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UNIVERSIDADE FEDERAL DE SERGIPE CENTRO DE CIÊNCIAS EXATAS E TECNOLOGIA
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA CIVIL
ALTRAN DE OLIVEIRA REZENDE
INCORPORAÇÃO DE BORRACHA DE PNEU EM MISTURAS ASFÁLTICAS :
PROCESSO VIA ÚMIDA
São Cristóvão – SE
2009
ii
ALTRAN DE OLIVEIRA REZENDE
INCORPORAÇÃO DE BORRACHA DE PNEU EM MISTURAS ASFÁLTICAS:
PROCESSO VIA ÚMIDA
Trabalho Acadêmico apresentado à Universidade Federal de Sergipe - UFS, para encerramento do componente curricular e conclusão da graduação em Engenharia Civil. Orientador: Msc. Joelson Hora Costa
São Cristóvão - SE 2009
iii
É concedida à Universidade Federal de Sergipe permissão para reproduzir cópias desta
monografia e emprestar ou vender tais cópias somente para propósitos acadêmicos e
científicos. O autor reserva outros direitos de publicação e nenhuma parte deste trabalho
acadêmico pode ser reproduzida sem a autorização por escrito do autor.
____________________________________
Assinatura
Rezende, Altran de Oliveira
INCORPORAÇÃO DE BORRACHA DE PNEU EM MISTURAS ASFÁLTICAS PROCESSO VIA ÚMIDA / Altran de Oliveira Rezende São Cristovão, 2009
50 p. Trabalho Acadêmico Orientado. Departamento de Engenharia Civil. Centro de Ciências Exatas e Tecnologia, Universidade Federal de Sergipe, São Cristóvão. 1. Engenharia Civil. I. Universidade Federal de Sergipe. CCET/DEC.
II. Título.
iv
ALTRAN DE OLIVEIRA REZENDE
INCORPORAÇÃO DE BORRACHA DE PNEU EM MISTURAS ASFÁLTICAS:
PROCESSO VIA ÚMIDA
Trabalho Acadêmico apresentado à Universidade Federal de Sergipe - UFS, para encerramento do componente curricular e conclusão da graduação em Engenharia Civil.
Aprovado em: _______ de _______________________ de ________.
BANCA EXAMINADORA:
__________________________________Nota_____ Msc. Joelson Hora Costa - UFS
(Orientador)
___________________________________Nota_____ Wnilton Ferreira Santos - UFS
(1º Examinador)
___________________________________Nota_____ Msc. Jorge Roberto Silveira - UFS
(2º Examinador)
v
AGRADECIMENTOS
Agradeço primeiramente a Deus, pelo dom da vida e por ter proporcionado a efetivação
desse trabalho.
Ao meu pai (in memorian) por ter sido meu exemplo de vida, minha fonte inspiradora
que me faz seguir em busca de meus objetivos.
A minha mãe, pela força que tem me dado e apoio nas horas difíceis que passamos
pelos caminhos da vida.
A minha namorada, Isabella, pelas horas que não pude estar ao seu lado e pelas
palavras de apoio e incentivo em seguir na efetivação desse trabalho.
Ao professor Joelson Hora Costa, orientador desse trabalho e professor do curso de
engenharia civil dessa instituição, pela orientação, esclarecimento e efetivação do trabalho.
Ao professor Ricardo de Aragão, coordenador da disciplina, que esteve durante todo o
período organizando e esclarecendo dúvidas sobre os trabalhos.
A todos que não relaciono aqui, amigos e parentes, mas que sempre estiveram ao meu
lado e torcem por mim.
vi
RESUMO
O uso de revestimentos asfálticos para pavimentação é a forma mais viável e mais
utilizada em todo o mundo para proporcionar conforto, acessibilidade e eficiência ao setor de
transportes. No entanto, o crescimento da frota de veículos trouxe consigo uma grande
quantidade de pneus jogados e dispostos inadequadamente quando estes não mais apresentam
condições de uso. Esse crescimento ainda traz solicitações de carregamentos cada vez maiores
sobre a estrutura do pavimento devido à modernidade desses novos veículos. Eliminar o
passivo ambiental e ainda obter melhorias técnicas quanto ao desempenho estrutural dos
pavimentos rodoviários tem sido alvo de pesquisas e estudos sobre a incorporação de pneu
inservível em misturas asfálticas. Esse trabalho traz uma abordagem de caráter teórico sobre a
utilização de asfaltos modificados com borracha de pneus inservíveis. Apresenta as técnicas
de incorporação da borracha às misturas focalizando no processo via úmida, possíveis
utilizações dessa mistura, benefícios adquiridos e faz uma avaliação baseada em pesquisa
prática, realizada em território nacional, sobre o comportamento dessa nova técnica ante as
ações práticas e aos ensaios de avaliação para utilização de asfalto-borracha. Essas avaliações
trouxeram resultados significativos para a utilização de asfalto-borracha em misturas asfálticas
do tipo densa e comprovam que a eliminação do passivo e a melhoria dos revestimentos
podem ser feita com sua utilização.
