
ruptura. O deslocamento, em centímetros, por ocasião da ruptura da amostra, é a
medida da ductilidade.
A maioria dos CAPs para pavimentação têm ductilidade superior a 60 cm. Deve-se
observar que o valor exato da ductilidade não é tão importante como o fato do
material betuminoso ter que ser dúctil, ou seja, um CAP com ductilidade 60 cm pode
ser tão bom quanto um outro de ductilidade 150 cm. Muitos pesquisadores são
contrários as especificações indicarem “maior do que 100 cm” para alguns tipos de
CAP e “maior do que 60 cm” para outros tipos. Evidentemente, um valor de
ductilidade menor que 10 cm está associado a um ligante oxidado por um
aquecimento muito elevado ou a um envelhecimento em serviço do revestimento
antigo.
O importante é que a ductilidade muito baixa caracteriza uma grande fragilidade do
material, enquanto que valores muito elevados podem até indicar maiores
suscetibilidades à temperatura.
d) Ponto de Fulgor (DNER ME 148/94)
O ponto de fulgor é a menor temperatura na qual os vapores emanados durante o
aquecimento do material betuminoso se inflamam quando sobre ele passa uma chama
sob determinadas condições. Esse ensaio tem por finalidade evitar acidentes de
trabalho e verificar possível contaminação do cimento asfáltico com asfalto diluído.
Alguns estudiosos acham que os CAP com elevado ponto de fulgor têm elevada
durabilidade, embora não esteja ainda perfeitamente comprovado. De maneira geral
os CAP’s têm Ponto de Fulgor normalmente superior a 230ºC. Portanto, a sua
contaminação com o asfalto diluído diminui sensivelmente a temperatura de
inflamação do CAP e reflete-se também, na aptidão à compactação da mistura
betuminosa.
51
e) Retorno Elástico (DNER ME 382/99)
A recuperação elástica é a medida da capacidade de retorno do sistema asfalto-
polímero após interrupção do esforço de tração mecânica especificado. A amostra é
colocada em um molde, preparada, introduzida em um banho d’água e submetida a
uma tração que produza um alongamento de 200mm (através do ductilômetro),
quando o material é secionado, é verificado o seu retorno ou recuperação elástica
após 60min de repouso. Efetua-se o ensaio à temperatura de 25 ± 0,5ºC e à
velocidade de 5 ± 0,25 cm/min.
f) Compatibilidade ou Separação de Fases (DNER ME 384/99)
Um forma prática de ser verificar a compatibilidade de uma mistura asfalto/polímero
é pela colocação de uma amostra em tubo cilíndrico de alumínio com uma das
extremidades fechada, o qual é mantido na mesma posição vertical, à temperatura de
cerca de 163°C. Após cinco dias o tubo é retirado da estufa, resfriado e a análise do
ponto de amolecimento é efetuada nas amostras do topo e do fundo do tubo. Quanto
menor for a diferença entre estes resultados melhor é a compatibilidade entre o
polímero e o asfalto.
Segundo a especificação brasileira para asfaltos modificados por polímeros DNER
EM 396/99 a diferença entre o Ponto de Amolecimento da amostra coletada no topo
e no fundo não deve ser superior a 4
o
C.
g) Viscosidade Brookfield (NBR 15184)
É utilizado para avaliar a viscosidade aparente do asfalto nas temperaturas de
transporte, usinagem e compactação de forma a assegurar adequada trabalhabilidade.
52
h) Densidade a 20/4ºC (DNER ME 193/96)
A densidade a 20/4ºC é a relação entre a massa do CAP a 20ºC e a massa de igual
volume de água a 4ºC, caracterizando a natureza do material. Esse ensaio tem por
finalidade a transformação de unidades gravimétricas em volumétricas e é utilizada
no cálculo do volume de vazios de misturas asfálticas.
Considerando a massa específica da água igual a 1,0g/cm
3
a 4
o
C, o número
representativo da densidade do CAP é, portanto, adimensional. No procedimento
para sua determinação são utilizados os chamados picnômetros de Hubbard e
balanças analíticas de grande sensibilidade.
i) Efeito do Calor e Ar (ABNT MB-425)
Os resultados obtidos neste teste permitem avaliar a presença de frações de óleos
mais leves e/ou a oxidação que ocorre durante o aquecimento de uma amostra de 50g
a 163°C durante 5 horas. Tenta-se, assim, simular as condições de usinagem de
asfalto. Após este período, é medida a variação de massa que o material betuminoso
sofreu.
Ressalta-se que após este procedimento é também usual submeter o material
resultante aos ensaios de Penetração, Ponto de Amolecimento, Ductilidade e
Recuperação Elástica, condicionando-se os resultados a novas exigências de
aceitação. A metodologia para esses ensaios é a mesma citada anteriormente.
j) Índice de Susceptibilidade Térmica
Estudos de laboratório têm mostrado que, quando a temperatura (t) aumenta, o
asfalto amolece e conseqüentemente a penetração (P) aumenta. A curva do gráfico
abaixo caracteriza a sensibilidade do CAP às variações da temperatura.
53
Figura 3.3– Sensibilidade do CAP às variações da temperatura
dt
dP
tg =
α
Esses estudos têm também evidenciado que a variação da penetração com a
temperatura em um sistema log(P)
versus t é uma linha reta cujo coeficiente angular
traduz a suscetibilidade térmica do CAP.
Tendo em vista que a penetração é muito próxima a 800 (0,1 mm) na temperatura do
ponto de amolecimento (PA), é possível, portanto, definir a suscetibilidade térmica
em termos de penetração a partir do gráfico abaixo:
Figura 3.4– Suscetibilidade Térmica em termos de penetração
25
log800log
−
−
=
PA
P
tg
α
t
α
P
tºC
PA25
α
lo
g
P
P
800
(penetração)
(temperatura)
54
Pfeiffer e Van Doormaal definiram uma equação onde a suscetibilidade térmica tem
um valor próximo a zero para os asfaltos usados em pavimentação, introduzindo o
chamado Índice de Penetração (IP) sob a forma:
I
S
T
IST
dt
Pd
+
−
=
10
20
02,0
log
Confrontando as duas expressões apresentadas anteriormente, tem-se:
PAP
PAP
IST
+−
−
+
=
log50120
195120log500
O IST é o índice de suscetibilidade térmica de Pfeiffer e Vann Doormaal que nas
especificações brasileiras para asfaltos convencionais pode variar de (-1,5) a (+1) até
julho de 2005, e que a partir desta data está limitado entre (-1,5) a (+0,7). Valores
superiores a (+1) indicam, em geral, asfaltos oxidados, ou seja, pouco sensíveis a
elevadas temperaturas e quebradiços, ou frágeis, quando a temperatura é baixa; já os
valores inferiores a (-2) indicam, em geral, asfaltos muito sensíveis a altas
temperaturas, ou seja, que amolecem rapidamente.
3.1.3 Misturas Asfálticas
3.1.3.1 Misturas Empregadas
Para elaboração do estudo foram escolhidas as taxas de polímero RET consideradas
mais apropriadas para a modificação dos cimentos asfálticos convencionais dos tipos
CAP 20 e CAP 40. Na seqüência, para a determinação do teor ótimo de ligante,
foram elaborados projetos de mistura na Faixa III do DERSA através da metodologia
Marshall (DNER ME 043/95), com os seguintes asfaltos:
•
CAP 20 + 1,5% de Polímero RET + 0,22% de Catalizador H
3
PO
4
, produzido
em laboratório com agitação simples e aquecimento;
•
CAP 40 + 1,0% de Polímero RET + 0,22% de Catalizador H
3
PO
4
, produzido
em laboratório com agitação simples e aquecimento;
55
Após a elaboração dos projetos de mistura com os asfaltos modificados foram
moldados, para cada um dos asfaltos convencionais (CAP 20 e CAP 40), oito corpos
de prova e realizada a verificação do teor ótimo da mistura para a utilização dos
ligantes convencionais.
Os corpos de prova foram moldados segundo a metodologia Marshall com 75 golpes
em cada face, em diferentes teores de ligantes. Buscou-se obter corpos-de-prova com
as mesmas características de homogeneidade obtida na usina, ou seja, as diversas
frações (brita 0, brita 1 e pó de pedra) eram quarteadas e em seguida misturadas de
forma a se obter uma granulometria uniforme para todos corpos-de-prova.
3.1.3.2 Métodos de Caracterização das Misturas
a) Moldagem com Compactador Marshall
Foram moldados corpos-de-prova (cps) no compactador Marshall para realização de
ensaios de módulo de resiliência e resistência à tração. Preparou-se um traço da
mistura com aproximadamente 1.200g de material para confecção de cada corpo-de-
prova. O ensaio consiste em aquecer o ligante e os agregados nas temperaturas pré-
definidas em função da curva de viscosidade do ligante.
Misturou-se o ligante aos agregados e fíler durante dois a três minutos na
temperatura de usinagem e, em seguida, preencheu-se o molde para compactação
com 75 golpes em cada uma das faces do corpo-de-prova. Após a mistura dos
materiais, o recipiente com a mistura permaneceu em estufa, na temperatura de
compactação, pelo período de duas horas para simular o efeito do condicionamento
de curto prazo equivalente ao período de usinagem e transporte entre a usina e a
pista. Em seguida, a amostra foi levada à compactação.
b) Densidade Aparente (DNER-ME 117/94)
Após o desmolde do corpo-de-prova cilíndrico são efetuadas quatro medidas de
altura e diâmetro para obter um valor médio das dimensões dos corpos de prova.
56
A densidade aparente foi estimada, pesando-se os corpos-de-prova primeiramente
secos e depois submersos, e empregando o peso específico da água.
c) Densidade Máxima Medida (ASTM D 2041/00 - Método Rice)
Este método permite determinar a massa específica máxima medida e a densidade da
mistura asfáltica não compactada a 25°C (G
mm). A massa específica máxima é usada
no cálculo dos vazios com ar na mistura asfáltica compactada, no cálculo da
quantidade de ligante absorvido pelo agregado, além de fornecer valores de projeto
para compactação das misturas asfálticas. O ensaio consiste em colocar uma amostra
de mistura asfáltica, em condição solta em um recipiente com água (25°C) até
submersão total da amostra. Em seguida aplica-se gradualmente vácuo para reduzir a
pressão residual dentro do recipiente para 30mmHg ou menos que será mantido por
dois minutos sob agitação mecânica. Ao fim deste período de tempo, o vácuo é
gradualmente eliminado. O volume da amostra da mistura é obtido complementando
o nível do recipiente com água e pesando-se ao ar. A massa e a temperatura são
anotadas. A partir das medidas de massa, calcula-se a massa específica ou densidade
real da mistura corrigindo-a para a temperatura de 25°C.
d) Resistência à Tração Indireta Estática (DNER-ME 138/94)
O ensaio de compressão diametral ou tração indireta, conhecido internacionalmente
como “ensaio brasileiro”, foi desenvolvido pelo Professor Fernando Luiz Lobo
Carneiro para determinar a resistência à tração de corpos de prova de concreto
através de carregamento estático. O corpo de prova cilíndrico é posicionado
diametralmente em relação à direção da compressão, resultando numa tração, agindo
perpendicularmente ao longo do plano diametral que promove a ruptura do corpo
nesta direção. É realizado numa prensa Marshall, sendo o corpo de prova apoiado ao
longo de suas geratrizes por dois frisos de carga posicionados na parte superior e
inferior do corpo-de-prova, devidamente padronizados.
57
e) Módulo de Resiliência por Compressão Diametral (DNER-ME 133/94)
O Módulo de Resiliência é definido como sendo a relação da tensão de tração gerada
no corpo de prova com a deformação de tração recuperável correspondente. Este
ensaio consiste em solicitar o corpo-de-prova por uma carga repetida de compressão
diametral distribuída ao longo de duas geratrizes opostas e medir a deformação
resiliente ao longo do diâmetro horizontal, perpendicular à carga aplicada. A duração
da carga de compressão usual é de 0,1 segundos, com repouso de 0,9 segundos.
f) Ensaio de Deformação Permanente no Simulador de Tráfego Tipo LPC –
Laboratoire Central des Ponts et Chaussées
O ensaio de deformação permanente é realizado para verificar a resistência da
mistura estudada à ação do tráfego em relação à deformação da trilha de roda. Este
ensaio é composto por três partes distintas, sendo estas descritas a seguir.
; Misturação
O processo de usinagem da mistura asfáltica segue este procedimento: pesagem do
material já pré-aquecido em estufa na quantidade exata do traço; quando os
agregados atingem a temperatura de usinagem, são colocados dentro do tacho da
misturadora, (tacho já aquecido previamente) e, após a homogeneização dessas
partes, adiciona-se o ligante asfáltico na temperatura de usinagem, conforme o
projeto descrito anteriormente.
Misturam-se esses materiais até homogeneização visual. Todo esse processo decorre
no período de 5 a 8 minutos. A Figura 3.5 abaixo mostra a misturadora desenvolvida
para esta finalidade.
58
Figura 3.5 – Misturadora
Transfere-se a mistura asfáltica do tacho da misturadora para uma bandeja, mede-se a
temperatura que a mistura apresenta imediatamente após a usinagem, em seguida é
colocada dentro de uma estufa regulada com temperatura para moldagem
(temperatura correspondente à compactação).
; Compactação das Placas
As placas de misturas asfálticas do tipo CBUQ foram compactadas por
amassamento, simulando a compactação de campo, por meio de um equipamento
denominado “mesa compactadora tipo LCPC francês (Laboratoire Central des Ponts
et Chaussées) – Foto 3.6, conforme especificação francesa NF P 98-250-2
Preparation dês Mélanges Hydrocarbonés. As placas possuem as dimensões de
500mm de comprimento x 180 mm de largura por 50mm de espessura.
59
Figura 3.6 – Mesa Compactadora tipo LCPC
Foram usinadas quantidades exatas de misturas asfálticas segundo o projeto
Marshall, e quando compactadas ocuparam todo o volume do molde, obtendo assim
a densidade desejada. As temperaturas de compactação são as apresentadas no
projeto.
; Deformação Permanente nas Trilhas de Roda
Os ensaios de Deformação Permanente nas trilhas de roda foram realizados em
simulador de tráfego tipo LPC francês (Laboratoire des Ponts et Chaussées). A
Figura 3.7 mostra sendo testadas duas placas de cada vez. Os ensaios foram
realizados conforme especificação francesa NF P 98-253-1 Déformation Permanente
des Mélanges Hydrocarbonés.
Os ensaios de deformação permanente em trilhas de roda foram conduzidos a 60
o
C,
até 30.000 ciclos, como especificado na norma francesa anteriormente mencionada.
Foram realizadas medidas intermediárias de afundamentos em trilha de roda,
conforme preconizado na norma. As medidas de afundamentos na superfície são
realizadas em cinco diferentes seções transversais da placa, com três leituras ao
longo de cada seção, totalizando quinze pontos medidos em cada etapa de ciclos. O
afundamento medido em cada determinado número de ciclos refere-se à média destes
quinze pontos medidos, referenciados à primeira leitura.
60
Figura 3.7 – Simulador LPC
3.2 Trecho Experimental da Rodovia Anhenguera
3.2.1 Agregados
3.2.1.1 Origem
No trecho experimental executado foram empregados agregados de natureza mineral
granítica, proveniente da Pedreira Basalto 6, localizada na Estrada Velha de
Indaiatuba em Campinas, estado de São Paulo. Este material foi escolhido por ser um
agregado de boas características físicas e mecânicas e próximo ao segmento
restaurado.
3.2.1.2 Análise Granulométrica
Para composição da curva granulométrica do projeto foram selecionadas quatro
frações: brita 1 (19 mm), pedrisco (12,5 mm), pó de pedra (4,8 mm) e fíler (Cal
CH1). As características granulométricas dos agregados graúdos e miúdos são
apresentadas na Tabela 3.5 e na Figura 3.8.
61
Tabela 3.5 – Análise Granulométrica dos Agregados
PENEIRA BRITA 1 PEDRISCO PO DE PEDRA CAL CH I
Abertura (mm) Poleg./N (% que passa)
19,0 ¾ 100,0 - - -
12,5 ½ 44,0 100,0 - -
9,52 3/8 16,0 99,0 100,0 -
4,80 4 1,0 13,0 98,0 -
2,00 10 0,5 2,0 63,0 -
0,42 40 0,1 1,5 27,0 100,0
0,175 80 - 1,0 18,0 98,0
0,075 200 - 0,5 10,0 95,0
Figura 3.8 – Curvas Granulométricas dos Agregados Empregados
Curvas Granulométricas dos Agregados Individuais
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0,01 0,1 1 10 100
Abertura das Peneiras (mm)
Porcentagem de material passando,
em pesso
Brita 1 Pedrisco Po de Pedra Cal CH 1
62
3.2.1.3 Características dos Agregados
Durante a elaboração do projeto de mistura foram executados ensaios de
caracterização do material pétreo pelo Consórcio Construban, responsável pela
qualidade dos serviços executados no sistema administrado pela Empresa Autoban.
Os ensaios realizados seguiram as metodologias e ensaios apresentados a seguir.
a) Granulometria (DNER 083/94)
e) Abrasão Los Angeles (DNER ME 035/94)
f) Equivalente Areia (DNER ME 054/94)
g) Durabilidade Frente ai Sulfato de Sódio (DNER ME 089/94)
i) Índice de Forma (DNER ME 086/94)
j) Índice de Plasticidade (DNER ME 082/94)
h) Limite de Liquidez (DNER ME 122/94)
A Tabela 3.6 apresenta as características do agregado estudado.
Tabela 3.6: Características do Agregado Estudado
Ensaio Método Obtido Especificado
Abrasão Los Angeles DNER ME 035/94 16% <50%
Equivalente de Areia (sem cal) DNER ME 054/94 79,9% >55%
Durabilidade Frente ao Sulfato de
Sódio (Brita 1 e Pedrisco)
DNER ME 089/94 0,10% <15%
Durabilidade Frente ao Sulfato de
Sódio (Pó de Pedra)
DNER ME 089/94 0,40% <18%
Índice de Forma (Brita 1) DNER ME 086/94 0,79% >0,5%
Índice de Plasticidade DNER ME 082/94 NP <6,0%
Limite de Liquidez DNER ME 122/94 NP <25%
63
3.2.1.4 Escolha da Curva Granulométrica
A curva utilizada foi escolhida pelo Consórcio Construban, que optou pela utilização
da Faixa III do DERSA. Esta faixa tem sido utilizada ao longo dos últimos anos nas
restaurações das rodovias Anhanguera e Bandeirantes. São apresentados na Tabela
3.7 e na Figura 3.9 os percentuais dos agregados e a curva granulométrica de projeto.
Tabela 3.7
– Distribuição percentual dos agregados e curva de projeto
PENEIRA
BRITA 1 PEDRISCO
PO DE
PEDRA
CAL CH1
20,0% 17,5% 61,0% 1,5%%
Abertura
mm
Poleg.
/N
(% que passa)
GRANUL.
OBTIDA
(%)
Especificaçã
o DERSA
ET-
P00/027FIII
19,0 ¾ 100,0 - - - 100,0 100
12,5 ½ 44,0 100,0 - - 88,8 80 – 100
9,52 3/8 16,0 99,0 100,0 - 83,0 70 – 90
4,80 4 1,0 13,0 98,0 - 63,8 50 – 70
2,00 10 0,5 2,0 63,0 - 40,4 33 – 48
0,42 40 0,1 1,5 27,0 100,0 18,3 15 – 25
0,175 80 - 1,0 18,0 98,0 12,6 8 – 17
0,075 200 - 0,5 10,0 95,0 7,6 4 – 10
64
Figura 3.9– Comparativo entre a Curva de Projeto, EME 0/14 e faixa B do DNER.
3.2.2 Ligantes Asfálticos
Na restauração do Trecho Experimental foram utilizados dois tipos de ligantes, um
cimento modificado por polímero do tipo RET e um asfalto convencional, utilizado
como trecho de referência para comparar o desempenho das duas misturas:
•
CAP 40 – proveniente de destilação à vácuo, produzido na Refinaria
Presidente Getúlio Vargas (REPAR), Araucária;
•
CAP 40 + 1,5% de Polímero RET + 0,22% de Catalizador H
3
PO
4
, produzido
na Usina de Asfalto instalada na pedreira Basalto 6, por agitação simples e
aquecimento.
Curvas Granulométricas dos Agregados Individuais
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0,01 0,1 1 10 100
Abertura das Peneiras (mm)
Porcentagem de material passando,
em pesso
FAIXA III DERSA Projeto de Mistura
65
A modificação do asfalto com 1,5% de polímero RET e 0,22% de Catalizador H
3
PO
4
foi realizada em um dos tanques de armazenamento de ligante da Usina utilizada na
fabricação da mistura asfáltica. O tanque utilizado na modificação foi adaptado com
a colocação de dois funis para a adição do polímero e dois conjuntos de agitadores,
cada um composto por um eixo maciço com diâmetro de 3 polegadas, dois conjuntos
de hélice com três paletas cada e um conjunto moto redutor com potência de 15Cv e
rotação final de 115RPM – Figura 3.10.
Figura 3.10 – Tanque Adaptado para Modificação de Asfalto
3.2.3 Monitoramento do Trecho Experimental
Com o objetivo de se possibilitar a análise objetiva do desempenho do revestimento
executado, realizou-se o monitoramento periódico das condições estruturais,
superficiais, funcionais e de segurança do pavimento, através da realização de
ensaios não destrutivos in situ, conforme detalhado a seguir.
•
Deflectometria: medidas de deflexões recuperáveis com o Falling Weight
Deflectometer (FWD), de forma periódica, para verificação da evolução
da condição da estrutura face à solicitação de cargas;
66
•
Irregularidade: medidas periódicas do Quociente de Irregularidade (QI),
com equipamento tipo resposta, para verificação da condição de conforto
ao rolamento no referido trecho;
•
Inventário de Superfície: Levantamento Visual Detalhado (LVD) para o
cadastro com a localização, dimensão e descrição dos defeitos existentes;
•
Aderência: avaliação do coeficiente de atrito com medidas pontuais em
unidades de amostragem aleatórias, empregando-se o “Pêndulo Britânico”
e ensaios de mancha de areia, para a verificação das condições de
segurança dos usuários caracterizando-se a microtextura e a macrotextura
da superfície após três anos da execução do segmento.
3.2.3.1 Deflectometria
Desde a percepção de que o problema de capacidade de carga de pavimentos deve-se
também a deformabilidade elástica das camadas, a determinação desta característica
por ensaios não-destrutivos vem desempenhando papel preponderante na busca da
racionalização da análise e projeto dessas estruturas.
Entre os ensaios não-destrutivos (NDT) estão incluídos os deflectométricos que
consistem em medições dos deslocamentos verticais recuperáveis na superfície do
pavimento quando submetido à aplicação de cargas transientes auxiliando, quando
adequadamente interpretados, na avaliação da capacidade das camadas do pavimento
em resistir os efeitos decorrentes das cargas de tráfego (SCULLION, 1999).
i.
Os deflectômetros do impacto do tipo Falling Weight Deflectomenter (FWD),
incorporados ao meio rodoviário no início da década de 80, tem utilização crescente
no mundo. Representam uma nova fase de ensaios não destrutivos para avaliação
estrutural de pavimentos asfálticos e de concreto, de pistas de aeroportos e de
67
rodovias, pois representa uma evolução dos procedimentos de prova de carga quase
estáticos (viga Benkelman) para ensaios dinâmicos através de impacto que procuram
simular um pulso de carga semelhante à passagem de veículo com velocidade entre
60 e 80km/h num ponto na superfície do pavimento (MACÊDO, 1996).
No Brasil conta-se com este equipamento desde 1988, sendo que no ano 2000
existiam no País nove equipamentos tipo FWD; sendo sete de fabricação Dynatest,
versão norte-americana, e dois do tipo KUAB, versão Sueca.
O equipamento utilizado para a determinação das deflexões recuperáveis foi o FWD
Dynatest Modelo 8000E, que é um deflectômetro de impacto desenvolvido na
Dinamarca e aperfeiçoado nos EUA.
O FWD Dynatest é montado num trailer que pode ser rebocado por qualquer veículo
devidamente equipado, de capacidade média de carga. O pulso de carga transiente é
gerado pela queda de um conjunto de massas metálicas sobre um sistema de colchões
amortecedores de borracha, que transmite a carga ao pavimento através de uma placa
apoiada sobre uma membrana de borracha. A operação de elevação e queda do
conjunto de massas sobre os amortecedores de borracha é controlada por um sistema
eletro-hidráulico (PITTA, 1998).
Acompanha o aparelho uma placa com 300 mm de diâmetro, que foi empregada para
permitir uma área de contato semelhante à do eixo padrão rodoviário brasileiro, e
outra de 450 mm. Ambas podem inclinar-se em até seis graus em relação a horizontal
para facilitar o ajuste à superfície do pavimento.
A força aplicada ao pavimento pode variar entre 7 a 111 kN pela modificação da
altura de queda e/ou pela alteração da configuração do conjunto de massas utilizado.
Na placa circular existe uma célula de carga que mede a carga do impacto
proveniente da queda do conjunto de massas.
Nos estudos em questão empregou-se uma força de 4,1 tf, equivalente ao semi-eixo
padrão rodoviário brasileiro, aplicada em uma área circular com 30 cm de diâmetro.
68
Os deslocamentos gerados na superfície do pavimento (deflexões) são medidos por
sete geofones (com capacidade máxima de medição de 2 mm) instalados na placa de
carga e ao longo de uma barra metálica de 2,25m de comprimento, a qual é abaixada
automaticamente com a placa de carga (DYNATEST INC, 1995).
Não somente neste equipamento, mas também em todos seus congêneres, a distância
de cada geofone ao centro da placa de carga deve ser fixada visando maximizar a
acurácia, em função da estrutura do pavimento ensaiado, procurando posicioná-los
de forma que as deflexões neles registradas reflitam a contribuição das diversas
camadas na deformabilidade do pavimento e que o último seja instalado numa
distância tal que a geometria da bacia fique completamente definida.
A diferença na geometria das bacias devido à rigidez dos diversos tipos de pavimento
é mais significativa até 60-90 cm da placa de carga, e recomenda-se uma
configuração de sensores nas seguintes distâncias em relação ao local de aplicação da
carga: 0, 20, 30, 45, 60, 90 e 150 cm para pavimentos flexíveis e rígidos (SHRP,
1989).
Entretanto, nos estudos de caso em questão, o sétimo geofone foi posicionado a 120
cm do ponto de aplicação da carga. Este tipo de ajuste deve ser realizado caso a caso,
conforme previsto na norma DNER-PRO 273/96.
No presente estudo a altura de queda foi ajustada, em todos os levantamentos, de
forma a permitir que a carga final igual à de um semi-eixo padrão rodoviário, ou seja,
4,1 tf.
As informações dos sete geofones, da célula de carga e os sinais de controle são
enviadas ao processador de sinais através de um cabo de sinais múltiplos. Este
processador transforma cada sinal analógico em digital e as transmite ao computador
que grava as informações obtidas e controla toda operação do ensaio. Pela tela do
69
computador pode-se observar a variação ao longo do tempo das deflexões lidas nos
geofones, além da forma do pulso de carga aplicado (figura 3.11). Verifica-se que o
pulso de carga tem duração de cerca de 30ms, o que equivale aproximadamente a um
veículo em movimento a 70km/h. Verifica-se também que o pico das deflexões
apresenta uma defasagem em relação à carga e que é tanto maior quanto mais
afastado se encontra o geofone do centro da placa de carregamento. Este efeito é
significativo até mesmo em pavimentos rígidos onde o atraso de fase é bem menor
que nos pavimentos flexíveis e, provavelmente, caracteriza o comportamento visco-
elástico dos materiais da estrutura analisada (MACÊDO, 1996).
Figura 3.11 – Bacia de deflexões medida com o FWD (DYNATEST INC, 1995)
O conjunto de dados medidos (valores de pico das respostas) é mostrado no monitor
do computador para inspeção, sendo em seguida armazenado em disco magnético
e/ou enviado para a impressora com as identificações necessárias. O equipamento
também registra a posição do ensaio e as temperaturas da superfície do pavimento e
do ambiente.
A parte esquerda superior da figura anterior mostra a "rigidez total" do pavimento
através de um módulo equivalente calculado como se o pavimento fosse um semi-
espaço elástico homogêneo, em termos de deflexão. Este módulo é calculado sob
cada geofone pela formulação da teoria da elasticidade:
70
Onde:
σ - pressão aplicada, em kgf/cm
2
;
a - raio da área carregada, em cm;
r - distância radial, em cm;
µ - coeficiente de Poisson, adimensional;
d(r) - deflexão, na distância r, em cm
Este gráfico permite detectar rapidamente, após análise qualitativa ainda em campo,
alguma anomalia na bacia de deflexões, caso em que se pode repetir o ensaio ou
anotar alguma observação julgada pertinente à situação encontrada.
O procedimento de ensaio é realizado na seguinte seqüência:
i.
Move-se o trailer para o local do ensaio, e posiciona-se o FWD na estação
desejada, geralmente na trilha de roda externa;
ii.
Liga-se o microcomputador e o processador que ficam na cabine do veículo
rebocador;
iii.
Seleciona-se a configuração de massas a ser utilizada na campanha de
ensaios, fixando-a nos locais apropriados;
iv.
Aciona-se no microcomputador o programa de campo, que permite, definido
o tipo de ensaio desejado, realizar todas operações, incluindo abaixamento da
placa de carga e da barra de geofones, elevação dos pesos para altura de
queda pré-determinada, liberação dos pesos para a queda e, finalmente, a
elevação da placa conjuntamente com a barra de sensores para o
deslocamento do equipamento em direção ao próximo ponto de medida. A
operação completa pode ser controlada por uma pessoa situada no veículo
rebocador e uma seqüência de ensaio dura 45 segundos em média.
v.
A cada golpe programado e aplicado vão sendo exibidos em tela, na linha
relativa a altura de queda, o pico de pressão na placa, a força correspondente
(
)
()
rdr
a
E
⋅
−⋅
=
22
1
µσ
71
e os picos de deflexão registrados em cada geofone. Concluída a seqüência de
golpes, a placa e os sensores são suspensos hidraulicamente e o sistema emite
um sinal sonoro ("beep") indicando que o trailer pode ser deslocado para a
próxima estação de ensaio.
3.2.3.2 Irregularidade Longitudinal
As condições de conforto são avaliadas através da medição da irregularidade
associada à via. Irregularidade é definida como sendo “o desvio da superfície da
rodovia em relação a um plano de referência, que afeta a dinâmica dos veículos, a
qualidade de rolamento e as cargas dinâmicas sobre a via” (DNER-PRO 182/94,
1994).
Adota-se como escala padrão de irregularidade no Brasil o Quociente de
Irregularidade (QI), expresso em contagens por quilômetro, sendo esta medida, de
acordo com PATERSON (1987) correlacionada com o International Roughness
Index (IRI), expresso em metros por quilômetro, através da seguinte equação:
13
QI
IRI =
Para as determinações da irregularidade, ou do quociente de irregularidade, no trecho
em questão, empregou-se medidor do tipo resposta instalado em um veículo que, ao
deslocar-se sobre a via, fornece uma série de leituras que representam o somatório
dos deslocamentos verticais retificados (isto é, em valores absolutos) do eixo traseiro
do veículo em relação à carroçaria do mesmo (DNER-PRO 182/94, 1994).
Em todas as campanhas de avaliação foram empregados medidores totalmente
informatizados, ligado ao hodômetro digital devidamente calibrado, que lhe permite
registrar, além da distância percorrida, as velocidades média e instantânea do
72
veículo-teste, contribuindo para que o operador tenha maior controle sobre o
levantamento.
À medida que o levantamento é realizado, informações como distância percorrida,
velocidade média e leituras são automaticamente gravadas em um arquivo no disco
rígido do computador que controla todo o sistema, sem a interferência do operador.
O procedimento metodológico da avaliação passa pelas seguintes etapas:
Posicionamento do veículo-teste na faixa de tráfego a ser avaliada, acerca
de quinhentos metros do início do trecho;
Liga-se o veículo-teste e, a duzentos metros de início do trecho, faz-se
com que ele adquira velocidade constante;
Quando o veículo-teste passa pelo ponto de início do trecho, aciona-se o
dispositivo medidor;
Os registros são realizados em intervalos pré-determinados, de acordo
com a calibração realizada;
Desliga-se o medidor na posição final.
Destaca-se que, durante a execução do levantamento, a pista deve estar livre e as
rodas do lado direito do veículo-teste devem estar posicionadas na trilha de roda.
Convém ressaltar que pode haver a necessidade de mudança de velocidade de
percurso de acordo com a variação do fluxo de tráfego, entretanto a velocidade com
que foi realizada a medição é devidamente registrada.
A velocidade de operação pode ser estabelecida de acordo com as condições de
tráfego e superfície, havendo para cada velocidade, uma equação de calibração. No
presente estudo, sempre que possível, as avaliações foram procedidas a 80 km/h,
velocidade para a qual o equipamento e os modelos foram concebidos.
Por se tratar de um equipamento do tipo resposta, faz-se necessário o conhecimento
das curvas de calibração nas possíveis velocidades de levantamento, de forma a
permitir o cálculo do Quociente de Irregularidade (QI) de cada trecho.
73
O procedimento de calibração consiste na realização de cinco passagens sobre
trechos de referência, ou seja, segmentos rodoviários cujo QI foi determinado
preliminarmente pelo Método de Nível e Mira, de forma a estabelecer a equação de
regressão baseada nos valores de irregularidade (QI) e nas leituras médias conhecidas
(L) para cada uma das velocidades pré-estabelecidas. Dessa forma, para cada
velocidade de operação, têm-se determinadas as constantes da equação genérica:
QI = a + b L + c L
2
Pode-se, através desta equação, ser calculada a irregularidade do pavimento a partir
das leituras avaliadas com o equipamento tipo resposta (DNER-PRO 164/94, 1994).
3.2.3.3 Inventário de Superfície
Para realização do Inventário de Superfície foi realizado o Levantamento Visual
Detalhado (LVD). Este levantamento tem o objetivo de analisar a condição de
superfície dos pavimentos (pista de rolamento e acostamento) de maneira detalhada,
sendo realizado por técnicos que locam e caracterizam os defeitos existentes no
pavimento da pista e do acostamento em ficha específica, determinando as áreas com
presença de trincamentos, remendos, panelas, erosões, afundamentos, etc., ou seja,
cadastrando as áreas em que há necessidade de intervenção, subsidiando a definição
de soluções de recuperação e manutenção.
As áreas críticas (com defeitos) são identificadas em uma ficha que contém o croqui
representativo de um segmento de 1000 metros, com subdivisões de 100 m. Nesta
ficha tem-se também uma planilha onde são apontados os defeitos, suas localizações
e dimensões, bem como observações e comentários julgados necessários para a
avaliação e diagnóstico do segmento correspondente.
3.2.3.4 Aderência
74
A segurança em uma rodovia está associada a muitos fatores tais como sinalização
horizontal e vertical, traçado, existência de objetos na pista, etc. Porém, no que diz
respeito ao pavimento, a segurança, basicamente, trata da interação entre o pneu e o
revestimento, que é definida pela resistência à derrapagem, representada pelos níveis
de atrito da pista.
A avaliação de segurança de um pavimento refere-se à determinação de sua condição
de aderência, quantificando e qualificando, através de ensaios e metodologia
apropriada e reconhecida internacionalmente, a micro e a macrotextura do
pavimento, parâmetros que influem diretamente na aderência entre pneu e pavimento
(DNER, 1998).
A resistência à derrapagem entre as superfícies de um pneumático e de um
revestimento de pavimento é uma grandeza que interfere diretamente na segurança
dos usuários de veículos e pedestres, uma vez que determina a distância necessária
para a parada do veículo durante a frenagem, ou sua permanência na trajetória em
curvas horizontais.
A aderência entre pneu e pavimento é determinada pelo coeficiente de atrito
característico do contato entre as duas superfícies. O coeficiente de atrito é função da
força normal atuando no contato e da aspereza das superfícies dos pneumáticos e dos
pavimentos.
A avaliação da aderência foi realizada com base na medida do coeficiente de atrito
pelo Pêndulo Britânico, atendendo-se à especificação da ASTM E 303 –93, e pelo
ensaio de mancha de areia. As medidas realizadas por estes dois ensaios foram feitas
no final do estudo do trecho; não há informações referentes às condição de aderência
previamente à restauração da via.
O princípio de medição do coeficiente de atrito pelo Pêndulo Britânico consiste em
liberar-se o braço do pêndulo de uma determinada altura. Dessa maneira, a sapata
revestida de borracha, localizada no final do braço, desliza sobre a superfície
75
previamente molhada do pavimento, simulando assim a passagem do pneu de um
veículo a 50 km/h. Mede-se então, na escala existente no equipamento, a altura
máxima a qual chega o braço, após a sapata deslizar sobre a pista (ASTM E 303-93,
1998). A figura 3.12 ilustra o Pêndulo Britânico (ASTM E 3003-93, 1998).
Figura 3.12 – Pêndulo britânico
Ressalta-se que a superfície é molhada antes de se executar o ensaio e os resultados
são corrigidos em função da temperatura do pavimento molhado, a fim de se simular
a situação crítica quanto à aderência e de se evitar erros no resultado,
respectivamente.