Palavras-chave: Asfalto-borracha; Passivo Ambiental; Avaliação
INCORPORAÇÃO DE BORRACHA DE PNEU EM MISTURAS ASFÁLTICAS -
PROCESSO VIA ÚMIDA
Autor: Altran de Oliveira Rezende:
Orientador: Ms. Joelson Hora Costa
Examinadores: Wnilton Ferreira Santos
Msc. Jorge Roberto Silveira
vii
SUMÁRIO
LISTA DE FIGURAS
LISTA DE TABELAS
1. INTRODUÇÃO...................................................................................................................... 1
1.1 OBJETIVOS......................................................................................................................... 2
1.2.1 OBJETIVO GERAL.......................................................................................................... 2
1.2.2 OBJETIVO ESPECÍFICO................................................................................................. 2
1.3 METODOLOGIA................................................................................................................. 2
2. PROBLEMA AMBIENTAL CAUSADO PELOS PNEUS INSERVIVÉIS........................ 3
2.1 RESOLUÇÃO 258/99 .......................................................................................................... 4
2.2 ALTERNATIVAS PARA MINIMIZAR O PROBLEMA .................................................. 5
2.3 REUTILIZAÇÃO PARA FINS DE PAVIMENTAÇÃO ASFÁLTICA ............................. 6
3. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA............................................................................................... 8
3.1 LIGANTE ASFÁLTICO...................................................................................................... 8
3.1.1 NOÇÕES GERAIS............................................................................................................ 8
3.1.2 CIMENTO ASFÁLTICO DE PETRÓLEO (CAP)........................................................... 9
3.1.3 ENSAIOS DE CARACTERIZAÇÃO DO LIGANTE ..................................................... 9
3.2 AGREGADOS ................................................................................................................... 10
3.2.1 NOÇÕES GERAIS.......................................................................................................... 10
3.2.2 MATERIAL DE ENCHIMENTO OU FÍLER................................................................ 12
3.2.3 CARACTERIZAÇÃO DOS AGREGADOS .................................................................. 12
3.3 MODIFICADORES DE LIGANTE................................................................................... 14
viii
3.4 ENVELHECIMENTO DO ASFALTO.............................................................................. 14
3.4.1 ENVELHECIMENTO EM CURTO PRAZO................................................................. 15
3.4.2 ENVELHECIMENTO EM LONGO PRAZO ................................................................ 15
3.5 REVESTIMENTOS ASFÁLTICOS .................................................................................. 16
3.5.1 NOÇÕES GERAIS.......................................................................................................... 16
3.5.2 CONCRETO ASFÁLTICO (CA) ................................................................................... 17
3.5.3 CAMADA POROSA DE ATRITO................................................................................. 18
3.5.4 STONE MATRIX ASPHALT (SMA) ........................................................................... 18
3.5.5 GAP-GRADED ............................................................................................................... 19
3.5.6 CARACTERIZAÇÃO DAS MISTURAS ASFÁLTICAS ............................................. 19
3.5.6.1 ESTABILIDADE MARSHALL .................................................................................. 20
3.5.6.2 ENSAIO DE MÓDULO DE RESILIÊNCIA............................................................... 20
3.5.6.3 ENSAIO DE SIMULADOR DE TRÁFEGP ............................................................... 21
3.6 PRINCIPAIS DEFEITOS EM PAVIMENTOS................................................................. 21
3.6.1 DEFORMAÇÃO PERMANENTE ................................................................................. 21
3.6.2 TRINCAMENTO POR FADIGA ................................................................................... 22
4. INCORPORAÇÃO DE BORRACHA EM MISTURAS ASFÁLTICAS............................ 23
4.1 HISTÓRICO....................................................................................................................... 23
4.2 BORRACHA DE PNEU .................................................................................................... 23
4.3 PROCESSO DE REGENERAÇÃO DA BORRACHA..................................................... 24
4.4 PROCESSO DE INCORPORAÇÃO DE BORRACHA EM MISTURAS ASFÁLTICAS.................................................................................................................................................. 25
4.5 COMPATIBILIZAÇÃO ENTRE BORRACHA E CAP ................................................... 26
ix
4.6 ASFALTO-BORRACHA................................................................................................... 27
4.7 APLICAÇÃO DE ASFALTO-BORRACHA .................................................................... 27
4.8 VANTAGENS NA UTILIZAÇÃO DO ASFALTO-BORRACHA .................................. 30
4.8.1 VANTAGENS TÉCNICAS ............................................................................................ 30
4.8.2 VANTAGENS ECOLÓGICAS E SOCIAIS .................................................................. 30
4.9 UTILIZAÇÃO DE LIGANTES COMERCIAIS ............................................................... 31
4.9.1 CAPFLEX ....................................................................................................................... 32
4.9.2 ECOFLEX ....................................................................................................................... 32
5. ANÁLISE EXPERIMENTAL DE LIGANTE MODIFICADO .......................................... 33
5.1 CONSIDERAÇÕES PRELIMINARES............................................................................. 33
5.2 ANÁLISE DE MISTURA SOB DEFORMAÇÃO PERMANENTE ................................ 33
5.3 ANÁLISE DE RESISTÊNCIA A TRAÇÃO POR COMPRESSÃO DIAMETRAL........ 34
5.4 ANÁLISE DE ENVELHECIMENTO DOS LIGANTES ................................................. 35
5.5 RESULTADOS E DISCUSSÕES...................................................................................... 37
CONSIDERAÇÕES FINAIS ................................................................................................... 38
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS ..................................................................................... 39
x
LISTA DE FIGURAS
FIGURA 2.1: ESQUEMA REPRESENTATIVO DO CICLO DE VIDA DO PNEU............... 3
FIGURA 2.2: DISPOSIÇÃO DE PNEUS NO LEITO DO RIO TIETÊ ................................... 4
FIGURA 2.3: QUANTIDADE DE PNEUS USADOS EM TRECHO DE RODOVIA............ 7
FIGURA 3.1: ENVELHECIMENTO DO ASFALTO............................................................. 16
FIGURA 3.2: ANÁLISE GRANULOMETRICA DE CA, CPA E SMA................................ 19
FIGURA 4.1: ELEMENTOS CONSTITUINTES DE UM PNEU .......................................... 22
FIGURA 4.2: PROCESSOS DE INCORPORAÇÃO DE BORRACHA DE PNEUS ............ 24
FIGURA 4.3: SELANTE DE TRINCAS E JUNTAS.............................................................. 28
FIGURA 4.4: EXECUÇÃO DE UM SAM.............................................................................. 28
FIGURA 4.5: EXECUÇÃO DE UM SAMI............................................................................. 29
FIGURA 4.6: RECAPEAMENTO ASFÁLTICO COM ASFALTO-BORRACHA............... 29
xi
LISTA DE TABELAS
TABELA 5.2: PARÂMETROS DE DOSAGEM OBTIDOS APÓS ENSAIOS .................... 34
TABELA 5.3: PARÂMETROS DE DOSAGEM PELO MÉTODO MARSHALL ............... 35
TABELA 5.4: ANÁLISE DE RT E RTCD.............................................................................. 35
TABELA 5.5: ANÁLISE DE ENVELHECIMENTO DOS LIGANTES ............................... 36
1
1. INTRODUÇÃO
O destino adequado dos resíduos gerados pela sociedade tem sido um dos maiores
problemas da atualidade. O desenvolvimento tecnológico trouxe consigo a criação de
materiais não degradáveis que, combinado com a explosão demográfica, resultou no problema
da disposição ambiental dos detritos (PATRIOTA 2004).
Os resíduos têm sido alvo de pesquisas e estudos a fim de encontrar destinação
adequada ou reaproveitá-los através do processo de reciclagem. Dentre os vários resíduos
existentes, os pneus de borracha utilizados para fins de transporte rodoviário merecem
especial atenção.
Esses são passivos ambientais que ocupam um espaço físico considerável, podem ser
causadores de incêndios, proliferação de doenças e contaminação de lençóis freáticos. Dentre
as alternativas para reaproveitamento destaca-se a incorporação dos mesmos em misturas
asfálticas de petróleo.
Essa solução além de eliminar o passivo quando inservível vem a melhorar a qualidade
técnica e a vida útil das estradas.
Este trabalho faz uma abordagem de forma teórica da eliminação dos pneus quando não
mais se prestam ao uso e analisar as melhorias advindas quando incorporados as misturas
asfálticas.
Faz-se aqui uma divisão do trabalho em cinco capítulos descritos a seguir.