Os ensaios de Mancha de Areia (Figura 3.13) consistem na distribuição de
quantidade de 25.000mm
3
de areia padronizada quanto à graduação na superfície do
pavimento com movimentos circulares, até que o material recubra a maior área
possível do revestimento de modo que fiquem expostos somente as extremidades
superiores dos agregados que mais se sobressaem. A medição do diâmetro deste
círculo permite a determinação da espessura de areia existente nos “canais” formados
entre agregados expostos, visto que o volume despejado é conhecido. Relaciona-se a
espessura ou altura média de mancha de areia com a macrotextura superficial
(DNER, 1998).
O cálculo da altura média HS de mancha de areia em mm é feita pela expressão:
76
4
000.25
2
D
HS
π
=
Onde:
HS = profundidade Média de Areia (mm);
D
= diâmetro da mancha (mm);
A avaliação das condições de segurança pela medida do Pêndulo Britânico em
termos de aderência pneu-pavimento, ou resistência à derrapagem, estão resumidas
na Tabela 3.8.
Tabela 3.8 – Classificação da condição da via a partir dos valores de VRD
Valores de Resistência à Derrapagem
(VRD)
Classe da Pista
< 25
Perigosa (Extremamente Lisa)
25 – 31 Muito Lisa
32 – 39 Lisa
40 – 46 Insuficientemente Rugosa
47- 54 Medianamente Rugosa
55 – 75
Rugosa (Áspero)
> 75
Muito Rugosa (Muito Áspero)
Já os conceitos de macrotextura podem ser definidos a partir da profundidade média
de areia, conforme a tabela 3.9.
77
Figura 3.13 – Ensaio da Mancha de Areia
Tabela 3.9 – Classificação da condição da via a partir da profundidade de areia
Profundidade Média de Areia - HS (mm) Classe da Pista
HS < 0,20 mm Muito Fina ou Muito Fechada
0,20 mm < HS < 0,40 mm Fina ou Fechada
0,40 mm < HS < 0,80 mm Média
0,80 mm < HS < 1,20 mm Grosseira ou Aberta
HS > 1,20 mm Muito Grosseira ou Muito Aberta
78
4 ESTUDO DE CASO EM LABORATÓRIO
Para a elaboração do estudo de caso em laboratório foram realizadas diversas
modificações de ligantes asfálticos dos tipos CAP20 e CAP40 com distintos teores
de polímero RET (1%, 1,5% e 2% - em peso do CAP) com posterior dosagem de
uma mistura na Faixa III do DERSA no teor de RET considerado como mais
adequado para cada um dos tipos de ligante estudados.
4.1 ESTUDO DE LIGANTES
Para o presente estudo foram utilizados os ligantes asfálticos dos tipos CAP 20
1
e
CAP 40
2
provenientes, respectivamente, das refinarias do Vale do Paraíba (REVAP
em São José dos Campos) e do Paraná (REPAR em Araucária). As modificações
realizadas em laboratório encontram-se listadas abaixo:
•
CAP 20 + 1,0% de Polímero RET + 0,22% de Catalizador H
3
PO
4
;
•
CAP 20 + 1,5% de Polímero RET + 0,22% de Catalizador H
3
PO
4
;
•
CAP 20 + 2,0% de Polímero RET + 0,22% de Catalizador H
3
PO
4
;
•
CAP 40 + 1,0% de Polímero RET + 0,22% de Catalizador H
3
PO
4
;
•
CAP 40 + 1,5% de Polímero RET + 0,22% de Catalizador H
3
PO
4
;
•
CAP 40 + 2,0% de Polímero RET + 0,22% de Catalizador H
3
PO
4
;
Os passos para a modificação do ligante asfáltico em laboratório são bastante simples
sendo necessários, para tanto, o aquecimento e a agitação direta conforme detalhado
nos nove passos a seguir:
1
Atualmente pela classificação dos ligantes asfálticos, em vigor a partir de julho de 2005, o CAP 20
corresponderia ao CAP 50/70.
2
Atualmente pela classificação dos ligantes asfálticos, em vigor a partir de julho de 2005, o CAP 40
corresponderia ao CAP 30/45.
79
1.
Aquecer cuidadosamente a amostra de asfalto até que a mesma se encontre
suficientemente fluida para poder ser trabalhada (geralmente à 175
o
C);
2.
Agitar a amostra até que a mesma se torne homogênea;
3.
Vertê-la dentro de um recipiente adequado para a mistura;
4.
Inserir o recipiente de asfalto em um agitador e elevar a temperatura entre 185
o
C
e 190
o
C;
5.
Agitar a amostra de forma rápida o suficiente para formar um pequeno vórtice,
sem permitir a entrada excessiva de ar na amostra;
6.
Adicionar lentamente o polímero RET (aproximadamente 10g/minuto), no teor
desejado;
7.
Agitar a amostra durante 1 hora, mantendo a temperatura entre 185
o
C e 190
o
C.
(Para manter o nível adequado de agitação a velocidade do agitador deve ser
aumentada em função da variação da viscosidade do ligante asfáltico);
8.
Adicionar 0,22% (porcentagem em peso de asfalto) do Catalisador H
3
PO
4
-
Ácido Polifosfórico à mistura, tomando cuidado de adicionar o ácido depois que
se tenha dissolvido todo o polímero, caso contrário o mesmo não se dissolverá
mais no asfalto e podem se formar grumos.
9.
Agitar por 30 minutos adicionais a mistura de cimento asfáltico, RET e o
catalisador.
O equipamento utilizado para a produção das amostras dos ligantes asfálticos
empregados na presente pesquisa foram um termômetro, uma furadeira com controle
de velocidade de rotação, um hélice adaptada à furadeira para promover a mistura,
um suporte e um recipiente metálico, apresentados na Figura 4.1.
80
Figura 4.1 – Equipamento para Modificação em Laboratório
Após a sua modificação com polímero, os ligantes asfálticos foram caracterizados
fisicamente, sendo os resultados detalhados na seqüência para cada tipo de ensaio
empregado.
•
Penetração
O ensaio de Penetração isoladamente não caracteriza perfeitamente a qualidade de
um cimento asfáltico, contudo, constitui uma indicação do seu grau de dureza, sendo
utilizado em algumas especificações como parâmetro de classificação. No CAP 20,
com a adição de 1% de polímero RET a penetração foi de 60x0,1mm (ligante puro)
para 49x0,1mm (ligante modificado com 1% de RET) e nas modificações
subseqüentes com 1,5% e 2% a redução foi menos significativa, com valores de
47x0,1mm e 42x0,1mm, respectivamente.
Para o CAP 40, a adição de 1,0% de RET não alterou significativamente a
Penetração; já as modificações com 1,5% e 2,0% representaram uma redução de
32x0,1mm para 17x0,1mm e 25x0,1mm, respectivamente.
81
Os valores encontrados para a Penetração dos ligantes ensaiados são apresentados
nas Figuras 4.2 e 4.3.
Penetração a 25ºC (CAP20)
60
49
47
42
0
10
20
30
40
50
60
70
CAP20
Penetração
(x0,1mm)
CAP 20 CAP 20+1%RET+0,22%CAT CAP 20+1,5%RET+0,22%CAT CAP 20+2%RET+0,22%CAT
Figura 4.2 – Valores de Penetração para o CAP20 e modificados
Penetração a 25ºC (CAP40)
32
33
17
25
0
10
20
30
40
50
60
CAP40
Penetração
(0,1mm)
CAP 40 CAP 40+1%RET+0,22%CAT CAP 40+1,5%RET+0,22%CAT CAP 40+2%RET+0,22%CAT
Figura 4.3 – Valores de Penetração para o CAP40 e modificados
•
Ponto de Amolecimento
Os valores encontrados para o Ponto de Amolecimento dos ligantes ensaiados são
apresentados na Figura 4.4.
82
Figura 4.4 – Valores de Penetração para o CAP40 e modificados
Em ambos os asfaltos estudados (CAP 20 e CAP 40) quanto maior foi o teor de
polímero adicionado, maior foi o Ponto de Amolecimento encontrado. Estes
resultados são positivos no sentido de que quanto maior o Ponto de Amolecimento,
maior a resistência à deformação permanente.
Além disso, observa-se que para o CAP 40 o acréscimo no ponto de amolecimento,
quando o teor de polímero foi elevado de 1,5% para 2% foi muito pequeno, de 63,5%
para 65,4%, indicando uma tendência de estabilização deste parâmetro para teores de
polímero mais elevados.
•
Ductilidade
Todos os asfaltos modificados por polímero do Tipo RET tiveram uma redução no
valor da Ductilidade quando comparados com os asfaltos convencionais. Para o CAP
20 houve uma redução significativa desta propriedade quando foi adicionado 1,5%.
Nas modificações subseqüentes as reduções foram menos significativas, sendo que o
valor permaneceu quase estável quando se compara os ligantes modificados com 1,5
e 2,0% (ductilidades de 54cm e 51cm, respectivamente).
Ponto de Amolecimento (oC) x % RET
47,4
61,0
59,0
56,0
53,5
63,5
65,4
57,3
40
45
50
55
60
65
70
0,0% 0,5% 1,0% 1,5% 2,0%
% RET
Ponto de
Amolecimento
(oC)
CAP 20 CAP 40
83
Para o CAP 40, a maior redução ocorreu quando se compara a modificação com
1,0% e 1,5% (queda na ductilidade de 96cm para 36cm).
A maioria dos ligantes para pavimentação têm ductilidade superior a 50 cm. Deve-se
observar que o valor exato da ductilidade não é tão importante como o fato do
material betuminoso ter que ser dúctil, ou seja, um asfalto com ductilidade 50 cm
pode ser tão bom quanto um outro de ductilidade 150 cm.
Evidentemente um valor de ductilidade menor que 10 cm está associado a um ligante
oxidado por um aquecimento muito elevado ou a um envelhecimento em serviço do
revestimento antigo.
Os valores encontrados para a Ductilidade a 25
o
C dos ligantes ensaiados são
apresentados nas Figuras 4.5 e 4.6.
Figura 4.5 – Valores da Ductilidade para o CAP20 e Modificados
Ductilidade a 25ºC (CAP20)
74
54
150
51
0
20
40
60
80
100
120
140
160
CAP20
Ductilidade (cm)
CAP 20 CAP 20+1%RET+0,22%CAT C A P 20+1,5%R ET +0,22%C A T CAP 20+2%RET+0,22%CAT
84
Figura 4.6 – Valores da Ductilidade para o CAP40 e Modificados
•
Ponto de Fulgor
Os valores encontrados para o Ponto de Fulgor dos ligantes ensaiados são
apresentados na Tabela 4.1.
Tabela 4.1 – Ponto de Fulgor dos Ligantes Ensaiados
Ligante
Ponto de
Fulgor
(oC)
Ligante
Ponto de
Fulgor
(oC)
CAP 20
260
CAP40
275
CAP20+1%RET+0,22%CAT
275
CAP40+1%RET+0,22%CAT
275
CAP20+1,5%RET+0,22%CAT
280
CAP40+1,5%RET+0,22%CAT
280
CAP20+2%RET+0,22%CAT
270
CAP40+2%RET+0,22%CAT
280
O Ponto de Fulgor de qualquer um dos asfaltos estudados é superior a 240
o
C, ou seja,
todos eles apresentam características adequadas de segurança em termos de
aquecimento a que este asfalto deve ser submetido em seu manuseio. Pode-se
observar que, salvo o CAP 40 com 1% de RET, os asfaltos modificados apresentam
maior Ponto de Fulgor em comparação ao asfalto puro. Segundo Pinto (1998), alguns
Ductilidade a 25ºC (CAP40)
95
37
150
49
0
20
40
60
80
100
120
140
160
CAP40
Ductilidade (cm)
CAP 40 CAP 40+1%RET+0,22%CAT CAP 40+1,5%RET+0,22%CAT CAP 40+2%RET+0,22%CAT
85
estudiosos acreditam que os ligantes com elevado ponto de fulgor têm elevada
durabilidade, embora esta afirmação não esteja ainda comprovada.
•
Retorno Elástico
Os valores encontrados para o Retorno Elástico, medido com o Ductilômetro a 25
o
C
para os ligantes ensaiados são apresentados na Figura 4.7.
Figura 4.7 – Resultado dos Retornos Elásticos encontrados para os ligantes
modificados testados
O Retorno Elástico encontrado para os asfaltos modificados oscilou entre 60 e 80%,
dependendo da quantidade e do tipo de asfalto estudado. Estes resultados
representam uma melhora no comportamento reológico com relação ao ligante
convencional, que apresenta Retorno Elástico desprezível (próximo de zero),
indicando uma melhora da flexibilidade e da elasticidade dos asfaltos estudados.
Verifica-se que, mesmo com o aumento do teor de polímero no CAP 40 de 1,5% para
2,0% houve uma redução no valor do retorno elástico de 70% para 65%. Esta
redução pode ser devido à saturação dos asfaltenos disponíveis para reagir
quimicamente com o polímero RET.
Recuperação Elástica a 25oC
68,0
77,5
65,0
70,0
60,0
60,0
0,0
20,0
40,0
60,0
80,0
100,0
CAP 20 +
1%RET +
0,22%CAT
CAP 20 +
1,5%RET +
0,22%CAT
CAP 20 +
2%RET +
0,22%CAT
CAP 40 +
1%RET +
0,22%CAT
CAP 40 +
1,5%RET +
0,22%CAT
CAP 40 +
2%RET +
0,22%CAT
R ecup eração Elást ica
(%)
86
Quando ocorre esta saturação a adição de mais polímero acarreta em alteração de
algumas propriedades do ligante como aumento de viscosidade ou do ponto de
amolecimento, mas não melhora em termos elásticos, já que esta propriedade é
diretamente influenciada pela ligação química entre o RET e o asfalto.
•
Viscosidade BrookField
As Tabelas 4.2 e 4.3 e a representação gráfica dos valores nos resultados encontrados
(Figura 4.8 e Figura 4.9) para as viscosidades medidas com o Viscosímetro
Brookfield para diferentes temperaturas.
Tabela 4.2 – Viscosidade BrookField para diferentes Temperaturas (CAP20)
Viscosidade BrookField (cP)
Temperatura
(
o
C)
CAP 20
CAP 20+1%RET
+0,22%CAT
CAP20+1,5%RET
+0,22%CAT
CAP20+2%RET
+0,22%CAT
135 408 920 1.346 2.215
145 250 542 768 1.220
175 80 150 198 285
Figura 4.8 – Gráfico da variação da viscosidade em função da temperatura (CAP20)
Viscosidade x Temperatura (CAP 20)
0
500
1000
1500
2000
2500
130 140 150 160 170 180
Temp. (
o
C)
Viscosidade (cP)
CAP 20 CAP 20+1%RET+0,22%CAT (1,0%)
CAP 20+1,5%RET+0,22%CAT (1,5%) CAP 20+2%RET+0,22%CAT (2,0%)
87
Tabela 4.3 – Viscosidade Brookfield para diferentes Temperaturas (CAP40)
Viscosidade BrookField (cP)
Temperatura
(
o
C)
CAP 40
CAP 40+1%RET
+0,22%CAT
CAP40+1,5%RET
+0,22%CAT
CAP40+2%RET
+0,22%CAT
135 458 860 1.730 1.987
145 276 502 980 1.128
175 82 140 244 282
Figura 4.9 – Gráfico da variação da viscosidade em função da temperatura (CAP40)
Observa-se que os ligantes estudados sofreram uma alteração significativa em sua
viscosidade com a adição do polímero RET, principalmente para temperaturas mais
baixas. No caso do CAP 20, a viscosidade a 135
o
C passou de 408cP para 920cP, ou
seja, um aumento superior a 100%, com a adição de apenas 1% de polímero. No
CAP 40, com o mesmo 1%, o acréscimo foi de quase 90%, com a viscosidade
passando de 458cP para 860cP.
Pela Figura 4.10 pode-se observar que quanto maior foi o teor de polímero utilizado,
maiores foram as viscosidades aferidas numa dada temperatura. Destaca-se que, para
Viscosidade x Temperatura (CAP 40)
0
500
1000
1500
2000
2500
130 140 150 160 170 180
Temp. (
o
C)
Viscosidade (cP)
CAP 40 CAP 40+1%RET+0,22%CAT (1,0%)
CAP 40+1,5%RET+0,22%CAT (1,5%) CAP 40+2%RET+0,22%CAT (2,0%)
88
o CAP 40, houve um aumento significativo de viscosidade quando o teor de
polímero foi de 1% para 1,5% e um acréscimo não tão significativo quando o teor foi
de 1,5% para 2%. Já para o CAP20 a tendência de aumento da viscosidade com o
aumento do teor de polímero foi progressiva.
Viscosidade a 135ºC
0
500
1000
1500
2000
2500
0,0% 0,5% 1,0% 1,5% 2,0%
% de Pol. RET
Viscosidade (cP)
CAP-20 CAP-40
Figura 4.10 – Aumento da Viscosidade em função do teor de polímero (135
o
C)
•
Densidade
A Tabela 4.4 apresenta os valores encontrados para as densidades nos diferentes
tipos de ligantes.
89
Tabela 4.4 – Densidades dos Ligantes Estudados
Densidade a 20/4
o
C
Ligante
(g/cm³)
CAP 20 1,017
CAP 20 + 1%RET + 0,22%CAT 1,019
CAP 20 + 1,5%RET + 0,22%CAT 1,018
CAP 20 + 2%RET + 0,22%CAT 1,018
CAP 40 1,018
CAP 40 + 1%RET + 0,22%CAT 1,018
CAP 40 + 1,5%RET + 0,22%CAT 1,019
CAP 40 + 2%RET + 0,22%CAT 1,019
Observa-se que a densidade do asfalto não sofre alteração significativa com a adição
do polímero em qualquer um dos teores estudados.
•
Efeito do Calor e do Ar
Segundo a especificação ASTM D 1754 a variação máxima de massa que a amostra
ensaiada pode sofrer no ensaio que simula o efeito do calor e do ar (ECA) é de 1%,
ou seja, 0,25g, e a relação entre a Penetração das amostras antes e após o ensaio do
ECA deve ser superior a 50%. As Figuras 4.11 e 4.12 apresentam os valores
encontrados.
90
Figura 4.11 – Variação da Massa após o ensaio do ECA
Figura 4.12 – Variação percentual da Penetração antes e depois do ECA
De acordo com os resultados apresentados todos os ligantes estudados apresentaram
valores adequados de perda de massa e variação da penetração durante o ensaio que
simula o efeito do calor e do ar no processo de usinagem da mistura asfáltica.
Relação da Penetração Depois/Antes do ECA
63,16
123,53
80,0078,79
71,43
62,75
55,00
65,63
0,00
20,00
40,00
60,00
80,00
100,00
120,00
140,00
CAP 20 CAP 20 +
1%RET +
0,22%CAT
CAP 20 +
1,5%RET +
0,22%CAT
CAP 20 +
2%RET +
0,22%CAT
CAP 40 CAP 40 +
1%RET +
0,22%CAT
CAP 40 +
1,5%RET +
0,22%CAT
CAP 40 +
2%RET +
0,22%CAT
V ariação ( %)
Variação da Massa após o ECA
0,049
0,056
0,053
0,058
0,058
0,120
0,055
0,033
0,000
0,050
0,100
0,150
0,200
0,250
0,300
CAP 20 CAP 20 +
1%RET +
0,22%CAT
CAP 20 +
1,5%RET +
0,22%CAT
CAP 20 +
2%RET +
0,22%CAT
CAP 40 CAP 40 +
1%RET +
0,22%CAT
CAP 40 +
1,5%RET +
0,22%CAT
CAP 40 +
2%RET +
0,22%CAT
V ariação ( g )
91
•
Índice de Susceptibilidade Térmica (IST)
O IST é o índice de suscetibilidade térmica de Pfeiffer e Vann Doormaal que nas
especificações brasileiras para asfaltos convencionais pode variar de (-1,5) a (+1) até
julho de 2005, e que a partir desta data está limitado entre (-1,5) a (+0,7). Valores
superiores a (+1) indicam, em geral, asfaltos oxidados, ou seja, pouco sensíveis a
elevadas temperaturas e quebradiços, ou frágeis, quando a temperatura é baixa; já os
valores inferiores a (-2) indicam, em geral, asfaltos muito sensíveis a altas
temperaturas, ou seja, que amolecem rapidamente. Os valores encontrados para o
IST dos ligantes estudados são apresentados na Figura 4.13.
Figura 4.13 – IST dos ligantes Estudados
Observa-se que os valores do IST de todos os ligantes estudados, exceto para o CAP
20+2%RET+0,22%CAT, ficaram dentro dos limites estabelecidos para asfaltos
convencionais. Ressalta-se que os asfaltos modificados por polímero do Tipo RET
são menos sensíveis a elevadas temperaturas (IST mais altos) do que os asfaltos
convencionais e que, valores superiores 0,7 de IST para os asfaltos modificados,
mesmo estando acima do recomendado para os asfaltos convencionais, não
representam um problema, já que estes asfaltos são menos sensíveis a elevadas
temperaturas sem serem quebradiços quando a baixas temperaturas.
Índice de Susceptibilidade Térmica
-0,50
0,68
-1,30
0,81
-1,45
0,15
-0,50
0,50
-2,00
-1,50
-1,00
-0,50
0,00
0,50
1,00
1,50
2,00
CAP 20 CAP 20 +
1%RET +
0,22%CAT
CAP 20 +
1,5%RET +
0,22%CAT
CAP 20 +
2%RET +
0,22%CAT
CAP 40 CAP 40 +
1%RET +
0,22%CAT
CAP 40 +
1,5%RET +
0,22%CAT
CAP 40 +
2%RET +
0,22%CAT
IST
Mínimo/Máximo
92
•
Escolha do Teor Ótimo de RET para elaboração das Misturas
A determinação do Teor ótimo de Polímero RET para a elaboração da pesquisa em
laboratório com as misturas asfálticas foi baseada nos resultados encontrados a partir
ensaios de caracterização dos ligantes. Como não existe especificação brasileira que
indique valores mínimos e/ou máximos para os parâmetros estudados no caso da
utilização de polímero do tipo RET, procurou-se escolher o teor de polímero que
melhor se adequasse com as características dos asfaltos modificados por polímero
SBS contidas na especificação do DNER EM 396/99, levando-se em consideração,
principalmente, os resultados de Viscosidade e Penetração. A Tabela 4.5 apresenta os
resultados dos ensaios para os ligantes considerados como os mais adequados.
Tabela 4.5 – Escolha do Tipo de Ligantes – Ensaios Realizados
Ensaio
DNER EM
396/99
CAP20
+1,5%RET
+0,22%CAT
CAP40
+1%RET
+0,22%CAT
Viscosidade a 135
o
C (cP) > 850 1.346 860
Penetração a 25
o
C (x0,1mm) > 45 47 33
Para o CAP 40 o valor da Penetração ficou inferior ao especificado mesmo com o
ligante convencional (32x0,1mm) e para um teor de polímero de 1,5% o valor caiu
para 17x0,1mm, ou seja, uma penetração muito baixa que poderia dificultar a
trabalhabilidade da mistura confeccionada com este ligante.
Desta forma adotou-se como sendo o Teor Ötimo de polímero para os ligantes CAP
20 e CAP 40, 1,5% e 1,0% de RET, em peso do asfalto, respectivamente.
•
Compatibilidade
Os valores encontrados para a Compatibilidade entre o polímero RET e os ligantes
CAP 20 e CAP 40 são apresentados nas Figura 4.14 e 4.15.
93
Figura 4.14 – Resultado do Ensaio de Compatibilidade entre o polímero RET e o
CAP20
Figura 4.15 – Resultado do Ensaio de Compatibilidade entre o polímero RET e o
CAP40
Segundo a especificação brasileira para asfaltos modificados por polímeros DNER
EM 396/99 a diferença entre o Ponto de Amolecimento da amostra coletada no topo
e no fundo não deve ser superior a 4
o
C.
Ensaio de Compatibilidade
CAP 20 + 1,5%RET + 0,22%CAT
54,8
54,1
0
20
40
60
80
1
Ponto de
Amolecimento (oC)
Topo Fundo
Ensaio de Compatibilidade
CAP 40 + 1%RET + 0,22%CAT
55,3 55,1
0
20
40
60
80
1
Ponto de
Amolecimento (oC)
Topo Fundo
94
Desta forma, os dois ligantes ensaiados apresentaram um comportamento excelente
visto que as diferenças entre os ensaios do topo e do fundo são inferiores a 1
o
C.
4.2 ESTUDO DA MISTURA
O projeto consiste na seleção e na caracterização dos agregados para confecção de
misturas asfálticas e preparação das mesmas contemplando os diferentes ligantes e
agregados, em conformidade com o método Marshall de dosagem, amplamente
utilizado no Brasil.
Por se tratar de uma etapa posterior à de desenvolvimento, foram selecionados os
teores de 1,5% de RET para o CAP20 e 1,0% para o CAP40 para a análise.
4.2.1 Agregados
Os agregados utilizados nos estudos são de origem basáltica explorados pela pedreira
Basalto 5 situada nas proximidades do km 2,3 da Rodovia SP-101 –
Campinas/Hortolândia-SP. Após diversos ensaios, concluiu-se que os materiais
estudados são adequados para a elaboração das misturas, atendendo todos os
requisitos para serem utilizados como agregados pétreos para misturas asfálticas. Os
resultados dos ensaios encontram-se na tabela 4.6.
Tabela 4.6: Características do Agregado Estudado
Ensaio Método Obtido Especificado
Abrasão Los Angeles DNER ME 035/94 13% <50%
Equivalente de Areia (sem cal) DNER ME 054/94 56,5% >55%
Durabilidade Frente ao Sulfato de
Sódio (Brita 1 e Pedrisco)
DNER ME 089/94 0,60% <15%
Durabilidade Frente ao Sulfato de
Sódio (Pó de Pedra)
DNER ME 089/94 0,90% <18%
Índice de Forma (Brita 1) DNER ME 086/94 0,73% >0,5%
Índice de Plasticidade DNER ME 082/94 NP <6,0%
Limite de Liquidez DNER ME 122/94 NP <25%
95
4.2.2 Granulometria de Dosagem dos Agregados
Após granulometrias individuais realizadas com os agregados, obteve-se uma
combinação com o propósito de atender a faixa granulométrica especificada para os
revestimentos asfálticos, conforme Tabela 4.7.
Tabela 4.7: Composição Granulométrica
PENEIRA
BRITA 1 PEDRISCO PÓ DE PEDRA
Abertura
mm
Poleg./N
21,0% 22,0% 57,0%
GRANUL.
OBTIDA
(%)
ESPECIFICAÇ
ÃO (%)
DERSA
ET-
P00/027FIII
19,0 ¾” 100,0 21,0 - - - - 100,0 100
12,5 ½” 39,3 8,3 100,0 22,0 - - 87,3 80 - 100
9,52 3/8” 4,7 1,0 98,3 21,6 100,0 57,0 79,6 70 - 90
4,80 N
o
4 1,1 0,2 20,5 4,5 98,4 56,1 60,8 50 - 70
2,00 N
o
10 1,0 0,2 0,6 0,1 70,0 39,9 40,2 33 - 48
0,42 N
o
40 0,9 0,2 0,3 0,1 34,4 19,6 19,8 15 - 25
0,175 N
o
80 0,7 0,1 0,2 0,1 24,6 14,0 14,2 8 - 17
0,075 N
o
200 0,5 0,1 0,2 0,0 13,9 7,9 8,1 4 - 10
4.2.3 Determinação do Teor Ótimo de Ligante Asfáltico
Foram elaborados dois projetos de mistura baseados na especificação da DERSA ET-
P00/027 – FAIXA III. Os ligantes utilizados foram o CAP20+1,5%RET+0,22%CAT
e CAP40+1%RET+0,22%CAT. Após a determinação dos teores ótimos, foram
moldados corpos de prova com os ligantes CAP20 e CAP40, e checadas as
características MARSHALL para verificação do teor para os novos ligantes. Para a
determinação dos teores ótimos foram plotados os seguintes gráficos:
•
Densidade Aparente Máxima x Teor de Asfalto;
•
Fluência x Teor de Asfalto;
•
Vazios de Ar x Teor de Asfalto;
•
Resistência à Tração x Teor de Asfalto;
•
Estabilidade x Teor de Asfalto;
•
Relação Betume Vazios x Teor de Asfalto.
96
As Figuras 4.16, 4.17, 4.18, 4.19, 4.20, e 4.21 apresentam os gráficos utilizados para
a determinação do teor ótimo para o ligante do tipo CAP20+1,5%RET+0,22%CAT.
Ressalta-se que as linhas tracejadas indicam o teor ótimo encontrado e a linhas
contínuas os limites máximos e/ou mínimos da especificação da DERSA.
Figura 4.16 – Gráfico de Densidade Aparente Máxima x Teor do Asfalto
(CAP20+1,5%RET+0,22%CAT)
Figura 4.17– Gráfico de Fluência x Teor do Asfalto
(CAP20+1,5%RET+0,22%CAT)
2,560
2,580
2,600
2,620
2,640
2,660
3,5 4,0 4,5 5,0 5,5 6,0 6,5
PORCENTAGEM DE ASFALTO ( % )
DENSIDADE APARENTE MÁX. [ kg/cm³ ]
11,0
12 ,0
13 ,0
14 ,0
15 ,0
16 ,0
17 ,0
18 ,0
19 ,0
20,0
21,0
22,0
23,0
24,0
25,0
3,5 4,0 4,5 5,0 5,5 6,0 6,5
PROCENTAGEM DE ASFALTO
97
Figura 4.18 – Gráfico de Vazios de Ar x Teor do
Asfalto(CAP20+1,5%RET+0,22%CAT)
Figura 4.19 – Gráfico de Resistência à Tração x Teor do Asfalto
(CAP20+1,5%RET+0,22%CAT)
1,0
2,0
3,0
4,0
5,0
6,0
7,0
3,5 4,0 4,5 5,0 5,5 6,0 6,5
PORCENTAGEM DE ASFALTO ( % )
VAZIOS DE AR [ % ]
16,0
16,5
17,0
17,5
18,0
18,5
19,0
19,5
20,0
20,5
21,0
3,5 4,0 4,5 5,0 5,5 6,0 6,5
PORCENTAGEM DE ASFALTO ( % )
Resist. Tração Comp. Diametral (Kg/cm²)
98
Figura 4.20 – Gráfico de Estabilidade x Teor do Asfalto
(CAP20+1,5%RET+0,22%CAT)
Figura 4.21 – Gráfico de Relação Betume Vazios x Teor do Asfalto
(CAP20+1,5%RET+0,22%CAT)
1.600
1.700
1.800
1.900
2.000
2.100
2.200
2.300
2.400
3,5 4,0 4,5 5,0 5,5 6,0 6,5
PORCENTAGEM DE ASFALTO ( % )
ESTABILIDADE MARSHALL [Kg]
57,0
60,0
63,0
66,0
69,0
72,0
75,0
78,0
81,0
84,0
87,0
90,0
93,0
96,0
99,0
3,5 4,0 4,5 5,0 5,5 6,0 6,5
PORCENTAGEM DE ASFALTO (%)
RELAÇÃO DE BETUME VAZIOS (%)
99
Apresenta-se na Tabela 4.8 um resumo com os valores médios encontrados para cada
um dos parâmetros estudados na determinação do teor ótimo de asfalto para o ligante
do tipo CAP20+1,5%RET+0,22%CAT, para os estudo em questão foram moldados
seis corpos de prova para cada teor.
Tabela 4.8 – Resumo do Projeto de Mistura para o CAP20+1,5%RET+0,22%CAT
Ensaio Obtido
Especificado DERSA
ET-P00/027
Teor Ótimo 5,0% 4% a 6%
Estabilidade 2.159 Kg > 770
Fluência 16,2 (1/100") 8 -18 (1/100")
Densidade 2,635 g/cm³ -
Vazios de Ar 3,7% 3% - 5%
Resistência à Tração Comp. Diametral 1,89 Mpa -
Relação Betume Vazios 78% 75% - 82%
Após a conclusão do projeto de mistura para o ligante do tipo
CAP20+1,5%RET+0,22%CAT foram moldados oito corpos de prova no teor de
ligante de 5% (Teor ótimo de projeto para o ligante modificado) com o asfalto
convencional do tipo CAP20. Constatou-se que devido à semelhança dos resultados
encontrados não houve a necessidade da elaboração de um novo projeto de mistura e
adotou-se o mesmo teor de asfalto como sendo o teor ótimo para ambos os casos. A
Tabela 4.9 apresenta os valores médios encontrados.
Tabela 4.9 – Comparativo dos Resultados (CAP20+1,5%RET+0,22%CATxCAP20)
Ensaio
CAP20+1,5%RET
+0,22%CAT
CAP20
Estabilidade 2.159 Kg 1.659 kg
Fluência 16,2 (1/100") 15,7 (1/100")
Densidade 2,635 g/cm³ 2,646 g/cm³
Vazios de Ar 3,7% 3,81%
Resistência à Tração Comp. Diametral 1,89 Mpa 2,02 Mpa
Relação Betume Vazios 78% 77,4%
100
As Figuras 4.22, 4.23, 4.24, 4.25, 4.26 e 4.27 apresentam os gráficos utilizados para
a determinação do teor ótimo para o ligante do tipo CAP40+1%RET+0,22%CAT.
Ressalta-se que as linhas tracejadas indicam o teor ótimo encontrado e a linhas
contínuas os limites máximos e/ou mínimos da especificação da DERSA ET-
P00/027 – FAIXA III.
Figura 4.22 – Gráfico de Densidade Aparente Máxima x Teor do Asfalto
(CAP40+1%RET+0,22%CAT)
Figura 4.23 – Gráfico de Fluência x Teor do Asfalto (CAP40+1%RET+0,22%CAT)
2,560
2,580
2,600
2,620
2,640
2,660
3,5 4,0 4,5 5,0 5,5 6,0 6,5
PORCENTAGEM DE ASFALTO ( % )
11,0
12 ,0
13 ,0
14 ,0
15,0
16 ,0
17,0
18 ,0
19 ,0
20,0
21,0
22,0
23,0
24,0
25,0
3,5 4,0 4,5 5,0 5,5 6,0 6,5
PROCENTAGEM DE ASFALTO
101
Figura 4.24 – Gráfico de Vazio de Ar x Teor do Asfalto
(CAP40+1%RET+0,22%CAT)
Figura 4.25 – Gráfico de Resistência à Tração x Teor do Asfalto
(CAP40+1%RET+0,22%CAT)
1,0
2,0
3,0
4,0
5,0
6,0
7,0
8,0
3,5 4,0 4,5 5,0 5,5 6,0 6,5
PORCENTAGEM DE ASFALTO ( % )
18 ,5
19 ,0
19 ,5
20,0
20,5
21,0
21,5
22,0
22,5
23,0
23,5
24,0
24,5
3,5 4,0 4,5 5,0 5,5 6,0 6,5
PORCENTAGEM DE ASFALTO ( % )
102
Figura 4.26 – Gráfico de Estabilidade x Teor do Asfalto
(CAP40+1%RET+0,22%CAT)
Figura 4.27 – Gráfico de Relação Betume Vazios x Teor do Asfalto
(CAP40+10%RET+0,22%CAT)
53,0
56,0
59,0
62,0
65,0
68,0
71,0
74,0
77,0
80,0
83,0
86,0
89,0
3,5 4,0 4,5 5,0 5,5 6,0 6,5
PORCENTAGEM DE ASFALTO (%)
RELAÇÃO DE BETUME VAZIOS (%)
1.50 0
1.600
1.70 0
1.800
1.900
2.000
2.100
2.200
2.300
3,5 4,0 4,5 5,0 5,5 6,0 6,5
PORCENTAGEM DE ASFALTO ( % )
103
Apresenta-se na Tabela 4.10 um resumo com os valores médios encontrados para
cada um dos parâmetros estudados na determinação do teor ótimo de asfalto para o
ligante do tipo CAP40+1%RET+0,22%CAT, para o estudo em questão foram
moldados seis corpos de prova para cada um dos teores.
Tabela 4.10 – Resumo do Projeto de Mistura para o CAP40+1%RET+0,22%CAT
Ensaio Obtido
Especificado DERSA
ET-P00/027
Teor Ótimo 5,1% 4% a 6%
Estabilidade 2.140 Kg > 770
Fluência 16,3 (1/100") 8 -18 (1/100")
Densidade 2,642 g/cm³ -
Vazios de Ar 3,8% 3% - 5%
Resistência à Tração Comp. Diametral 2,18 MPa -
Relação Betume Vazios 78% 75% - 82%
Como com o CAP 20, procedeu-se após a conclusão do projeto de mistura para o
ligante do tipo CAP40+1%RET+0,22%CAT, a moldagem de oito corpos-de-prova
no teor de ligante de 5,1% (Teor ótimo de projeto para o ligante modificado) com o
asfalto convencional do tipo CAP40. Constatou-se que devido à semelhança dos
resultados encontrados não houve a necessidade da elaboração de um novo projeto
de mistura e adotou-se o mesmo teor de asfalto como sendo o teor ótimo para ambos
os casos. A Tabela 4.11 apresenta os valores médios encontrados.
Tabela 4.11 – Comparativo dos Resultados (CAP40+1%RET+0,22%CATxCAP40)
Ensaio
CAP40+1%RET
+0,22%CAT
CAP40
Estabilidade 2.140 Kg 1.530 kg
Fluência 16,3 (1/100") 13,6 (1/100")
Densidade 2,642 g/cm³ 2,642 g/cm³
Vazios de Ar 3,8% 3,96%
Resistência à Tração Comp. Diametral 2,18 Mpa 2,30 MPa
Relação Betume Vazios 78% 76,6%
104
4.2.4 Temperaturas de Usinagem e Compactação
As temperaturas de usinagem e compactação foram determinadas em função da
relação viscosidade x temperatura. A Tabela 4.12 apresenta um resumo com os
valores obtidos.