Nesse primeiro, a apresentação do tema e as considerações de justificativa de escolha,
objetivos e metodologia utilizada.
No segundo Capítulo é apresentado o motivo pelo qual esse tema foi escolhido.
Identificação do problema, destinação e ciclo de vida do pneu, implicações e legislações
vigentes quanto à destinação, Resolução 258/99, e as formas de solucionar o problema com
ênfase na utilização desse resíduo para fins de pavimentação asfáltica.
No terceiro Capítulo é feita uma revisão bibliográfica, para que o leitor identifique e
compreenda os principais tópicos abordados e a ligação com o referido tema. Incluem-se ai
itens relacionados à pavimentação asfáltica, ligantes asfálticos, materiais incorporados as
misturas (agregados) e os problemas relacionados com esse tipo de pavimento.
O quarto Capítulo aprofunda o tema abordado com as possíveis utilizações, as vantagens
quanto ao uso dessa nova técnica, os processos de transformação da borracha em insumo da
2
pavimentação, os fatores que influenciam no processo e a utilização do produto atualmente no
mercado brasileiro.
No quinto Capitulo uma análise prática baseada em ensaios elaborados por autores
consagrados no tema e identificação das mudanças obtidas após os ensaios assim como as
melhorias advindas da utilização desse novo tipo de mistura.
E por fim as considerações finais que justificam a utilização de asfalto-borracha e
propõe sugestões para futuras pesquisas com o tema abordado.
1.1 OBJETIVOS
1.2.1 Objetivo Geral
Este trabalho visou mostrar a possibilidade de reduzir um problema ambiental e ainda
reutilizá-lo através da incorporação em misturas asfálticas e adquirir melhorias técnicas e
sociais para fins de pavimentação rodoviária.
1.2.1 Objetivo Específico
Avaliar o comportamento de asfalto modificado pela adição de borracha através de
ensaios que caracterizam o produto e assim possibilitam o uso em aos asfaltos tradicionais.
1.3 METODOLOGIA
O trabalho se fundamentou em um levantamento bibliográfico em literaturas divulgadas
no meio acadêmico, apostilas, teses de mestrado, trabalhos científicos apresentados em
congressos nacionais, estudos e pesquisas feitas por empresas ligadas tema. Dentre essas, o
Grupo GRECA asfaltos, a BR Distribuidora e a RECIPAV Engenharia e Pavimentos.
Além desse levantamento bibliográfico cita-se também uma pesquisa elaborada pelo
Grupo GRECA Asfaltos com apresentação dos resultados dos ensaios elaborados para
caracterização do asfalto-borracha, assim como opiniões de outros autores em meio ao mesmo
tipo de pesquisa, e as conclusões advindas da referida pesquisa.
3
2. PROBLEMA AMBIENTAL CAUSADO PELOS PNEUS INSERVIVÉIS
A descoberta da borracha foi fato de grande importância para o setor de transportes, e a
substituição das rodas de madeira e de ferro pelos pneumáticos trouxeram maior conforto,
flexibilidade e eficiência para o setor (ROCHA, 2008).
O sistema de transporte rodoviário, no Brasil, movimenta o país e é responsável por
aproximadamente 90% das cargas de produtos e outra grande percentagem pelo transporte de
passageiros. A dependência do setor atrai indústrias do ramo de pneus e o crescimento anual
dessas é representativo no contexto econômico do país (ROCHA, 2008).
Aliada a esse fato, surge o problema do impacto ambiental causado pela destinação dos
pneus quando não mais se prestam ao uso. Essa destinação ocorre em locais inadequados e de
forma incorreta. Por ser um material de pouca compressibilidade, degradação muito lenta e
susceptível a riscos de incêndio e proliferação de insetos e roedores, torna-se difícil dar
destinação adequada aos mesmos (MARTINS, 2004).
No Brasil, a ausência de dados sobre o destino de pneus inservíveis não permite
determinar com certeza o passivo ambiental. Uma estimativa baseada na frota de veículos
indica que são gerados mais de 44 milhões de carcaças de pneus anualmente e que existem
mais de 100 milhões de pneus abandonados em todo o país. O ciclo de vida de um pneu,
representado na Figura 2.1 dá idéia quanto à destinação do problema (BERTOLLO;
FERNANDES JR. e SCHALCH, 2002).
Figura 2.1 - Esquema Representativo do Ciclo de Vida do Pneu Fonte: COMLURB, 2002 apud Martins, 2004
4
Da totalidade dos pneus de automóveis substituídos na rede de revendedores
autorizados, 20% são mantidos com o proprietário. Dos 80% coletados pelos sucateiros, 13%
voltam a pontos de revenda, 22% são reformados e 65% são descartados clandestinamente ou
incinerados ilegalmente (GRECA ASFALTOS, 2003).
A destinação final, quando não recuperados, é o descarte em locais públicos, rios, valas,
canais e lixões, ou queima para venda de componentes como o aço e ainda emitindo poluentes
ofensivos a camada de ozônio. A Figura 2.2 mostra a disposição de pneus às margens do Rio
Tietê.
As ações governamentais ainda não muito eficazes transferem o problema para as
futuras gerações. Necessita-se de maior controle quanto à destinação.
No Brasil, o Conselho Nacional do Meio Ambiente, CONAMA, através da resolução nº
258/1999, ainda não muito difundida, vem a ser instrumento de defesa ambiental que impõe
condições aos produtores e importadores de pneus quanto à destinação e a forma de destinar o
problema dos pneus inservíveis.
Figura 2.2 – Disposição de Pneus No Leito Do Rio Tietê - SP Fonte: ODA (2002)
2.1. RESOLUÇÃO 258/99
O conselho Nacional do Meio Ambiente, CONAMA, através da resolução nº. 258 de 26
de Agosto de 1999 determinam que as empresas fabricantes de pneus tenham que recolher e
dar destinação adequada quando os pneus se tornam inservíveis.
O artigo 1º torna evidente esse fato.
5
“Art.1º: As empresas fabricantes e as importadoras de pneumáticos ficam obrigadas a
coletar e dar destinação final, ambientalmente adequada, aos pneus inservíveis existentes no
território nacional, na proporção definida nesta resolução relativamente às quantidades
fabricadas e/ou importadas.”
Além de recolher e destinar adequadamente determina-se também as quantidades
exigidas de acordo com o número de pneus fabricados e/ou importados pelos fabricantes e
prazos legais para inicio dessa resolução. Esse prazo, que se inicia em 2002 e vai até 2005,
visa também reduzir as quantidades já existentes e amenizar o passivo ambiental.
O artigo 3º esclarece prazos e os valores quantitativos a serem recolhidos na proporção
de pneus fabricados.