Tabela 4.12 – Temperaturas de usinagem e compactação
Tipo de Ligante
Faixa de Temperatura de
Trabalho (
o
C)
Densidade da Mistura
(g/cm³)
CAP20 151,2 a 157,0 139,0 a 144,3 2,635
CAP20+1,5%RET+0,22%CAT 168,8 a 173,8 168,5 a 163,1 2,646
CAP40 153,1 a 158,6 141,5 a 146,6 2,642
CAP40+1%RET+0,22%CAT 166,1 a 171,3 155,2 a 160,0 2,642
4.2.5 Desempenho das Misturas Asfálticas
As misturas asfálticas selecionadas foram submetidas a ensaios de carga repetida em
laboratório para determinação das suas propriedades mecânicas e de
deformabilidade, objetivando a avaliação das seguintes características:
•
M
R
: Módulo de Resiliência das misturas obtido através de ensaio de
compressão diametral de cargas repetidas, de acordo com a norma técnica
DNER-ME 133/94;
•
Rt: Resistência à Tração estática nos ensaios de compressão diametral, em
conformidade com a norma ABNT 15087/2004;
•
E
p
: deformação permanente avaliada em simulador de tráfego do tipo LPC
conforme a especificação francesa NF P 98-253-1 “Déformation Permanente
des Mélanges Hydrocarbonés”.
105
4.2.5.1 Módulo de Resiliência (M
R
)
Na Tabela 4.13 estão apresentados os resultados médios dos ensaios de Módulo de
Resiliência, neste estudo foram ensaiados três corpos de prova para cada tipo de
ligante estudado.
Tabela 4.13 – Resultados Médios dos Ensaios de Módulo de Resiliência encontrados
Ligante
Mr
(MPa)
CAP 20 5.961
CAP20+1,5%RET+0,22%CAT 5.900
CAP 40 7.672
CAP40+1%RET+0,22%CAT 7.419
Observa-se que os valores de Módulo de Resiliência encontrados para os corpos de
prova confeccionados com asfalto convencional são muito próximos daqueles que
utilizaram os asfaltos convencionais, isto sugere que o polímero do tipo RET não
altera o comportamento da mistura asfáltica em termos de Módulo de Resiliência.
4.2.5.2 Resistência à Tração por Compressão Diametral
Na Tabela 4.14 abaixo estão apresentados os resultados dos ensaios de Resistência à
Tração por Compressão Diametral, neste estudo foram ensaiados três corpos de
prova para cada tipo de ligante estudado.
Tabela 4.14 – Resultados Médios dos Ensaios de Resistência à Tração
Resistência à Tração por Compressão Diametral (MPa)
Temperatura (ºC)
Ligante
25 35
CAP 20 1,23 0,90
CAP20+1,5%RET+0,22%CAT 1,58 1,15
CAP 40 1,90 1,28
CAP40+1%RET+0,22%CAT 1,88 1,29
106
Observa-se que para o CAP20 houve um incremento de quase 30% no valor da
Resistência à Tração à 25ºC com o valor passando de 1,23 no asfalto convencional
para 1,58 no modificado. Para o CAP40, a Resistência à Tração não foi sensível à
modificação e os valores permaneceram praticamente inalterados.
4.2.5.3 Deformação Permanente
O ensaio de deformação permanente foi realizado com os quatro tipos de misturas
pré-selecionadas. Foi ensaiada uma placa para cada ligante sendo seguida a
especificação francesa NF P 98-253-1 “Déformation Permanente des Mélanges
Hydrocarbonés”. Os resultados encontram-se sintetizados na Tabela 4.15 e Figuras
4.28 e 4.29, sendo os gráficos representados na forma sugerida pela norma.
Tabela 4.15 – Resultados do Ensaio de Deformação Permanente em Simulador LPC
Tipo de Ligante Asfáltico Afundamentos (%)
CAP 20 7,44
CAP 20+1,5%RET+0,22%CAT 3,82
CAP 40 6,17
CAP 40+1,0%RET+0,22%CAT 3,88
Neste estudo foi ensaiada uma placa para cada tipo de ligante estudado.
107
Figura 4.28 – Ensaio de Deformação Permanente em Simulador do tipo LPC
(CAP20/CAP20+1,5%RET+0,22%RET)
Figura 4.29 – Ensaio de Deformação Permanente em Simulador do tipo LPC
(CAP40/CAP40+1%RET+0,22%RET)
N. de ciclos x Afundamento
1,0%
10,0%
100,0%
100 1000 10000 100000
N. de ciclos
Porcentagem de afundamento na trilha de roda
Afund. (A - Esq.- P502)
Afund. (B - Dir. - P-501)
Teor de asfalto: 5,0%
CAP 20
CAP 20+1,5%RET+0,22%CAT
N. de ciclos x Afundamento
1,0%
10,0%
100,0%
100 1000 10000 100000
N. de ciclos
Porcentagem de afundamento na trilha de roda
Afund. (A - Esq.- P503)
Afund. (B - Dir. - P-504)
Teor de asfalto: 5,1%
CAP 40
CAP 40+1,0%RET+0,22%CAT
108
As Figuras 4.30, 4.31, 4.32 e 4.33 mostram as placas após 30.000 ciclos de ensaio no
simulador de tráfego tipo LPC.
Figura 4.30 – Placa ensaiada após 30.000 ciclos a 60
o
C – CAP20
Figura 4.31 – Placa ensaiada após 30.000 ciclos a 60
o
C –
CAP20+1,5%RET+0,22%CAT
CAP20
Teor de 5% - Solicitação de 30.000 ciclos
60
o
C de temperatura de ensaio
CAP20+1,5%RET+0,22%CAT
Teor de 5% - Solicitação de 30.000 ciclos
60
o
C de temperatura de ensaio
109
Figura 4.32 – Placa ensaiada após 30.000 ciclos a 60
o
C – CAP40
Figura 4.33 – Placa ensaiada após 30.000 ciclos a 60
o
C –
CAP40+1%RET+0,22%CAT
De acordo com a especificação francesa NF P 98-253-1, para elevado volume de
tráfego, é requerida deformação permanente inferior a 5% após 30.000 ciclos no
simulador tipo LPC a 60ºC, com a carga e pressão de pneu conforme especificado
em norma. Esta especificação é a aconselhada também para camadas asfálticas de
módulo elevado.
CAP40
Teor de 5,1% - Solicitação de 30.000 ciclos
60
o
C de temperatura de ensaio
CAP40+1%RET+0,22%CAT
Teor de 5,1% - Solicitação de 30.000 ciclos
60
o
C de temperatura de ensaio
110
Neste aspecto, observa-se que somente as misturas asfálticas modificadas
apresentaram valores abaixo do limite máximo permitido, com resultados muito
similares e inferiores a 4%.
111
5 ESTUDO DE CASO: TRECHO EXPERIMENTAL DA VIA ANHANGUERA
O trecho experimental de restauração dos pavimentos empregando-se o ligante
modificado por polímero do tipo RET foi executado em março de 2002 entre os
quilômetros 79+500 e 81+500 da Pista Norte (sentido São Paulo-Campinas) da
Rodovia Anhanguera (SP-330), no estado de São Paulo. A localização da via
Anhanguera encontra-se ilustrada na Figura 5.1.
Figura 5.1 – Ilustração da localização da via SP-330, local onde foi executado o
trecho experimental
Trecho Ex
p
erimental SP 330
112
A seleção do segmento para a execução do trecho experimental com asfalto
modificado por polímero do tipo RET na rodovia Anhanguera teve como princípio o
atendimento à condição típica de aplicação deste tipo de material: segmentos com
deficiência estrutural, que necessitam da aplicação de reforço para adequar os níveis
deflectométricos ao tráfego solicitante e alta durabilidade para evitar manutenção
prematura. Trata-se de rodovia com grande volume de tráfego pesado neste trecho.
5.1 CONDIÇÕES ORIGINAIS DO SEGMENTO
Através dos dados extraídos do projeto de restauração do segmento em questão pode-
se conhecer as condições de geometria, ter-se uma idéia do histórico e da estrutura
deste pavimento, verificar a condição do pavimento previamente à sua recuperação e
o nível de tráfego solicitante.
5.1.1 Geometria Histórico e Estrutura
Iniciando junto às vias marginais do rio Tietê, no km 12,00, e seguindo até o km
102,440, a Rodovia Anhanguera (SP-330) apresenta seção transversal típica
constituída de duas pistas com duas faixas de tráfego por sentido, cada uma com 3,60
m de largura em média. Já o acostamento e a faixa de segurança apresentam
dimensões variáveis.
A rodovia dispõe de canteiro central variável e atravessa uma região cuja topografia
pode ser considerada ondulada. Assim, em pontos distintos ao longo do trecho, são
presentes terceiras faixas de extensão variáveis, normalmente localizadas nos aclives
mais íngremes.
A Rodovia Anhanguera foi duplicada na década de 60 e sofreu, ao longo destes anos,
diversas intervenções de conservação e restauração, o que torna a estrutura de seus
pavimentos complexa e heterogênea.
113
A partir de investigações geotécnicas e estudos anteriormente realizados pela
concessionária Autoban, foi obtida a seção para o segmento do km 79,5 ao km 81,5,
representado na Figura 5.2.:
Concreto Betuminoso Usinado a Quente 6 cm
Binder 9 cm
Base granular 25 cm
Sub-base granular
22 cm
Reforço do subleito
Variável
Figura 5.2 – Estrutura do Pavimento existente do km 79+500 ao km 81+500
5.1.2 Condição do Pavimento
Para a elaboração do projeto de restauração do segmento foram realizadas avaliações
das condições estruturais e funcionais do pavimento.
A Tabela 5.1 apresenta um resumo dos dados deflectométricos obtidos para a faixa
externa, mais carregada pelo tráfego, as deflexões foram medidas com espaçamento
de 40m entre as estações de ensaio.
Tabela 5.1 – Dados de deflexão do Projeto de Restauração (Faixa Externa)
Km inicial km final
Extensão
(m)
Deflexão Média
(x0,01mm)
Deflexão Característica
(x0,01mm)
79+500 79+750 250 44,3 50,1
79+750 80+000 250 43,5 52,8
80+000 81+000 1.000 59,5 72,7
81+000 81+500 500 49,4 59,7
114
A Figura 5.3 apresenta um perfil com os resultados da avaliação da Irregularidade
Longitudinal em termos de QI (cont/km) para todas as faixas de tráfego em Fevereiro
de 2002.
Figura 5.3 – Irregularidade Longitudinal (QI em cont/km) antes da Restauração
A Tabela 5.2 apresenta um resumo de todos os defeitos encontrados no
Levantamento Visual Detalhado em Fevereiro de 2002.
Irregularidade Longitudinal
SP-330 (km 79+500 ao km 81+500)
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
79.500 80.000 80.500 81.000 81.500
Posição (km)
QI (cont/km)
Faixa Interrna Faixa Intermediária Faixa Externa
115
Tabela 5.2 – Resumo dos defeitos cadastrados
Faixa Posição Inicial Tipo de Defeito
Largura
(m)
Comprimento
(m)
Externa 79+580 Remendo 3,6 240
Externa 79+880 Trinca do Tipo FC3 3,6 120
Meio 79+360 Trinca do Tipo FC3 3,6 200
Externa 80+000 Trinca do Tipo FC3 3,6 40
Externa 80+230 Trinca do Tipo FC3 3,6 560
Meio 80+070 Trinca do Tipo FC2 2,0 7
Meio 80+140 Trinca do Tipo FC2 2,0 6
Meio 80+180 Trinca do Tipo FC2 2,0 20
Meio 80+200 Trinca do Tipo FC2 3,6 10
Meio 80+240 Trinca do Tipo FC2 2,0 5
Meio 80+710 Trinca do Tipo FC2 1,0 10
Externa 81+080 Trinca do Tipo FC3 e Exsudação 3,6 360
Externa 81+584 Trinca do Tipo FC3 3,6 220
Meio 81+090 Trinca do Tipo FC2 2,0 10
Meio 81+105 Trinca do Tipo FC2 2,0 3
Meio 81+140 Trinca do Tipo FC2 3,6 30
Meio 81+190 Trinca do Tipo FC2 2,0 70
Meio 81+280 Trinca do Tipo FC2 3,6 10
Meio 81+300 Trinca do Tipo FC2 2,0 4
Meio 81+750 Trinca do Tipo FC2 3,6 5
116
5.1.3 Tráfego
O número “N”, número equivalente de operações do eixo padrão rodoviário de 8,2 tf,
utilizado no projeto de restauração foi baseado nos estudos realizados para a
elaboração da Proposta de Concessão.
Para a determinação dos volumes totais de veículos comerciais que trafegariam pelas
faixas de projeto dos vários segmentos de tráfego, durante a vida útil prevista, foram
considerados os dados obtidos e adotada a seguinte expressão:
Onde:
V
t
= volume total acumulado no período, por segmento de tráfego;
V
i
= volume inicial diário no ano i;
t = taxa de crescimento anual;
P = período de projeto (10 anos).
As taxas de crescimento anual foram obtidas através da seguinte expressão:
Onde:
t = taxa de crescimento anual;
V = volume inicial diário no ano 2000
V
i
= volume inicial diário no ano i;
P = período de projeto (10 anos).
Os volumes utilizados para o cálculo das taxas foram àqueles obtidos nas planilhas
de volumes projetados SAB-CPD (Sistema Anhanguera – Bandeirantes – Companhia
Paulista de Desenvolvimento), conforme apresentados na Tabela 5.3 abaixo.
t
t
ViVt
P
1)1(
**365
−+
=
⎥
⎥
⎦
⎤
⎢
⎢
⎣
⎡
−
⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛
= 1(%)
1
p
Vi
V
t
117
Tabela 5.3 – VDM do Projeto Original
Local Sentido
Segmento
km
VDM - 1996
(Unidirecional)
Rodovia Anhanguera São Paulo – Jundiaí 59 a 103 7.225
Os valores de V
i
adotados para o cálculo do volume total V
t
foram os do Boletim
Anual de Estatística da DERSA – 1994 cujos valores encontram-se na Tabela 5.4.
Tabela 5.4 – Dados de Tráfego do Projeto Original
Local Seg. Km
VDM 1994
(Bidirecional)
% Veíc.
Comerciais
V
i
1994
Anhanguera 8 76 a 82 13.952 35.17 3.841
A composição da frota de veículos comerciais em termos de número de eixos
originou-se nas contagens efetuadas no pedágio de Valinhos (km 82), na Pista Norte
da rodovia.
A distribuição dos diversos tipos de caminhões em função das várias combinações
possíveis de eixos simples, tandem duplo e tandem triplo por número de eixos vêm
dos dados de pesagem constantes do MD – 9.00.000-P00/001- (DERSA) para a
Rodovia dos Bandeirantes.
Também com base nestes relatórios foram determinados os fatores de veículos
individuais para os veículos de 2 a 6 eixos, através da metodologia do USACE (U.S.
Army Corps of Engineers).
Seguiu-se o cálculo do número N segundo a metodologia da USACE através da
seguinte expressão:
N = V
t
* FV * D
Onde:
118
V
t
= volume total de veículos comerciais acumulados no período por
segmento de tráfego;
FV = Fator de veículo (USACE), 7,5;
D = porcentagem do tráfego de veículos comerciais que solicita a
faixa mais carregada (Faixa 3 com 70% dos veículos comerciais).
Como resultado final tem-se um número N de projeto de 1,9 x 10
8
operações
equivalentes do eixo padrão rodoviário para a Rodovia Anhanguera.
5.1.4 Análise Estrutural
O projeto de recuperação estrutural do pavimento objetivou a definição das soluções
para reforçar a estrutura existente, garantindo sua durabilidade ao longo do período
de projeto, face à solicitação prevista do tráfego.
O diagnóstico do comportamento estrutural do pavimento foi realizado através do
estudo da deflectometria. As informações das deflexões foram utilizadas no método
de dimensionamento Tecnapav, presente na norma rodoviária DNER PRO-269/94.
O método fundamenta-se na comparação entre as deformações solicitantes e as
admissíveis pelos materiais, de forma a não ocorrer a “ruptura” dos materiais
constituintes.
A necessidade de reforço estrutural, calculada pontualmente, é determinada
aplicando-se a norma mencionada, através do cálculo da Deflexão Admissível.
A deflexão admissível é aquela que, imposta ao pavimento, acarretará a ruptura do
revestimento betuminoso por processo de fadiga, representada pelo número “N”
acumulado e calculada através do seguinte modelo:
Log D
adm
= 3,148 - 0,188 log N
p
onde:
119
D
adm
- Deflexão admissível;
N
p
- Número “N” acumulado de projeto.
Sendo o número N, determinado pelo método da USACE, igual a 1,9 x 10
8
operações
equivalentes do eixo padrão rodoviário calculou-se a deflexão admissível para o
trecho em questão como sendo 40 x 10
-2
mm.
O passo seguinte é o Cálculo da Espessura Efetiva do Revestimento Existente.
Conceitualmente, essa espessura representa a condição estrutural da camada
betuminosa de revestimento, tendo em vista a estrutura de referência do modelo,
quando comparada com uma camada nova em concreto asfáltico (CBUQ).
Deste modo, um pavimento cujo revestimento encontra-se consideravelmente
deteriorado (excesso de trincamento), não possui capacidade estrutural compatível
com as condições a que foi inicialmente proposto e, por isso, deve ter sua espessura
reduzida, para efeito de modelagem estrutural, à semelhança de uma camada nova do
mesmo material.
Portanto, a espessura efetiva do revestimento é calculada pela seguinte equação:
h
D
II
ef
c
=−+++5 737
807 961
0 972 4 101
12
,
,
,. ,.
onde:
h
ef
- Espessura efetiva de Concreto Asfáltico(cm);
D
c
- Deflexão característica (x 10
-2
mm);
I
1
, I
2
- Parâmetros que dependem do tipo de solo.
Os parâmetros I
1
, I
2
são determinados em função do tipo de solo existente no
subleito, sendo o mesmo classificado conforme mostrado na Tabela 5.5.
120
Tabela 5.5 – Tipos de Solo (DNER-PRO 269/94)
S% (Porcentagem de Silte) CBR % (Índice de
Suporte Califórnia)
< 35 35 a 65 > 65
> 10 I II III
6 a 9 II II III
2 a 5 III III III
Para Subleito do Tipo I, temos: I
1
= 0 I
2
= 0
Para Subleito do Tipo II, temos: I
1
= 1 I
2
= 0
Para Subleito do Tipo III, temos: I
1
= 0 I
2
= 1
Para o projeto em questão o subleito foi considerado como sendo composto por solo
do Tipo II e conseqüentemente os parâmetros I
1
, I
2
adotados foram 1 e 0
respectivamente.