“Art.3º: A partir de 1º de Janeiro de 2002: para cada quatro pneus novos fabricados ou
importados, as empresas deverão dar destinação final a um pneu inservível.”
A partir de 1º de janeiro de 2003, para cada dois devera destinar um pneu inservível.
A partir de 1º de janeiro de 2004, a cada pneu novo fabricado ou importado deverá
destinar outro inservível e, a cada quatro pneus reformados destinar cinco inservíveis.
A partir de 1º de janeiro de 2005, a cada quatro pneus novos destinar cinco pneus
inservíveis e, para cada três reformados destinar quatro inservíveis.
A resolução ainda conta com fiscalização por parte do Instituto Brasileiro de Meio
Ambiente, IBAMA, sobre os fabricantes e esclarece as penalidades legais para punição do não
cumprimento da mesma, descrito nos demais artigos.
Torna-se evidente a necessidade de obter uma destinação adequada aos pneumáticos
inservíveis, através de processos de reciclagem e reaproveitamento de carcaças dos mesmos
2.2 ALTERNATIVAS PARA MINIMIZAR O PROBLEMA
Diante dos problemas quanto à destinação do passivo ambiental, na busca de soluções
viáveis economicamente para minimizar o impasse provocado pelos pneus, surge como
alternativa a reciclagem de carcaças e destinação adequada, quando inservíveis. A reciclagem
é, dentre outras, a forma mais conhecida e adotada mundialmente para reaproveitamento das
características oferecidas pelos pneus.
Existem muitas formas de reaproveitamento de pneus. As reciclagens, cujos processos
não mudam as composições químicas do material, são denominadas de reciclagens mecânicas,
6
como é o caso da reforma. Enquanto que os processos que alteram as propriedades químicas
do pneu são intitulados de reciclagens químicas ou industriais, como a desvulcanização
(ANDRIETTA, 2002).
Reciclar consiste em reutilizar determinado rejeito de forma útil e economicamente
viável (MORILHA JR. e SCHALCH, 2002).
A reciclagem de pneus envolve um ciclo que compreende a coleta, o transporte, a
trituração e a separação de seus componentes (borracha, aço, náilon ou poliéster),
transformando sucatas em matérias primas para o mercado (BERTOLLO; FERNANDES JR.
e SCHALCH, 2002).
A reutilização de pneus pode ser feita de diferentes formas, dentre elas pode-se destacar:
Compostagem, contenção de erosão, reforço de aterros, recauchutagem ou fabricação de
pneus novos (remodelagem), combustível de forno para produção de cimento, cal, papel e
celulose, reprodução de organismos marinhos, equipamentos para playground e em alguns
esportes (ROCHA, 2008).
Segundo Rocha (2008), a utilização do pneu como combustível para fabricação de
cimento, cal e celulose, consome grande quantidade de carcaças. A recauchutagem apenas
prolonga a vida útil da borracha, mas não elimina o passivo quando inservível. E as outras
destinações consomem quantidades pequenas de pneus.
Surge ainda como alternativa à destinação de pneus, a pavimentação asfáltica, através da
incorporação da borracha às misturas asfálticas e ainda beneficiar as mesmas com melhorias
técnicas às características mecânicas e químicas das misturas (ROCHA, 2008).
2.3. REUTILIZAÇÃO PARA FINS DE PAVIMENTAÇÃO ASFÁLTICA
A utilização de pneu velho na pavimentação tem causado grande repercussão no cenário
mundial e é uma das formas mais adotadas nos Estados Unidos para reaproveitamento de
pneus. No Brasil, a ascensão dessa nova técnica ainda é muito recente e vários estudos e
pesquisas estão sendo feitos no sentido de avaliar o comportamento das misturas
incorporadoras e o desempenho prático em trechos de estradas do país.
Edel (2002) avaliou que a quantidade de pneus utilizados por unidade de distância para
uma estrada comum é de aproximadamente 4000 carcaças para um quilômetro. A Figura 2.3
7
mostra a disposição de pneus usados em um trecho de rodovia e dá idéia da proporção de
consumo para sua utilização.
Apesar de já existirem diversas formas de reutilização de pneus usados, é importante
notar que, além da co-incineração para geração de energia, somente a pavimentação asfáltica
tem potencialidade para empregar uma quantidade expressiva de pneus (ROCHA, 2008).
Além de minimizar o passivo ambiental, a incorporação da borracha vem a modificar o
comportamento mecânico das misturas incorporadoras no sentido de melhorar o desempenho
de pavimentos que utilizam dessa técnica.
A adição de borracha vem dar a qualidade desejada para um bom desempenho das
misturas em rodovias de alto volume de tráfego. Para aumentar sua resistência ou, ainda,
alcançar elevadas características reológicas, os ligantes, ou cimentos asfálticos de petróleo,
denominados de CAP, podem ser modificados com a adição de borracha em pó de pneus
inservíveis (PINHEIRO, 2004).
Figura 2.3 – Quantidade de Pneus Usados em Trecho de Rodovia Fonte: EDEL (2002) apud Rocha (2008)
8
3. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
Ressalta-se nesse item do trabalho, um embasamento de fundo teórico para
entendimento e compressão do tema abordado, enfatizando nos principais tópicos que se
correlacionam ao tema.
3.1. LIGANTE ASFÁLTICO
3.1.1. Noções Gerais
O asfalto é um dos mais antigos materiais da natureza que é usado pelo homem. Estudos
arqueológicos revelaram seu emprego em épocas anteriores a nossa era. Na Mesopotâmia o
asfalto era usado como aglutinante em trabalhos de alvenaria e construção de estradas. Era
utilizado para impermeabilizações nos reservatórios de água e salas de banho, assim como,
pelos egípcios em trabalhos de mumificações. Citações bíblicas mostram o emprego do asfalto
na arca de Noé (IBP, 1999).
A utilização de asfaltos para fins de construção é verificada desde a antiguidade, quando
sua aplicação não tinha a pavimentação asfáltica como principal consumidor desse produto. O
Manual do Asfalto lista diversas aplicações desse material, em diversos setores e diferentes
utilizações.
Para fins de pavimentação asfáltica, a utilização é verificada desde o século XIX, na
França, Estados Unidos e Londres. Nesse período ainda não se utilizava o asfalto proveniente
da destilação do petróleo, e sim o asfalto natural proveniente de jazidas.
Os asfaltos são materiais aglutinantes de cor escura, constituídos por misturas
complexas de hidrocarbonetos não voláteis de elevada massa molecular (PATRIOTA, 2004).
Na composição do asfalto, os elementos mais presentes são Carbono e Hidrogênio, com uma
faixa de 93 a 99% dos mesmos. Além desses, fazem parte ainda enxofre, nitrogênio e
oxigênio.