Cumpre ressaltar que a adoção de valores de espessura efetiva superiores à espessura
do revestimento existente buscam atenuar os efeitos das possíveis diferenças entre os
módulos de resiliência das estruturas analisadas em comparação com aqueles
adotados para a estrutura padrão do modelo.
A equação de definição da espessura de reforço em CBUQ proposta pela norma
DNER PRO 269/94 é baseada no conceito de deflexão admissível, ou seja, a
espessura de reforço calculada visa reduzir a deflexão medida no pavimento até um
nível considerado aceitável, como segue:
21
.893,3.016,1.357,1
14,238
015,19 IIh
D
HR
ef
adm
++−+−=
onde:
HR - Espessura de Reforço Calculada (cm);
D
adm
- Deflexão Admissível (x 10
-2
mm);
h
ef
- Espessura efetiva de Concreto Asfáltico(cm);
I
1
, I
2
- Parâmetros que dependem do tipo de solo.
121
A Figura 5.4 abaixo apresenta o resultado do dimensionamento realizado
pontualmente para a faixa da maior solicitação de tráfego, já que a mesma foi a que
apresentou maiores valores de deflexão no ponto de aplicação da carga.
Figura 5.4 – Espessuras de Reforço Dimensionadas
5.1.5 Análise Funcional
A irregularidade longitudinal foi avaliada em cada faixa através do Quociente de
Irregularidade (QI) e, no presente estudo, objetiva-se atender ao valor exigido pelo
Edital de Concessão, que é, para a rodovia principal, de 35 cont/km.
Tendo em vista as condições do pavimento em questão, dimensionou-se a espessura
de concreto asfáltico necessária para a redução do QI para 25 cont/km, visto que, de
acordo com diversos estudos internacionais, esse parâmetro evolui gradualmente ao
longo do tempo.
Esse dimensionamento, da espessura de concreto asfáltico necessária para a redução
da irregularidade ao patamar proposto, foi realizado pontualmente, com base na
Espessruas de Reforços Calculadas e Soluções Projetadas
Rodovia Anhanguera - Pista Norte - Faixa 3
0
2
4
6
8
10
12
14
79,500 79,700 79,900 80,100 80,300 80,500 80,700 80,900 81,100 81,300 81,500
Posição (km)
HR TECNAPAV (cm)
HR Calculadol
HR 4 cm
HR 8 cm
HR 6 cm
Espeesura de Reforço Adotada
122
equação da norma rodoviária denominada DNER-PRO 159/85 - Projeto de
Restauração de Pavimentos Semi-rígidos e Flexíveis apresentada:.
612,3
25
−
=
QIantes
HRQI
onde:
HRQI - Espessura de Reforço Calculada (cm);
QIantes – QI antes da restauração (cont./km);
Os resultados obtidos, por faixa de tráfego, são apresentados na Figura 5.5.
Figura 5.5 – Espessuras de Reforço Calculadas pela Norma DNER-PRO 159/85
5.1.6 Análise Superficial
O estudo consistiu na determinação das áreas deterioradas, onde a presença de
defeitos é fator de comprometimento da funcionalidade do pavimento, prejudicando
a segurança e o conforto ao rolamento do usuário, bem como a preservação da
camada sobrejacente a ser executada e a correção de pontos críticos. Assim, para
Espessuras Calculadas Pelo QI e Soluções Projetadas
Rodovia Anhanguera - Pista Norte - Faixa 3
0
2
4
6
8
10
12
14
79.500 79.700 79.900 80.100 80.300 80.500 80.700 80.900 81.100 81.300 81.500
Posição (m)
HR QI (cm)
Faixa 2 Faixa 1 Faixa 3
Espessura de Reforço Adotada
HR 6 cm
HR 8 cm
HR 4 cm
123
cada segmento de projeto, determinou-se a área a reparar, considerando-se a presença
de defeitos peculiares aos pavimentos.
Inicialmente, observa-se que a camada de revestimento do pavimento em questão é
constituída por camadas de concreto asfáltico com espessura de 15 cm.
Outro parâmetro condicionante à recuperação superficial do pavimento é a
determinação de seu estágio atual de deterioração o que pode ser definido a partir dos
inventários de superfície realizados.
Dessa forma, partir da observação das fichas de Levantamento Visual Detalhado,
propôs-se a execução de reparos ou correções preliminares, pelo processo de
fresagem e recomposição, nos trechos em que, de acordo com as informações do
LVD, ocorrem defeitos dos tipos "panela", "trincas/jacaré", “remendos” e/ou
“afundamentos plásticos”, caracterizados como críticos.
5.1.7 Soluções de Restauração Adotadas
A partir das análises estruturais, funcionais e superficais descritas anteriormente
traçou-se um panorama das necessidades de conservação, revitalização e restauração
ao longo do trecho.
Como resultado direto das análises anteriores, a proposição da solução para
restauração dos pavimentos, buscou-se adequar suas condições funcionais e atender
os critérios estruturais de desempenho e vida útil.
A solução consistiu em realizar os reparos localizados nas áreas deterioradas
identificadas no LVD, através da remoção de 6 a 10 cm de pavimento e
recomposição com concreto asfáltico convencional.
Na seqüência, nos trechos que apresentaram deficiência estrutural e/ou funcional, de
acordo com a metodologia anteriormente apresentada, foi executado o reforço em
124
concreto asfáltico confeccionado com ligante asfáltico do tipo CAP40 convencional
e/ou CAP40 modificado com 1,5% de polímero do Tipo RET e 0,22% de
Catalisador.
A Figura 5.6 apresenta um diagrama unifilar com as soluções adotadas para os
trechos em questão distinguindo as atividades de reparos, fresagens e reforço
estrutural.
Figura 5.6 – Soluções de Restauração Adotadas
Desta forma o segmento pode ser subdividido em quatro partes, em função da
solução de restauração adotada.
1.
Do km 79+500 ao km 79+750 (Pista de Referência): Reparos Localizados
seguidos de Reforço Estrutural em CBUQ confeccionado com CAP40
convencional na espessura de 4cm;\
FRESAGEM E RECOMPOSIÇÃO DE 4 cm CBUQ Polímero 4 cm
CBUQ Convencional 4 cm CBUQ Polímero 6 cm
CBUQ Convencional 6 cm
1
a.
Camada
2
a.
Camada
1
a.
Camada
2
a.
Camada
79,5 79,6 000 44
79,6 79,7 000 44
79,7 79,75 000 44
79,75 79,8 4 4p
79,8 79,9 000 4 4p
79,9 80,0 000 4 4p
80,0 80,1 X 00 4444p
80,1 80,2 X 00 4444p
80,2 80,3 X 00 4444p
80,3 80,4 X 00 4444p
80,4 80,5 X 00 4444p
80,5 80,6 X 00 4444p
80,6 80,7 X 00 4444p
80,7 80,8 X 00 4444p
80,8 80,9 X 00 4444p
80,9 81,0 X 00 4444p
81,0 81,1 X 00 6
81,1 81,2 X 00 6
81,2 81,3 X 00 6
81,3 81,4 X 00 6
81,4 81,5 X 00 6
INÍCIO Faixa Interna
Faixa
Intermediária
Faixa ExternaFINAL
Projetado
LEGEND
A
HR (cm)
Executado
HR (cm)
125
2.
Do km 79+750 ao km 80+000 (Comparativo com Trecho de Referência):
Reparos Localizados seguidos de Reforço Estrutural em CBUQ
confeccionado com CAP40 modificado com 1,5% de polímero RET e 0,22%
de Catalisador na espessura de 4cm;
3.
Do km 80+000 ao km 81+000 (Segmento com Reforço estrutural calculado
de 8cm): Fresagem com Recomposição do revestimento existente na
espessura de 4,0cm na faixa externa e aplicação, em toda a plataforma, de
Reforço Estrutural em CBUQ confeccionado com CAP40 convencional na
espessura de 4cm e Reforço Estrutural em CBUQ com 4,0cm confeccionado
com CAP40 modificado com 1,5% de polímero RET e 0,22% de Catalisador;
4.
Do km 81+000 ao km 81+500 (Segmento com Reforço estrutural calculado
de 6cm): Fresagem com Recomposição do revestimento existente na
espessura de 4,0cm na faixa externa e aplicação, em toda a plataforma, de
Reforço Estrutural em CBUQ com 6,0cm confeccionado com CAP40
modificado com 1,5% de polímero RET e 0,22% de Catalisador.
5.2 PROJETO DA MISTURA APLICADA
Definido o tipo de mistura a ser aplicada (CBUQ na Faixa III DERSA) como solução
para a reabilitação do trecho em questão, a partir das características estruturais e
funcionais do pavimento, bem como o estudo de tráfego, seguiu-se a elaboração do
projeto de mistura pelo método Marshall.
Para o enquadramento na faixa granulométrica foram selecionados materiais pétreos
da Pedreira Basalto 6 e cal hidratada, nos teores em peso indicados na Tabela 5.6.
As características das misturas dosadas encontram-se detalhadas na Tabela 5.7, para
o teor ótimo determinado pelo método Marshall, para cada um dos ligantes asfálticos
em estudo.
126
Tabela 5.6 – Composição da Mistura Aplicada
Origem do Material Material Porcentagem Seca
Pedreira Basalto 6 BRITA 1 20,0%
Pedreira Basalto 6 PEDRISCO 17,5%
Pedreira Basalto 6 PÓ DE PEDRA 61,0%
Diversos CAL CH1 1,5%
Tabela 5.7 – Características das Misturas Dosadas (Fonte: Consórcio Construban)
TIPO DE LIGANTE
ENSAIOS
CAP40
CAP40 +
1,5%RET +
0,22%H
3
PO
4
Origem do Agregados Granito Granito
Abrasão Los Angeles (Agregados) 16% 16%
Energia Utilizada (golpes por face) 75 75
Porcentagem de Ligante Adicionado 5,3% 5,9%
Porcentagem de Ligante Efetivo 5,1% 5,7%
Absorção de Ligante 0,2% 0,2%
Massa Específica do Ligante 1,018 g/cm
3
1,019 g/cm
3
Diâmetro Máximo Efetivo do Agregado 17,1 mm 17,1 mm
Massa Esp. Efetiva dos Agregados Combinados 2,725 g/cm
3
2,729 g/cm
3
Massa Específica Máxima Teórica (0% de vazios) 2,503 g/cm
3
2,484 g/cm
3
Densidade Aparente da Mistura 2,404 g/cm
3
2,387 g/cm
3
Resist. `a Tração por Comp. Diametral (7+1%VV) 1,2 MPa 1,6 MPa
Porcentagem de Vazios (%VV) 3,9% 3,9%
Vazios do Agregado Mineral (VAM) 16,1% 17,2%
Relação Betume x Vazios (RBV) 75,6% 77,5%
Estabilidade Marshall 1.444 kgf 2.073 kgf
Fluência 15,2 x 0,01” 19,9 x 0,01”
Relação Fíler/Betume 1,4 1,3
Cal hidratada CH-1 (% da mistura total) 1,4% 1,4%
127
5.3 EXECUÇÃO E CONTROLE DE QUALIDADE DA OBRA
A execução do trecho experimental esteve a cargo da construtora Andrade Gutierrez,
contando com o apoio da DuPont do Brasil S/A no fornecimento e incorporação do
polímero no ligante e da Construtora Estrutural na confecção e usinagem das
misturas asfálticas.
Os segmentos restaurados foram cuidadosamente preparados, sendo os reparos
localizados executados previamente à aplicação do reforço estrutural.
Anteriormente à pintura de ligação, aplicada com emulsão RR-2C, o revestimento
existente foi varrido mecanicamente para a remoção de qualquer material que
pudesse estar solto sobre a pista.
Os equipamentos utilizados na confecção e aplicação da mistura asfáltica foram os
seguintes:
•
01 Carregadeira de Pneus Caterpillar CAT 966;
•
01 Usina Drum mixer Barber Greene – 120 t/h;
•
15 Caminhões Basculantes;
•
01 Acabadora de esteiras VÖGELE;
•
02 Rolos de Pneus Dynapac CP-30;
•
01 Rolo Tandem Dynapac CC-43;
•
01 Rolo Tandem Dynapac CG-11.
O processo de compactação adotado, visando atingir os valores definidos no projeto
de mistura, foi o seguinte:
•
Camadas de CBUQ de 4cm:
o Rolo de Pneus (Pressão entre 100 e 120 psi) – 16 passadas
o Rolo Tandem – 4 fechadas sendo 2 vibrando
•
Camadas de CBUQ de 6cm:
o Rolo de Pneus (Pressão entre 100 e 120 psi) – 18 passadas
o Rolo Tandem – 4 fechadas sendo 2 vibrando
128
As Figuras 5.7 e 5.8 mostram o processo de compactação do trecho.
Figura 5.7 – Vista geral do processo de compactação do trecho experimental
Figura 5.8 – Trecho Experimental sendo executado
A Figura 5.9 mostra a aplicação do Concreto Asfáltico com asfalto modificado por
polímero RET.
129
Figura 5.9 – Aplicação do Concreto Asfáltico com Asfalto Modificado por Polímero
RET
A aplicação da mistura confeccionada com asfalto modificado teve início no dia 21
de março de 2002 no quilômetro 79+750, com todas as faixas executadas no mesmo
dia. A temperatura de mistura na usina variou entre 170
o
C e 185
o
C para garantir uma
boa compactação na pista. Durante a aplicação, a temperatura de descarga na
acabadora sempre foi superior a 165
o
C.
A execução do trecho de referência, entre os km 79,5 e 79,75 foi realizada no dia 27
de março de 2002.
Logo após a execução do segmento, foram extraídos Corpos-de-Prova com a
utilização de sonda rotativa. A partir destes Corpos de Prova foram determinados as
Densidades, o Grau de Compactação, os Volumes de Vazios, a Espessura e o Teor de
Ligante da mistura aplicada. As tabelas 5.8 e 5.9 apresentam os resultados
encontrados para as misturas aplicadas com CAP40 e com CAP40 modificado com
1,5% de polímero RET e 0,22% de Catalisador, respectivamente.
130
Tabela 5.8 – Ensaios realizados nos Corpos de Prova (CAP40)
Densidade (g/cm3)
Km Faixa
Pista Lab.
Grau de
Compactação
(%)
Volume
de
Vazios
(%)
Esp.
(cm)
Teor de
CAP
Usina
(%)
Teor de
Projeto
(%)
79+510 1 2,325 2,404 97 7,5 4,46 5,0 5,3
79+600 1 2,326 2,404 97 7,5 4,50 5,0 5,3
79+740 1 2,339 2,404 97 7,0 4,37 5,0 5,3
79+520 2 2,332 2,404 97 7,2 4,00 5,0 5,3
79+610 2 2,319 2,404 96 7,8 4,52 5,0 5,3
79+730 2 2,339 2,404 97 7,0 4,21 5,0 5,3
79+530 3 2,353 2,404 98 6,4 4,09 5,0 5,3
79+520 3 2,309 2,404 96 8,2 3,79 5,0 5,3
79+710 3 2,304 2,404 96 8,4 4,43 5,0 5,3
Tabela 5.9 – Ensaios realizados nos Corpos de Prova (CAP40+1,5%Polímero)
Densidade (g/cm3)
Km Faixa
Pista Lab.
Grau de
Compactação
(%)
Volume
de
Vazios
(%)
Esp.
(cm)
Teor de
CAP
Usina (%)
Teor de
Projeto
(%)
79+760 1 2,387 2,387 100 4,7 3,86 5,35 5,9
79+830 1 2,357 2,387 99 5,9 4,37 5,35 5,9
79+896 1 2,333 2,387 98 6,8 4,09 5,35 5,9
79+777 2 2,397 2,387 100 4,3 4,24 5,35 5,9
79+847 2 2,357 2,387 99 5,9 4,50 5,35 5,9
79+913 2 2,348 2,387 98 6,2 4,51 5,35 5,9
79+794 3 2,352 2,387 99 6,1 3,92 5,35 5,9
79+862 3 2,357 2,387 99 5,9 4,01 5,35 5,9
79+930 3 2,376 2,387 100 5,1 3,88 5,35 5,9
80+020 1 2,408 2,387 101 3,2 4,13 5,80 5,9
80+100 1 2,356 2,387 99 5,3 4,00 5,80 5,9
80+180 1 2,298 2,387 96 7,6 3,87 5,80 5,9
80+030 2 2,423 2,387 102 2,6 4,61 5,80 5,9
131
Tabela 5.9 (Cont) – Ensaios realizados nos Corpos de Prova (CAP40+1,5%Polímero)
Densidade (g/cm3)
Km Faixa
Pista Lab.
Grau de
Compactação
(%)
Volume
de
Vazios
(%)
Esp.
(cm)
Teor de
CAP
Usina (%)
Teor de
Projeto
(%)
80+110 2 2,39 2,387 100 3,9 4,65 5,80 5,9
80+180 2 2,362 2,387 99 5,0 4,62 5,80 5,9
80+010 3 2,354 2,387 99 5,3 3,69 5,80 5,9
80+100 3 2,384 2,387 100 4,1 4,05 5,80 5,9
80+170 3 2,326 2,387 97 6,5 4,32 5,80 5,9
80+250 1 2,307 2,387 97 7,5 3,76 5,65 5,9
80+400 1 2,405 2,387 101 3,5 4,56 5,65 5,9
80+550 1 2,338 2,387 98 6,2 3,96 5,65 5,9
80+270 2 2,389 2,387 100 4,2% 4,69 5,65 5,9
80+420 2 2,339 2,387 98 6,2% 4,11 5,65 5,9
80+570 2 2,405 2,387 101 3,5% 4,46 5,65 5,9
80+230 3 2,383 2,387 100 4,4% 4,70 5,65 5,9
80+380 3 2,37 2,387 99 4,9 4,05 5,65 5,9
80+530 3 2,380 2,387 100 4,5 4,63 5,65 5,9
80+650 1 2,319 2,387 97 6,4 4,55 6,05 5,9
80+800 1 2,398 2,387 100 3,2 6,58 6,05 5,9
80+950 1 2,338 2,387 98 5,6 6,76 6,05 5,9
80+630 2 2,318 2,387 97 6,4 4,68 6,05 5,9
80+780 2 2,377 2,387 100 4,0 6,03 6,05 5,9
80+930 2 2,359 2,387 99 4,8 5,95 6,05 5,9
80+670 3 2,399 2,387 101 3,1 4,40 6,05 5,9
80+820 3 2,415 2,387 101 2,5 5,78 6,05 5,9
80+960 3 2,39 2,387 100 3,5 5,99 6,05 5,9
80+993 1 2,372 2,387 99 3,7 5,50 6,40 5,9
81+193 1 2,419 2,387 101 1,8 5,92 6,40 5,9
81+260 1 2,415 2,387 101 2,0 6,17 6,40 5,9
80+990 2 2,411 2,387 101 2,2 6,25 6,40 5,9
132
Tabela 5.9 (Cont) – Ensaios realizados nos Corpos de Prova (CAP40+1,5%Polímero)
Densidade (g/cm3)
Km Faixa
Pista Lab.
Grau de
Compactação
(%)
Volume
de
Vazios
(%)
Esp.
(cm)
Teor de
CAP
Usina (%)
Teor de
Projeto
(%)
81+190 2 2,383 2,387 100 3,3 5,89 6,40 5,9
81+257 2 2,401 2,387 101 2,6 6,14 6,40 5,9
80+989 3 2,322 2,387 97 5,8 6,02 6,40 5,9
81+189 3 2,363 2,387 99 4,1 6,16 6,40 5,9
81+260 3 2,356 2,387 99 4,4 5,49 6,40 5,9
81+280 1 2,407 2,387 101 2,8 6,08 6,10 5,9
81+390 1 2,383 2,387 100 3,8 6,15 6,10 5,9
81+480 1 2,361 2,387 99 4,6 6,11 6,10 5,9
81+280 2 2,325 2,387 97 6,1 6,19 6,10 5,9
81+380 2 2,357 2,387 99 4,8 6,44 6,10 5,9
81+485 2 2,376 2,387 100 4,0 6,17 6,10 5,9
81+285 3 2,316 2,387 97 6,5 5,68 6,10 5,9
81+385 3 2,341 2,387 98 5,5 6,36 6,10 5,9
81+480 3 2,346 2,387 98 5,3 5,65 6,10 5,9
5.4 MONITORAMENTO
Para uma análise objetiva do desempenho da camada aplicada tem sido realizado o
monitoramento periódico das condições estruturais, superficiais, funcionais e de
segurança do pavimento, através da realização de ensaios não destrutivos in situ.
5.4.1 Deflectometria
As Figuras 5.10, 5.11 e 5.12 apresentadas na seqüência mostram as deflexões
máximas obtidas na faixa de maior solicitação de tráfego (faixa 3) na avaliação com
o FWD nas três etapas de levantamento realizadas: A Figura 5.10 mostra os
levantamentos de novembro de 2001 e em janeiro de 2002, sendo as duas primeiras
133
campanhas antes da execução das obras. A Figura 5.11, a campanha de maio de
2004, mais de dois anos depois da execução da obra e a Figura 5.12, os dados de
janeiro de 2006 para verificar a evolução dos níveis defectométricos.
Os dados deflectométricos utilizados para o dimensionamento das espessuras de
reforço estrutural foram os levantados em novembro de 2001, época da elaboração
do projeto de restauração. O levantamento de janeiro de 2002 foi realizado em
decorrência das intensas chuvas que ocorreram no final de 2001. Observa-se, que em
termos gerais, houve uma evolução significativa nos níveis deflectométricos,
provavelmente decorrentes da saturação das camadas subjacentes, em um curto
período de tempo.
Figura 5.10 – Deflexões medidas antes da Restauração
Comparativo de Deflexões
Faixa Externa
0,0
10,0
20,0
30,0
40,0
50,0
60,0
70,0
80,0
90,0
100,0
79,5 80,0 80,5 81,0 81,5
Posição (km)
Deflexão sob a a
ç
ão da
carga (0,01mm)
nov/01 jan/02
134
Figura 5.11 – Comparativo entre a Deflexão Medida antes da restauração e após
Figura 5.12 – Comparativo - Deflexão Medida em Maio de 2004 e Janeiro de
2006
Verificam-se, através dos resultados obtidos, condições estruturais bastante
homogêneas após a execução das obras e níveis deflectométricos compatíveis com o
Comparativo de Deflexões
Faixa Externa
0,0
10,0
20,0
30,0
40,0
50,0
60,0
70,0
80,0
90,0
100,0
79,5 80,0 80,5 81,0 81,5
Posição (km)
Deflexão sob a a
ç
ão da
carga (0,01mm)
jan/02 mai/04
Comparativo de Deflexões
Faixa Externa
0,0
10,0
20,0
30,0
40,0
50,0
60,0
70,0
80,0
90,0
100,0
79,5 80,0 80,5 81,0 81,5
Posição (km)
Deflexão sob a a
ç
ão da
carga (0,01mm)
mai/04 jan/06
135
nível de tráfego e tipo de estrutura existente após dois anos e meio de solicitação de
tráfego, ou seja, as deflexões sob a ação da carga se mostraram inferiores a 40×10
-2
mm após a restauração.
A tabela 5.10 apresenta o resumo dos resultados médios e característicos (média
acrescida de um desvio padrão) obtidos em cada campanha de monitoramento em
questão.
Tabela 5.10 – Resultados Deflectométricos da SP-330
nov/01 jan/02 mai/04 jan/06
Df1 Dc Df1 Dc Df1 Dc Df1 Dc
km
inicial
Km
final
(x0,01mm)
79+500 79+750 44,3 50,1 60,4 70,4 35,1 39,3 41,5 46,5
79+750 80+000 43,5 52,8 60,1 75,4 32,7 35,5 42,1 43,2
80+000 81+000 59,5 72,7 67,8 79,3 28,7 33,6 33,9 39,8
81+000 81+500 49,4 59,7 65,6 74,5 32,4 36,8 32,3 42,4
Para o caso em questão, observa-se que a redução da deflexão característica nos dois
primeiros segmentos, onde a solução de restauração teve a mesma espessura de
reforço dimensionada, foi superior entre os quilômetros 79+750 e 80+000 onde se
utilizou o Ligante Asfáltico modificado por polímero RET (Redução de 44% na
deflexão característica no segmento confeccionado com ligante convencional e de
55% no segmento confeccionado com ligante modificado por polímero do tipo RET).
Constata-se também que entre maio de 2004 e janeiro de 2006 houve um incremento
pouco significativo nos valores deflectométricos de todas as quatro seções, já tendo
decorrido quatro anos desde a execução do reforço.
5.4.2 Irregularidade
136
Na presente pesquisa foram coletados os dados de irregularidade longitudinal
disponíveis em estudos realizados no trecho desde 2002 a fim de ilustrar a evolução
da condição do pavimento após a execução dos serviços de restauração, conforme
listado a seguir:
•
Monitoramento da Irregularidade Longitudinal realizado pela Concessionária
Autoban em Fevereiro de 2002, anterior à restauração;
•
Monitoramento da Irregularidade Longitudinal realizado pela Concessionária
Autoban em Março de 2003, um ano após a restauração;
•
Monitoramento da Irregularidade Longitudinal realizado pela Concessionária
Autoban em Maio de 2004, mais de dois anos após a restauração;
As Figuras 5.13, 5.14 e 5.15 a seguir ilustram o perfil com os três levantamentos
realizados.
137
Figura 5.13 – Comparativo das Irregularidades Longitudinais - Faixa. Interna
Figura 5.14 – Comparativo das Irregularidades Longitudinais - Faixa.Intermediária
Comparativo da Irregularidade Longitudinal
Faixa Intermediária
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
79.500 80.000 80.500 81.000 81.500
Posição (km)
QI (cont/km)
fev/02 mar/03 mai/04
Comparativo da Irregularidade Longitudinal
Faixa Interna
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
79.500 80.000 80.500 81.000 81.500
Posição (km)
QI (cont/km)
fev/02 mar/03 mai/04
138
Figura 5.15 – Comparativo das Irregularidades Longitudinais - Faixa Externa
Em termos de Irregularidade Longitudinal observa-se um decréscimo significativo
com a restauração da Faixa Externa, observa-se também para esta faixa que os níveis
de Irregularidade não sofreram evolução entre as duas últimas campanhas de
levantamento.
Nas Faixas Interna e Intermediária os níveis de Irregularidade eram bastante baixos
antes mesmo da restauração com valores inferiores a 27cont/km na Faixa
Intermediária e a 25cont/km na faixa Interna. Estes níveis permaneceram baixos após
um ano da restauração e sofreram uma elevação na faixa interna após dois anos de
restauração.
5.4.3 Inventário de Superfície
A fim de se quantificar com maior precisão as áreas deterioradas existentes ao longo
da via e, assim, determinar o percentual de cada uma das ocorrências em relação à
área total, realizaram-se para o presente estudo, duas campanhas de Levantamento
Visual Detalhado (LVD), a primeira em Fevereiro de 2002, antes da restauração e a
segunda em Janeiro de 2006, quase quatro anos depois. Tais resultados serão
apresentados nas Figuras 5.26 a 5.21 e discutidos adiante.
Comparativo da Irregularidade Longitudinal
Faixa Externa
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
79.500 80.000 80.500 81.000 81.500
Posição (km)
QI (cont/km)
fev/02 mar/03 mai/04
139
Este levantamento tem o objetivo de analisar a condição de superfície dos
pavimentos (pista de rolamento e acostamento) de maneira detalhada, sendo
realizado por técnicos que locam e caracterizam os defeitos existentes no pavimento
da pista e do acostamento em ficha específica, determinando as áreas com presença
de trincamentos, remendos, panelas, erosões, afundamentos, etc., ou seja,
cadastrando as áreas em que há necessidade de intervenção, subsidiando a definição
de soluções de recuperação e manutenção.
Desta forma, uma ficha de campo representa um quilômetro de pista e os defeitos são
locados e descritos na tabela abaixo do croqui.
140
Figura 5.16 – LVD – Fevereiro de 2002 – km 79+500 ao km 80+000
Pista Dupla
Norte
Rodovia: SP 330 Data: Km Inicial:
Sentido: SP - CAMPINAS Operador: RUY
Km Final:
km
Pista: NORTE
km
79 80
x x
x x
x x
x x
x x
x x
x x
x x
x x
x x
x x
x x
x x
x x
300 400
Perfil de Defeitos - LVD
30/4/2001
79+500
80+000
900
Fx. 1
500 600 700 800100 200
Fx. 2Fx. 3Acost.
Faixa
km
N
o
.
Tipo Dimensão
Observação Faixa
km
N
o
.
T
ipo Dimensão
Observação
Inicial Ocorrência Defeito (m) Inicial Ocorrência Defeito (m)
3 79,580 1 R 3,6 240
3 79,880 2 FC3 3,6 120
2 79,500 3 FC3 3,6 60
3
1 2
141
Figura 5.17 – LVD – Janeiro de 2006 – km 79+500 ao km 80+000
Pista Dupla
Crescente
Rodovia: SP 330 Data: 12/01/06 Km Inicial: 79+500
Sentido: SP - CAMPINAS O
p
Operador: RUY
Km Final: 80+000
Pista: NORTE
1
313
456 89 18
15
10 11 12 14 16 17
x x
x x
x x
x x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
0,4 20,0
3 79,800 13 FC-2 0,4 2,0
3 79,780 12 FC-2
1,0 16,0
3 79,760 11 FC-2 0,4 5,0
3 79,725 10 FC-1
3 79,720 9 FC-1 0,5 0,5
Junta
Perfil de Defeitos - LVD
79,000
100 200 300 400 500 600 700 800 900
80,000
Faixa 1 Faixa 1
Faixa 2 Faixa 2
Faixa 3 Faixa 3
Acostamento Acostamento
50 100 150 200 250 300 350 400 450
Faixa
km
N
o
.
Tipo Dimensão Pos.
Observação Faixa
km
N
o
.
Tipo
Defeito
Dimensão Pos.
Observação
Inicial Ocorrência Defeito (m) Vert. Inicial Ocorrência (m) Vert.
2 79,507 1 FC-1 0,5 1,5 3 79,812 15 FC-1 0,5 1,0
3 79,573 2 FC-1 1,0 20,0 3 79,855 16 FC-2 0,8 9,0
3 79,573 3 FC-1 - 20,0 3 79,919 17 FC-1 0,4 0,5
3 79,604 4 FC-1 1,5 0,5 3 79,940 18 FC-1 0,4 4,0
3 79,620 5 FC-1 1,5 12,0
3 79,643 6 FC-2 1,5 4,0
3,6 21,03 79,666 7 FC-2/1
3 79,701 8 R/FC2 0,5 5,0
0,8 12,03 79,800 14 FC-2
2
7
142
Figura 5.18 – LVD – Fevereiro de 2002 – km 80+000 ao km 81+000
Pista Dupla
Norte
Rodovia: SP 330 Data: Km Inicial:
Sentido: SP - CAMPINAS Operador: RUY
Km Final:
km
Pista: NORTE
km
80 81
x
x
x
x
x
x
x
x
1,0 102 80,710 8 FC2
3,6 10
2 80,240 7 FC2 2,0 5
2 80,200 6 FC2
2,0 6
2 80,180 5 FC2 2,0 20
2 80,140 4 FC2
Perfil de Defeitos - LVD
30/4/2001
80+000
81+000
100 200 300 400 500 600 700 800 900
Fx. 1Fx. 2Fx. 3Acost.
Faixa
km
N
o
.
Tipo Dimensão
Observação Faixa
km
N
o
.
T
ipo Dimensão
Observação
Inicial Ocorrência Defeito (m) Inicial Ocorrência Defeito (m)
3 80,000 1 FC3 3,6 40
3 80,230 2 FC3 3,6 560
2 80,070 3 FC2 2,0 7
1 2
5
3
4
6
7
8
143
Figura 5.19 – LVD – Janeiro de 2006 – km 80+000 ao km 81+000
Pista Dupla
Crescente
Rodovia: SP 330 Data: 12/01/06 Km Inicial: 79+500
Sentido: SP - CAMPINAS Operador: RUY
Km Final: 80+000
Pista: NORTE
1
5
23 4
x
x
x
x
x
x
0,6 5,0AC 80,652 5 FC-3
4 FC-2 0,6 15,0
AC 80,375 3 FC-2/1 0,4 1,0
AC 80,419
AC 80,315 2 FC-1 0,2 40,0
(m) Vert.
3 80,004 1 FC-1 0,3 10,0
Dimensão Pos.
Observação
Inicial Ocorrência Defeito (m) Vert. Inicial Ocorrência
Faixa
km
N
o
.
Tipo
Defeito
800 900
Faixa
km
N
o
.
Tipo Dimensão Pos.
Observação
Acostamento Acostamento
100 200 300 400 500 600 700
Faixa 2 Faixa 2
Faixa 3 Faixa 3
900
81,000
Faixa 1 Faixa 1
Perfil de Defeitos - LVD
80,000
100 200 300 400 500 600 700 800
144
Figura 5.20 – LVD – Fevereiro de 2002 – km 81+000 ao km 81+500
Pista Dupla
Norte
Rodovia: SP 330 Data: Km Inicial:
Sentido: SP - CAMPINAS Operador: RUY
Km Final:
km
Pista: NORTE
km
81 82
x
x
x
x
x
x
x
x
2,0 4
2 81,300 7 FC2 2,0 4
2 81,300 7 FC2
2,0 70
2 81,280 6 FC2 3,6 10
2 81,190 5 FC2
2 81,140 4 FC2 3,6 30
Perfil de Defeitos - LVD
30/4/2001
81+000
82+000
100 200 300 400 500 600 700 800 900
Fx. 1Fx. 2Fx. 3Acost.
Faixa
km
N
o
.
Tipo Dimensão
Observação Faixa
km
N
o
.
T
ipo Dimensão
Observação
Inicial Ocorrência Defeito (m) Inicial Ocorrência Defeito (m)
3 81,080 1 FC3/EX 3,6 360
2 81,090 2 FC2 2,0 10
2 81,105 3 FC2 2,0 3
1
4
5
2
3
6
7
145
Figura 5.21 – LVD – Janeiro de 2006 – km 81+000 ao km 81+500
Pista Dupla
Crescente
Rodovia: SP 330 Data: 12/01/06 Km Inicial: 81+000
Sentido: SP - CAMPINAS Operador: RUY
Km Final: 81+500
Pista: NORTE
78
34
10
19
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
0,3 3,0
3 81,415 10 R 1,5 5,0
3 81,412 9 FC-1
0,5 3,0
3 81,364 8 R 0,8 11,0
3 81,352 7 FC-1
49,0
3 81,349 6 R 0,8 27,0
81,300 5 FC-1/2 0,8
3 81,275 4 R 0,8 5,0
3
Perfil de Defeitos - LVD
81,000
100 200 300 400 500 600 700 800 900
82,000
Faixa 1 Faixa 1
Faixa 2 Faixa 2
Faixa 3 Faixa 3
Acostamento Acostamento
100 200 300 400 500 600 700 800 900
Faixa
km
N
o
.
Tipo Dimensão Pos.
Observação Faixa
km
N
o
.
Tipo
Defeito
Dimensão Pos.
Observação
Inicial Ocorrência Defeito (m) Vert. Inicial Ocorrência (m) Vert.
3 81,220 1 FC-2 1,0 15,0
3 81,235 2 R 0,8 65,0
3 81,260 3 FC-2 1,0 15,0
2
5
6
146
A tabela 5.11 apresenta a porcentagem da área trincada dos segmentos 1 e 2 (Trecho
de Referência e Comparativo com Trecho de Referência), calculada a partir das
fichas de campo do LVD. Ressalta-se que o remendo encontrado no levantamento de
2006 foi considerado como área trincada, já que informações obtidas na
Concessionária Autoban confirmaram que este remendo foi executado para correção
de um trincamento existente.
Tabela 5.11 – Nível de Trincamento entre 2002 e 2006
ANO
Km 79+560 ao km 79+750
(4cm de CBUQ CAP40)
Km 79+750 ao km 80+000
(4cm de CBUQ CAP40+pol)
2002 - 48%
2006 20,3% 3,7%
Observa-se que o nível de trincamento no Trecho de Referência, executado com
ligante do tipo CAP40 convencional é muito superior ao Trecho Comparativo do
Trecho de Referência, executado com Ligante do tipo CAP40 modificado com 1,5%
de polímero do tipo RET e 0,22% de Catalizador em janeiro de 2006. Além disso, os
trechos se encontravam em condições diferentes antes da restauração, sendo que
cerca de metade do trecho que recebeu recapeamento com asfalto modificado por
polímero RET estava trincado, contra um trecho sem trincamento que recebeu na
restauração CAP convencional.
5.4.4 Aderência
Os Valores de Resistência à Derrapagem (VRD) e de Profundidade Média de Areia
(HS), medidos com o Pêndulo Britânico e com o ensaio de Mancha de Areia,
respectivamente, em janeiro de 2006, quase quatro anos após a recuperação do
segmento, são apresentados na tabela 5.12.