O comportamento mecânico de uma mistura asfáltica depende, dentre outros fatores, do
ligante promover a coesão necessária. Além disso, o ligante também impermeabiliza o
pavimento, garantindo vedação eficaz contra a penetração de água proveniente tanto de
precipitações quanto ao subleito por ações capilares (SILVA, 1998).
O ligante asfáltico mais usado para fins de pavimentação é o cimento asfáltico de
petróleo, conhecido pela sigla CAP e originado da destilação do petróleo em refinarias.
9
Existem ainda os cimentos asfálticos naturais, CAN, encontrados em jazidas naturais, mas não
muito utilizados para fins de pavimentação.
3.1.2 Cimento Asfáltico de Petróleo (CAP)
Cimento asfáltico de petróleo é o asfalto obtido especialmente para apresentar as
qualidades e consistências próprias para uso direto na construção de pavimentos. Esses
materiais apresentam propriedades aglutinantes, envolvimento de agregados, e
impermeabilizantes, evita infiltração de água sobre a camada revestida e da capilaridade
oriunda das camadas inferiores da estrutura (PATRIOTA 2004).
As propriedades aglutinantes e impermeabilizantes dos CAP se devem a presença de
betume, que é a mistura de hidrocarbonetos pesados obtidos em estado natural ou por
processos físico-químicos.
Os cimentos asfálticos de petróleo têm o símbolo CAP que deve preceder às indicações
dos vários tipos, conforme viscosidade ou penetração. Para os classificados por penetração, a
nomenclatura do ligante é seguida de dois valores, CAP 30/40, por exemplo. Já para os
classificados pela viscosidade, a nomenclatura é seguida de um valor característico do ensaio,
CAP 20, por exemplo.
3.1.3 Ensaios de Caracterização do Ligante
Segundo Bernutti et al.(2007), as características dos ligantes estão associadas à
temperatura, e a mudança de estado físico altera sensivelmente o desempenho das misturas
asfálticas quando submetidas as ações solicitantes do tráfego.
È necessário obter parâmetros para aceitação do ligante asfáltico. Esses parâmetros são
representados pelos ensaios de caracterização do ligante. Existem vários ensaios de caráter
empírico que avaliam o comportamento e fornece valores que precisam ser enquadrados nas
normas exigíveis para utilização do ligante em misturas asfálticas.
Dentre os ensaios mais importantes destacam-se o ensaio de penetração e o ensaio de
viscosidade, que refletem a dureza e a resistência ao fluxo, respectivamente. Além desses,
fazem parte também, ensaios que tentam avaliar o desempenho do ligante ao longo do tempo.
10
Enquadram-se ai os ensaios de consistência, durabilidade, pureza e de segurança (BERNUCCI
et al., 2007).
No Brasil, esses ensaios são descritos em norma especifica através do Departamento
Nacional de Estradas e Rodagens, DNER, com o nome métodos de ensaio, ME.
O ensaio de penetração, representado pela norma DNER ME 003/99, mede a penetração
em décimos de milímetros, que uma agulha de massa padronizada (100g) penetra em uma
amostra de volume padronizado de cimento asfáltico, por 5 segundos, a temperatura de 25ºC.
A nomenclatura de cimento asfáltico de petróleo através da penetração é utilizada atualmente
em todo o país. (BERNUCCI et al.,2007).
O ensaio de viscosidade, norma DNER ME 004/94, mede a consistência do CAP por
resistência ao escoamento. A medida da viscosidade do ligante asfáltico tem grande
importância na determinação da consistência adequada que ele deve apresentar quando da
mistura com os agregados para proporcionar uma perfeita cobertura dos mesmos e quando de
sua aplicação no campo (BERNUCCI et al.,2007).
O ensaio de ponto de amolecimento determina a temperatura em que o ligante atinge a
condição de escoamento, quando aquecido. A normatização desse ensaio é descrita pela
Associação Brasileira de Normas Técnicas, ABNT, com nome NBR 6560/2000, e é de grande
importancia na verificação do CAP, já que a temperatura é fator influenciante na
caracterização e resistência das misturas asfálticas (BERNUCCI et al.,2007).
O ensaio de ductilidade é também uma medida empírica de determinar a flexibilidade do
material quanto ao alongamento. A idéia de adesividade e capacidade de revolvimento do
material betuminoso em relação ao agregado são representadas nesse ensaio através do valor
do alongamento sofrido pelo material, a temperatura de 25º, e sob uma força constante
aplicada no mesmo (BERNUCCI et al., 2007).
O ensaio de ponto de fulgor indica a temperatura que o ligante pode inflamar. Esse
ensaio permite que a temperatura da mistura não ultrapasse limites exigíveis para segurança
do processo (BERNUCCI et al.,2007).
3.2 AGREGADOS
3.2.1 Noções Gerais
11
Todos os revestimentos asfálticos constituem-se de associações de ligantes asfálticos, de
agregados e, em alguns casos, de produtos complementares. Essas associações, quando
executadas e aplicadas apropriadamente, devem originar estruturas duráveis em sua vida de
serviço (BERNUCCI et al.,2007).
Agregado é todo material inerte, resistente, usado nas misturas sob a forma de partículas
ou fragmentos graduados. A quantidade de agregado mineral em misturas asfálticas de
pavimentação é geralmente de 90 a 95% em peso e 75 a 85% em volume (INSTITUTO DO
ASFALTO, 2001).
A caracterização dos agregados requer conhecimento sob sua formação geológica e o
processo físico-químico ocorrido sobre os mesmos ao longo do tempo (BERNUCCI et al.,
2007). Segundo Mourão, essa verificação é difícil ser avaliada, visto que seu comportamento
nas misturas asfálticas depende da graduação, resistência, forma, composição mineralógica,
dentre outros.
A classificação dos agregados pode ser feita quanto a sua origem, quanto ao tamanho
das partículas e quanto à distribuição dos grãos (BERNUCCI et al., 2007).
No que diz respeito à origem, o agregado pode ser: natural, que são formações
geológicas ocorridas com a influência dos fatores climáticos e do tempo e encontradas em sua
formação granulométrica original; artificial, que são resíduos industriais ou fabricados
especificamente com o objetivo de alto desempenho, tais como escória de alto forno, argila
calcinada e argila expandida; e reciclado, que são provenientes de materiais reutilizados
oriundos dos processos de reciclagem (BERNUCCI et al., 2007).
Quanto ao tamanho das partículas, o Departamento Nacional de Infra-estrutura e
Transportes, DNIT, através da Especificação de Serviço ES 031/2004 distingue em: agregado
graúdo, material com dimensões maiores que 2,0mm e retido na peneira nº 10; agregado
miúdo, material com dimensões entre 0,075 e 2,0mm e que é retido na peneira nº 200, mas
que passa na peneira de abertura nº 10, tais como areias, pó de pedra, dentre outros; e material
de enchimento ou filer, material retido com percentagem maior que 65% na peneira nº 200
(BERNUCCI et al., 2007).
E por fim, quanto à distribuição granulométrica as graduações podem ser: densa ou bem
graduada, apresenta distribuição contínua e bem definida; aberta, apresenta distribuição
granulométrica contínua, mas com insuficiência de material fino (menor que 0,075); uniforme,
apresenta a maioria de suas partículas com tamanhos em uma faixa bastante estreita; e
descontínua, apresenta pequena porcentagem de agregados com tamanhos intermediários
(BERNUCCI et al., 2007).
12
A distribuição granulométrica é uma das características que mais influi no
comportamento dos revestimentos asfálticos. Em misturas asfálticas a distribuição
granulométrica do agregado influência quase todas as propriedades importantes incluindo
rigidez, estabilidade, durabilidade, permeabilidade, trabalhabilidade, resistência à fadiga e a
deformação permanente e resistência ao dano por umidade induzida (ROBERTS et al., 1996).
3.2.2 Material de Enchimento ou Fíler
Conforme mencionado, define-se filer como um material inerte em relação aos demais
componentes da mistura asfáltica, em que sua composição granulométrica apresenta
porcentagem maior que 65% passante na peneira de nº 200.
Segundo Motta e Leite (2000), a incorporação de fíler às misturas pode ser vista de duas
maneiras conforme descrição a seguir.
1) As partículas maiores são parte do agregado mineral e preencherão os vazios e
interstícios dos agregados graúdos, promovendo o contato pontual entre as partículas maiores,
conferindo maior resistência às misturas;
2) As partículas menores de fíler se misturam com o ligante asfáltico, aumentando sua
consistência, cimentando as partículas maiores, formando o que se chama de mástique.
Pode-se distinguir o fíler ativo, a parte mais fina que fica dispersa no asfalto, e o fíler
agregado, a parte menos fina que fica recoberta com uma película de asfalto. O fíler ativo vai
com o CAP formar um novo sistema, o sistema fíler-asfalto, que funciona como verdadeiro
ligante das partículas de agregado, sendo mais espesso que o CAP e apresentando melhor
adesividade se o fíler for de natureza eletropositiva tais como pó calcário, cal hidratada,
cimento portland, dentre outros (SANTANA, 1992).
3.2.3 Caracterização dos Agregados
Segundo Roberts et al. (1996), são as propriedades físicas dos agregados que
determinam principalmente a adequação para o uso em misturas asfálticas e em menor
extensão as propriedades químicas. As propriedades químicas podem afetar apenas a
adesividade do ligante ao agregado ou a compatibilidade com aditivos incorporados ao
ligante. Já as físicas podem afetar a resistência e a durabilidade.
13
Para aceitação do agregado é necessário a análise de determinadas características
próprias de cada tipo que é comum a região onde é adquirido.
Dentre as características exigidas pelo DNER para aceitação, enquadram-se: tamanho e
graduação, limpeza, resistência a abrasão, textura superficial, forma das partículas, absorção,
adesividade ao ligante asfáltico, sanidade e densidade especifica (BERNUCCI et al., 2007).
O tamanho e a graduação dependem do tipo de revestimento a ser feito como também da
espessura da camada a ser executada. Essa caracterização é descrita em norma especifica,
DNER ME083/98, e assegura a estabilidade do revestimento, como também relaciona o
entrosamento e a disposição das partículas de agregado (BERNUCCI et al., 2007).
A limpeza é verificada através do ensaio de equivalente de areia, norma DNER-ME
054/97, onde é descrito a proporção de impurezas do tipo argila ou pó em amostras de
agregados miúdos, e o limite de aceitação dessas impurezas (BERNUCCI et al., 2007).
A resistência à abrasão especificada na norma DNER ME 035/98, Abrasão Los Angeles,
avalia o desgaste sofrido pelo agregado sob ação do tráfego. O agregado é submetido à
degradação mecânica através de equipamento que simula a ação do tráfego e determina a
resistência ao desgaste (BERNUCCI et al., 2007).
A textura superficial influi na trabalhabilidade da mistura, adesividade, resistência ao
atrito e ao cisalhamento. Não há especificação que mede esse índice, apenas existem
procedimentos de avaliação indireta (BERNUCCI et al., 2007).
A forma das partículas é caracterizada pelo índice de forma, especificado na norma
DNER-ME 086/94. A angularidade dos agregados tem papel importante na resistência ao
cisalhamento e trabalhabilidade da mistura. O entrosamento das partículas também é
influenciado pela forma do agregado (BERNUCCI et al., 2007).
A absorção está ligada a porosidade dos agregados ao entrar em contato com o ligante
asfáltico. A relação entre a massa de água absorvida pelo agregado graúdo, após imersão, e a
massa inicial seca mede o grau de porosidade do mesmo. A norma DNER-ME 081/98
descreve os limites aceitáveis para uso do agregado na mistura (BERNUCCI et al., 2007).
Adesividade ao ligante é um critério importante de avaliação, descrito pela norma
DNER-ME 078/94, o agregado deve apresentar interação química com o ligante e pode não
servir a mistura se não apresentar tal qualidade (BERNUCCI et al., 2007).
Sanidade é a avaliação da resistência do agregado sob ação das intempéries, através de
ensaio do agregado com uma solução química, especificada na norma DNER-ME 089/94, e
determinação da perda de massa do agregado após a mistura (BERNUCCI et al., 2007).
14
3.3 MODIFICADORES DE LIGANTE
Os Cimentos Asfálticos de Petróleo (CAP) são úteis nas mais diversas aplicações, mas
em situações mais severas apresentam limitações. Nesses casos torna-se necessário modificar
as propriedades dos CAPs pela adição de polímeros. Estes produtos modificados apresentam
desempenho superior ao CAP tanto em baixas como em altas temperaturas (PETRÓBRAS,
2008).
A crescente demanda de solicitações de carregamento ao pavimento, provocada pelo
aumento do número de veículos e pelo aumento da carga por eixo em veículos pesados, vêm
obrigando uma qualidade superior das misturas e de seus constituintes, agregados e ligantes.
Os modificadores de ligante entram como um dos agentes mais importantes nessa melhora de
qualidade das misturas. Os principais defeitos dos pavimentos brasileiros são trincamento por
fadiga e deformação permanente e o comportamento viscoelástico do ligante é, em grande
parte, o controlador do desempenho de uma via, influenciando diretamente o surgimento
desses defeitos (PINHEIRO, 2004).
Os modificadores de ligantes mais usados atualmente em misturas asfálticas são os
polímeros. Esses apresentam características de flexibilidade e ajudam as misturas
incorporadoras a combater os esforços repetidos oriundos do tráfego, evitando que a camada
de revestimento possa chegar à ruptura por trincamento.