147
Tabela 5.12 – Valores de Resistência à Derrapagem (VRD) e de Profundidade Média
de Mancha de Areia (HS) de Janeiro de 2006
Estação de
Ensaio
Posição
(km)
VRD
Classificação
microtextura
HS
(mm)
Classificação
macrotextura
01
79+700 43 Insuficientemente Lisa 0,7 Média
02
79+720 43 Insuficientemente Lisa 0,5 Média
03
79+800 43 Insuficientemente Lisa 0,6 Média
04
80+000 43 Insuficientemente Lisa 0,6 Média
05
80+200 44 Insuficientemente Lisa 0,4 Média
06
80+400
44
Insuficientemente Lisa 0,4 Média
07
80+600
45
Insuficientemente Lisa 0,5 Média
08
80+800 43 Insuficientemente Lisa 0,5 Média
09
81+000 44 Insuficientemente Lisa 0,5 Média
10
81+200 47 Mediamente Rugosa 0,6 Média
11
81+400 43 Insuficientemente Lisa 0,4 Média
Os valores encontrados para a Resistência à Derrapagem classificaram a superfície
do pavimento como Insuficientemente Lisa ou Medianamente Rugosa, sendo os
valores encontrados muito próximos ao limite entre as duas classificações. Em
termos de Profundidade Média de Mancha de Areia, a classificação da macrotextura
para todos os pontos foi como Média. Os valores encontrados para ambos os casos
são condizentes com o tipo de mistura asfáltica aplicada na restauração do segmento
em questão.
148
6 CONCLUSÕES E RECOMENDAÇÕES
6.1 CONCLUSÕES
6.1.1 Estudo de Ligantes em Laboratório
•
Houve uma redução no resultado do ensaio de Penetração para asfaltos
modificados por polímero RET em comparação aos ligantes convencionais. No
CAP 20, com a adição de 1,0% de polímero RET, a penetração foi de 60x0,1mm
(ligante puro) para 49x0,1mm (ligante modificado), nas modificações
subseqüentes, com adição de 1,5% e 2,0%, a penetração foi para 47x0,1mm e
42x0,1mm, respectivamente. Para o CAP 40, a adição de 1,0% de RET não
alterou a Penetração, já as modificações com 1,5% e 2% representaram uma
redução de 32x0,1mm para 17x0,1mm e 25x0,1mm, respectivamente;
•
Em ambos os asfaltos estudados (CAP 20 e CAP 40), quanto maior o teor de
polímero adicionado, maior foi o Ponto de Amolecimento encontrado, parâmetro
este, diretamente relacionado à resistência à deformação permanente da mistura,
ou seja, quanto maior o Ponto de Amolecimento maior a resistência à deformação
permanente;
•
O Ponto de Fulgor de qualquer um dos asfaltos estudados é superior a 240
o
C, ou
seja, todos apresentam características adequadas de segurança em relação ao
aquecimento a que este asfalto deve ser submetido em seu manuseio;
•
Todos os asfaltos modificados por polímero do tipo RET tiveram uma redução no
valor da Ductilidade quando comparados com os asfaltos convencionais. Para o
CAP 20, houve uma maior redução desta propriedade quando foi adicionado
1,0% de polímero. Nas modificações subseqüentes (1,5% e 2%), as reduções
foram menores, embora o valor tenha permanecido quase estável. Embora a
149
perda de ductilidade possa denotar perda de trabalhabilidade, este resultado
aponta que a viscosidade aumentou e que as propriedades reológicas estão
alteradas, principalmente de forma positiva, como o retorno elástico: com adição
de RET, o ligante passa a ser mais elástico;
•
Os ligantes estudados sofreram aumento de sua viscosidade com a adição do
polímero RET, principalmente para temperaturas mais baixas. No caso do CAP
20 a viscosidade a 135
o
C passou de 408cP para 920cP, ou seja, um aumento
superior a 100%, com a adição de apenas 1,0% de polímero. No CAP 40, com o
mesmo 1,0%, o acréscimo foi de quase 90% com a viscosidade passando de
458cP para 860cP;
•
O Retorno Elástico encontrado para os asfaltos modificados oscilou entre 60% e
80%, dependendo da quantidade de polímero e do tipo de asfalto estudado. Estes
resultados representam uma melhora no comportamento reológico em relação ao
ligante convencional, que apresenta Retorno Elástico desprezível, indicando uma
melhora da flexibilidade e da elasticidade dos asfaltos estudados;
•
Verifica-se que, mesmo com o aumento do teor de polímero no CAP 40 de 1,5%
para 2,0% houve uma redução no valor do retorno elástico de 70% para 65%.Esta
redução pode ter ocorrido devido à saturação dos asfaltenos disponíveis para
reagir quimicamente com o polímero RET;
•
Todos os ligantes estudados apresentaram valores adequados de perda de massa e
variação da penetração durante o ensaio, que simula o efeito do calor e do ar no
processo de usinagem da mistura asfáltica.
6.1.2 Estudo de Mistura Asfáltica em Laboratório
•
Houve um acréscimo de aproximadamente 15
o
C nas temperaturas de usinagem e
compactação, quando comparamos os resultados encontrados para as misturas
elaboradas com os asfaltos convencionais àquelas com asfaltos modificados,
devido ao aumento da viscosidade por adição do RET e catalisador;
•
Os valores de Módulo de Resiliência encontrados para os corpos de prova
confeccionados com asfalto convencional são muito próximos daqueles que
150
utilizaram os asfaltos convencionais. Isto sugere que o polímero do tipo RET não
altera o comportamento da mistura asfáltica em termos de Módulo de Resiliência;
•
Nos corpos-de-prova ensaiados, para a mistura com ligante do tipo CAP 20,
houve um incremento de quase 30% no valor da Resistência à Tração à 25ºC,
com o valor passando de 12,3kgf/cm
2
no asfalto convencional para 15,8kgf/cm
2
no modificado. Para o CAP40, a Resistência à Tração não foi sensível à
modificação e os valores permaneceram praticamente inalterados;
•
As misturas confeccionadas com asfalto modificado por polímero do tipo RET
apresentaram uma elevada resistência à deformação permanente quando
comparadas com as misturas confeccionadas com asfaltos convencionais em
ensaio realizado no simulador francês do tipo LPC. Os resultados mostraram que
a deformação permanente é praticamente a metade com as misturas com asfalto
modificado. Para tráfego pesado, apenas as misturas com asfalto modificado
atenderam ao limite das diretrizes européias para deformação permanente.
6.1.3 Estudo do Trecho Experimental
•
As condições estruturais dos pavimentos do segmento experimental foram
bastante homogêneas após a execução das obras de restauração e os níveis
deflectométricos ficaram compatíveis com o nível de tráfego e tipo de estrutura
existente após dois anos e meio de solicitação de tráfego, ou seja, as deflexões
sob a ação da carga se mostraram inferiores a 40×10
-2
mm após a restauração;
•
Houve redução da deflexão característica nos dois primeiros segmentos
executados (do km 79+500 ao km 79+750, e do km 79+750 ao km 80+000), em
que a solução de restauração teve a mesma espessura de reforço dimensionada.
Entre os quilômetros 79+750 e 80+000, onde se utilizou o ligante asfáltico
modificado por polímero RET, a deflexão característica caiu de 75,4mm
-2
para
35,4mm
-2
(Redução de 55%). No segmento do km 79+500 ao km 79+750,
confeccionado com ligante convencional, a deflexão característica foi de
70,4mm
-2
para 39,3mm
-2
(Redução de 44%);
•
O nível de trincamento no Trecho de Referência (0% em 2002 e 20,3% em
2006), executado com ligante do tipo CAP40 convencional é muito superior ao
151
Trecho Comparativo do Trecho de Referência (48% em 2002 e 3,7% em 2006),
executado com ligante do tipo CAP40 modificado com 1,5% de polímero do tipo
RET e 0,22% de Catalizador, em janeiro de 2006. Além disso, os trechos se
encontravam em condições diferentes antes da restauração, sendo que cerca de
metade do trecho que recebeu recapeamento com asfalto modificado por
polímero RET estava trincado, contra um trecho sem trincamento que recebeu na
restauração CAP convencional.
•
Os valores encontrados para a Resistência à Derrapagem classificaram a
superfície do pavimento como Insuficientemente Lisa ou Medianamente Rugosa,
sendo os valores encontrados muito próximos ao limite entre as duas
classificações. Em termos de Profundidade Média de Mancha de Areia, a
classificação da macrotextura para todos os pontos foi como Média. Os valores
encontrados para ambos os casos são condizentes com o tipo de graduação das
misturas asfálticas aplicadas na restauração do segmento em questão.
6.2 RECOMENDAÇÕES E SUGESTÕES DE CONTINUIDADE DE PESQUISA
•
Pesquisar outros tipos de misturas elaboradas com asfaltos modificados por
Polímero de tipo RET como, por exemplo, o SMA Stone Matrix Asphalt e a CPA
Camada Porosa de Atrito;
•
Complementar o estudo do Trecho Experimental com a remoção de placas e
corpos-de-prova através de sondas rotativas para a realização de ensaios
laboratoriais nas misturas que já estão sob a ação do Tráfego;
•
Dar continuidade ao monitoramento do Trecho Experimental e verificar a
evolução das condições de trincamento e irregularidade longitudinal para
eventual calibração das constantes k1 a k5 das equações do HDM para os tipos
de misturas estudadas;
•
Realizar pesquisa com o simulador de trágefo do tipo “Heavy Veicule Simulator”
(HVS) para verificar o comportamento da mistura aplicada no trecho
experimental de forma acelerada.
152
•
Estudar a química do asfalto modificado polímero RET para entender o processo
de saturação dos asfaltenos para os asfaltos brasileiros;
153
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
ABNT NBR 7208 – Associação Brasileira de Normas Técnicas. Materiais
Betuminosos para Pavimentação. Rio de Janeiro, 1998
Amaral, S.C., Estudo de Misturas Asfálticas Densas com Agregados do Estado do
Pará, Utilizando Asfalto Convencional (CAP 40) e Asfalto Modificado por Polímero
SBS (Betuflex 65/60). Tese de Mestrado, USP. São Paulo, 2000
ASTM E 303-93. - Standart Test Method for Measuring Surfacing Frictional
Properties Using the British Pendulum Tester, West Conshohocken, 1998
Brulé B. el Laval C. – Etude Experimentale de La Compatibilité de Resin Epoxydes
avec lê Bitume, Rapport de Recherche n
o
40, Paris LCPC, 1974
CNT – Confederação Nacional do Transporte. http://www.cnt.org.br
, 2006
Desmazes, C., Lesueur, D., Phillips, M. – A Protocol for Reliable Measurement of
Zero-Shear-Viscosity in Order to Evaluate the Anti-Rutting Performance of Binders
– In: Proceedings of 2
nd
Eurasphalt & Eurobitumie Congress, Vol 1, 0073, p. 203-
211. Barcelona, 2000
DNER – Departamento Nacional de Estradas de Rodagem. Pesquisa de Asfaltos
Modificados por Polímeros – Relatório Final. Ministério dos Transportes. Diretoria
de Desenvolvimento Tecnológico. Tomos I, II e III. Brasília, 1998
DNER/IPR - Coletânea de Normas - Asfaltos Modificados por Polímeros. Rio de
Janeiro, 1998
DNER-PRO 011/79 – Departamento Nacional de Estradas de Rodagem. Avaliação
Estrutural dos Pavimentos Flexíveis. Rio de Janeiro, 1979
154
DNER-PRO 159/85 – Departamento Nacional de Estradas de Rodagem. Projeto de
Restauração de Pavimentos Flexíveis e Semi-rígidos. Rio de Janeiro, 1985
DNER-PRO 164/94 – Departamento Nacional de Estradas de Rodagem. Calibração e
Controle de Sistemas de Medidores de Irregularidade de Superfície de Pavimento
(Sistemas Integradores IPR/USP e Maysmeter). Rio de Janeiro, 1994
DNER-PRO 182/94 – Departamento Nacional de Estradas de Rodagem. Medição de
Irregularidade de Superfície de Pavimento com Sistemas Integradores IPR/USP e
Maysmeter. Rio de Janeiro, 1994
DNER-PRO 269/94 – Departamento Nacional de Estradas de Rodagem. Projeto de
Restauração de Pavimentos Flexíveis - TECNAPAV. Rio de Janeiro, 1994
DNER-PRO 273/96 – Departamento Nacional de Estradas de Rodagem.
Determinação das Deflexões Utilizando o Deflectômetro de Impacto Tipo “Falling
Weight Deflectometer”. Rio de Janeiro, 1996
DNIT – Departamento Nacional de Infra-estrutura Terrestre . http://www.dnit.gov.br
,
2006
DYNATEST INC. - Dynatest 8000 FWD Test System Owner´s Manual Technical
Description. Starke, 1995
FHWA – Federal Highway Administration – Understanding the Performance of
Modified Asphalt Binders in Mixtures: Evaluation of Moisture Sensitivity - FHWA-
RD-02-029. Washington, 2001
Freiras, F.J.S. – Asfalto Modificado com EVA. Anais da 30
a
Reunião Anual de
Pavimentação, v. 1, p. 61-74. Salvador, 1996
155
GEIPOT – Grupo de Estudos para Integração da Política de Transportes .
http://www.geipot.gov.br
, 2006
Guarçoni, Dilma dos S. – Petróleo, Refino e Fracionamento Químico de Asfalto,
DNER. Rio de Janeiro, 1994
Hilde, S. & Bernard, E. - Fatigue Testing of Bituminous Binders with a Dynamic
Shear Rheometer. In: Proceedings of 2
nd Eurasphalt & Eurobitumie Congress, Vol. 1,
209, pp. 827-834. Barcelona, 2000
Hir, Y.H., Anderson, A.D. et al. - Rheological Characterization of Bituminous
Binder to Predict Pavement Rutting. In: Proceedings of 6
th RILEM Symposium, pp.
117-123. Zurique, 2003
IBP, Informações Básicas sobre Materiais Asfálticos. 7
ª ed., IBP/Comissão do
Asfalto. Rio de Janeiro, 1999
Instituto de Asfalto, Tradução do Manual de Asfalto. Série do Manual nº 4 (MS-4).
Rio de Janeiro, 1999
Leite, L.F.M., Estudo de Preparo e Caracterização de Asfaltos Modificados por
Polímeros. Tese de D.Sc., COPPE/UFRJ. Rio de Janeiro, 1999
Lu, X., Isacsson, U., Ekblad, J. Rheological Properties of SEBS, EVA and EBA
Polymer Modified Bitumens. Materials and Structures, V. 32, p. 131-139, 1999
Macêdo, J. A. G. - Interpretação de Ensaios Deflectométricos Para a Avaliação
Estrutural de Pavimentos Flexíveis. 1996. 456p. Tese (Doutorado) - Coordenação
dos Programas de Pós-graduação de Engenharia, Universidade Federal do Rio de
Janeiro. Rio de Janeiro, 1996
Mano, Eloisa B. – Introdução a Polímeros, Edgard Blucher Ltda. São Paulo, 1986
156
Ministério dos Transportes – http://www.transportes.com.br ,2006
Motta, L. M. G., Sá, M. F. P., Oliveira, P. M. F., Souza, A. M. O Ensaio de Creep
Estático e Dinâmico na Avaliação das Misturas Asfálticas. 30
a
Reunião Anual de
Pavimentação, p.115-135. Salvador, 1996
Negrão, D. P., Preussler, E. S et al. Asfalto Modificado com o Terpolímero
Elastomérico Reativo (RET) – Congresso Ibero-Latinoamericano del Asfalto. San
Jose, 2005
Paterson, W. D. O. - The Highway Design and Maintenance Standards Model.
Baltimore / London: The World Bank, The Johns Hopkins University Press, 1987
Planche, J. P., Anderson, D.A. et al., Evaluation of Fatigue Properties of Bituminous
Binders. In: Proceedings of 6
th RILEM Symposium, pp. 111-116. Zurique, 2003
Pinto, S. Estudo do Comportamento à Fadiga de Misturas Betuminosas e Aplicação
na Avaliação Estrutural de Pavimentos. Tese de Doutorado – Universidade Federal
do Rio de Janeiro UFRJ. Rio de Janeiro, 1991
Pinto, S. Materiais Betuminosos (Conceituação, especificações e utilização). Instituto
Militar de Engenharia. Rio de Janeiro, 1998
Ramos C. R., Guarçoni, D. S., Martinho F. G. – Curso de Química de Asfalto – IBP.
Rio de Janeiro, 1995
Scullion, T. - Integrating GPR and FWD technologies in pavement evaluation. In:
INTERNATION SYMPOSIUM ON NONDESTRUCTIVE TESTING OF
PAVEMENTES AND BACKCALCULATION OF MODULI, 3., 1999, USA.
Texas Transportation Institute, 1999
157
SHRP - SHRP-LTPP Manual for FWD Testing Operational Guideline: V. 1. 0,
operational guide, 1989 (nº SHRP-LTPP-OG 002)
Souza, A. M., Ramos, C. R., Motta, L. M. G., et al., Curso de técnicas de laboratório
em ligantes e misturas asfálticas. IBP, Rio de Janeiro, 1995
Vanelstraete, A. & Teugels, W., Perfomance Evaluation System for Bituminous
Binders. In: Proceedings of 6th RILEM Symposium, pp. 81-87. Zurique, 2003
Yen, T. F., Asphaltene/Resin plus Oil Interconversion: an Investigation into
Colloidal Model of Asphaltenes. Proceedings of Workshop – The chemical
components and structures of asphaltic materials. Roma, 1984.
Livros Grátis
( http://www.livrosgratis.com.br )
Milhares de Livros para Download:
Baixar livros de Administração
Baixar livros de Agronomia
Baixar livros de Arquitetura
Baixar livros de Artes
Baixar livros de Astronomia
Baixar livros de Biologia Geral
Baixar livros de Ciência da Computação
Baixar livros de Ciência da Informação
Baixar livros de Ciência Política
Baixar livros de Ciências da Saúde
Baixar livros de Comunicação
Baixar livros do Conselho Nacional de Educação - CNE
Baixar livros de Defesa civil
Baixar livros de Direito
Baixar livros de Direitos humanos
Baixar livros de Economia
Baixar livros de Economia Doméstica
Baixar livros de Educação
Baixar livros de Educação - Trânsito
Baixar livros de Educação Física
Baixar livros de Engenharia Aeroespacial
Baixar livros de Farmácia
Baixar livros de Filosofia
Baixar livros de Física
Baixar livros de Geociências
Baixar livros de Geografia
Baixar livros de História
Baixar livros de Línguas
Baixar livros de Literatura
Baixar livros de Literatura de Cordel
Baixar livros de Literatura Infantil
Baixar livros de Matemática
Baixar livros de Medicina
Baixar livros de Medicina Veterinária
Baixar livros de Meio Ambiente
Baixar livros de Meteorologia
Baixar Monografias e TCC
Baixar livros Multidisciplinar
Baixar livros de Música
Baixar livros de Psicologia
Baixar livros de Química
Baixar livros de Saúde Coletiva
Baixar livros de Serviço Social
Baixar livros de Sociologia
Baixar livros de Teologia
Baixar livros de Trabalho
Baixar livros de Turismo