A classificação dos polímeros, segundo a PROBISA (1998), pode ser feita da seguinte
forma: Termorrígidos, Termoplásticos, Elastômeros ou Borrachas e Elastômeros
Termoplásticos. Dentre esses, os elastômeros se destacam pelas propriedades elásticas que
possuem, enquadrando-se nesse contexto, a borracha natural (BN), borracha de estireno
butadieno (SBR), borracha de etileno propileno (EPDM) e borracha de policloropreno (CR).
3.4. ENVELHECIMENTO DO ASFALTO
Um dos principais problemas enfrentados pelos pavimentos são as mudanças das
características físico-químicas dos ligantes devido ao envelhecimento do asfalto, o que leva a
mudanças acentuadas na reologia do mesmo, como o aumento da viscosidade e a diminuição
da penetração. Este envelhecimento pode ser devido a fatores físicos e/ou químicos, e pode ser
verificado na fase de produção e execução da mistura, envelhecimento em curto prazo, e ao
15
longo do tempo, envelhecimento em longo prazo, provocado pelas intempéries atuantes sobre
o pavimento (BERNUCCI et al., 2007).
O envelhecimento do ligante asfáltico, traduzido pelo aumento de sua consistência,
provoca a redução da ductibilidade e da recuperação elástica do ligante, esta redução contribui
decisivamente para o enrijecimento do revestimento que, em função da deformabilidade da
estrutura subjacente pode ter sua vida reduzida (MORILHA JR. e GRECA, 2003)
O envelhecimento é avaliado através dos ensaios de durabilidade, que simulam o
comportamento do ligante tanto na fase de produção como também ao longo da sua vida útil.
3.4.1. Envelhecimento em Curto Prazo
O envelhecimento em curto prazo em asfaltos se dá na fase de produção, usinagem, e na
fase de transporte. A perda de componentes voláteis através de aquecimento da mistura
provoca enrijecimento do ligante.
O ensaio de envelhecimento de ligantes asfálticos em curto prazo pode ser feito
mediante a Estufa de Filme Fino (TFO) ou por meio da Estufa para Filme Fino Rolante
(RTFO). O ensaio utilizando a Estufa de Filme Fino consiste em colocar uma pequena forma
cilíndrica de fundo plano em um rack horizontal no interior de um forno ventilado, cuja
temperatura é mantida a 163ºC ± 1ºC. A pequena forma contém 50 gramas de ligante asfáltico
(aproximadamente 3 mm de espessura), e o rack horizontal gira a uma velocidade de 5 ou 6
revoluções por minuto. O ensaio tem duração de cinco horas e logo após o término desse
período, o material oxidado é transferido a um recipiente apropriado para futura utilização em
ensaios convencionais e Superpave (ROBERTS et al., 1996)
3.4.2. Envelhecimento em Longo Prazo
O envelhecimento em longo prazo é observado ao longo da vida útil do pavimento, e se
deve ao efeito de intempéries atuantes sobre a camada revestida.
O ensaio de envelhecimento de ligantes asfálticos em longo prazo é efetuado mediante o
vaso de envelhecimento sob pressão. Inicialmente, o ligante asfáltico previamente envelhecido
em curto prazo é aquecido, remexido e colocado em pequenas formas cilíndricas de fundo
plano. Essas formas contendo, respectivamente, 50 gramas de ligante são colocadas em um
16
rack e posteriormente inseridas em um aparelho PAV pré-aquecido à temperatura de ensaio
desejada (90ºC, 100ºC ou 110ºC). A temperatura é definida em função da região onde o
pavimento será construído. O ensaio de envelhecimento é então realizado durante 20 horas a
pressão de 2070 kPa (ROBERTS et al., 1996).
A Figura 3.1 faz um comparativo do envelhecimento do asfalto durante a usinagem,
estocagem, transporte, aplicação no campo e durante a vida em serviço.
Figura 3.1 – Envelhecimento Do Asfalto Fonte: Bernutti et al. (2007)
Segundo Bernucci et al., (2007) as maiores perdas ocorrem durante as fases de
transporte, compactação e usinagem e a maior parcela de envelhecimento é observada nesse
período.
3.5. REVESTIMENTOS ASFÁLTICOS
3.5.1. Noções Gerais
Segundo Bernucci et al. (2007), o revestimento é a camada destinada a receber
diretamente os esforços solicitantes do tráfego e impedir que as ações climáticas penetrem nas
camadas subseqüentes do pavimento e venha a deteriorar sua estrutura. Trata-se de uma
mistura de agregados minerais, material de enchimento e ligante asfáltico, em proporções
determinadas por um método de dosagem e que venha a atender os requisitos mínimos
exigidos em norma para bom desempenho a solicitação do tráfego sobre o mesmo.
17
As misturas asfálticas são os revestimentos mais utilizados atualmente para fins de
pavimentação. Essas podem ser fabricadas em usinas especificas ou preparadas no local a ser
revestido. Podem ainda ser identificada quanto ao tipo de ligante utilizado, que pode CAP,
Cimento Asfáltico de Petróleo, ou EAP, Emulsão Asfáltica de Petróleo. Misturas com CAP
são conhecidas por misturas a quente, enquanto que misturas com EAP são denominadas
misturas a frio.
Para efeito deste trabalho, daremos ênfase às misturas usinadas a quente por serem estas
mais utilizadas e correlacionadas ao tema abordado. Inserem-se ai, os concretos betuminosos
usinados a quente, CBUQ, a camada porosa de atrito, CPA, ou revestimento asfáltico
drenante, o SMA, Stone Matrix Asphalt, e o Gap-graded.
3.5.2. Concreto Asfáltico (CA)
Concreto asfáltico é uma mistura executada a quente, com características especificas
composta de agregado mineral graduado, material de enchimento (filer) e ligante betuminoso
espalhado e comprimido a quente (DNER ES313-97).
Segundo Bernucci et al., (2007) a mistura possui uma graduação do tipo densa, contínua
e bem graduada, com quantidade de ligante variando entre 4 e 6% e teor de vazios em torno de
3 a 5%.
Pinto (2002) especifica as seguintes designações para concreto asfáltico, de acordo com
a função estrutural e posição relativa nas camadas do pavimento, descritas a seguir.
1) Camada de rolamento ou capa asfáltica – Camada superior da estrutura responsável
em receber diretamente as ações do tráfego. A mistura empregada deve apresentar estabilidade
e flexibilidade compatíveis com o funcionamento elástico da estrutura e condições de
rugosidade;
2) Camada de ligação ou binder – Camada posicionada imediatamente abaixo da capa.
Apresenta em relação à mistura utilizada para capa e rolamento, diferenças de
comportamento, decorrentes do emprego de agregados de maior diâmetro máximo, de maior
porcentagem de vazios e menor relação betume/vazios;
3 ) Camada de nivelamento ou regularização – Serviço executado com massa asfáltica
de graduação fina, com função de corrigir deformações ocorrentes na superfície de um
revestimento e, simultaneamente, promover selagem de fissuras existentes.
18
3.5.3. Camada Porosa de Atrito (CPA)
Segundo Bernucci et al. (2007), a camada porosa de atrito é uma mistura asfáltica com
elevada porcentagem de vazios em seu interior devido a pequena quantidade de filer, de
agregado miúdo e ligante asfáltico, compreendendo em torno de 18 a 25% de vazios de ar.
Esse tipo de revestimento asfáltico tem como característica principal a permeabilidade a
ação da água de chuva, servindo como camada drenante ao pavimento. Essa particularidade
evita grande lamina d’água em dias de chuva, aumenta a aderência pneu-pavimento e reduz a
reflexão da luz dos faróis noturnos. (PINHEIRO, 2004)
Devido às características próprias da mistura, recomenda-se utilização de ligante com
baixa suscetibilidade térmica e alta resistência ao envelhecimento, enquadrando-se ai os
ligantes modificados por polímeros, para aumentar a resistência e a durabilidade do
pavimento.
3.5.4. Stone Matrix Asphalt (SMA)
O SMA é um revestimento asfáltico, usinado a quente, concebido para maximizar o
contato entre os agregados graúdos, aumentando a interação grão/grão; a mistura se
caracteriza por conter uma elevada porcentagem de agregados graúdos e, devido a essa
particular graduação, forma-se um grande volume de vazios entre os agregados graúdos
(PATRIOTA 2004).
Diferentemente da camada porosa de atrito, o SMA é um revestimento impermeável,
com quantidade de vazios de 4 a 6%, e alto consumo de ligante, 6 a 7,5% (BERNUCCI et
al.,2007).
A Figura 3.2 faz uma análise comparativa entre as faixas granulométricas de CBUQ,
CPA e SMA.
19
‘
Figura 3.2 - Análise Granulométricas De CBUQ, CPA E SMA Fonte: Mourão, 2003 apud Patriota, 2004
3.5.5. Gap-Graded
Esse tipo de revestimento asfáltico, ainda pouco utilizado, consiste em uma mistura de
graduação descontínua, sem grande índice de vazios e com uma textura superficial rugosa
(BERNUCCI et al., 2007).
No Brasil, essa mistura tem sido empregada como camada estrutural de revestimento, e
utiliza-se ligante modificado por polímero, especificamente o asfalto-borracha.
3.5.6. Caracterização das Misturas Asfálticas
A caracterização das misturas asfálticas é fato de difícil compreensão, visto que as
mudanças que ocorrem ao longo do tempo com o ligante, provocada pela atuação das
intempéries e envelhecimento do asfalto alteram as características da mistura e seu
comportamento sob ação de tráfego de veículos.
Segundo Bernutti et al. (2007), os ensaios mecânicos para caracterização das misturas
asfálticas podem ser divididos da seguinte forma:
٠Ensaios Convencionais: Estabilidade Marshall
٠Ensaios de Módulo: módulo de resiliência; módulo complexo (módulo dinâmico)
20
٠Ensaios de ruptura: resistência à tração indireta; vida de fadiga (compressão diametral,
flexão)
٠Ensaio de deformação permanente: simulador de tráfego de laboratório; compressão ou
tração axial estática (creep); compressão ou tração axial de carga repetida;
٠Ensaios Complementares: Cântabro; dano por umidade induzida;
Para efeito desse trabalho, dar-se-á enfoque apenas ao ensaio de estabilidade Marshall,
ensaio de módulo de resiliência e ao ensaio de simulador de tráfego de laboratório.
3.5.6.1 Estabilidade Marshall
Esse tipo de ensaio é o mais utilizado pelos órgãos rodoviários brasileiros atualmente,
embora algumas divergências sejam apresentadas quando aos valores obtidos pelo mesmo.
Consiste na aplicação de uma carga de compressão sobre um corpo-de-prova cilíndrico
regular, denominado corpo-de-prova Marshall, de 100 mm de diâmetro e 63,5 mm de altura.
A carga é aplicada a uma taxa de carregamento de 5 cm/minuto, a temperatura de 60ºC, num
aparelho denominado de prensa Marshall (DNER ME 043/95).
Os parâmetros obtidos nesse ensaio são estabilidade e fluência, denominados como
carga de ruptura sofrida pelo corpo-de-prova e deformação máxima até a ruptura,
respectivamente (BERNUTTI et al., 2007).
Embora seja o mais utilizado no meio rodoviário brasileiro o ensaio não reproduz
fielmente as condições práticas das realizadas em laboratório, especificamente no que se
refere ao tipo de compactação realizada. Esse fato pode originar defeitos prematuros nos
pavimentos como deformação permanente (PINHEIRO, 2004).
3.5.6.2 Ensaio De Módulo de Resiliência
Esse ensaio, padronizado no país através da norma DNER-ME 133/94, visa avaliar o
comportamento da mistura quanto à deformação recuperável sofrida sob ação de carregamento
do tráfego (BERNUCCI et al.,2007).
21
Segundo o DNER-ME 133/94 o módulo de resiliência (MR) é a relação entre a tensão
de tração (σT), aplicada em um corpo-de-prova e a deformação especifica recuperável (Εt)
correspondente a tensão aplicada a uma dada temperatura.
O ensaio de MR em misturas asfálticas é realizado através da aplicação de uma carga
repetidamente no plano diametral vertical de um corpo-de-prova cilíndrico regular. Essa carga
gera uma tensão de tração transversalmente ao plano de aplicação da carga. Mede-se então o
deslocamento diametral recuperável na direção horizontal correspondente a tensão gerada,
numa dada temperatura (T). Os corpos-de-prova cilíndricos são moldados no compactador
Marshall e medem aproximadamente 100mm de diâmetro e 63,5mm de altura (BERNUCCI et
al.,2007).
3.5.6.3 ENSAIO DE SIMULADOR DE TRÁFEGO
Esse ensaio visa avaliar as deformações permanentes em misturas asfálticas através de
simulação de tráfego, correlacionando os valores obtidos em laboratório com análise empírica
feita em campo (BERNUCCI et al.,2007).
O ensaio é feito em equipamento munido de roda pneumática, cuja pressão do pneu e
carga no eixo são controláveis, assim como também a temperatura. Coloca-se duas placas,
uma em cada lado do equipamento, munido de um eixo com dois pneumáticos. O pneumático
fica em contato com a placa asfáltica e aplica carregamento em movimento longitudinal de ida
e vinda, em ciclos de 1 Hz. Mede-se o afundamento na trilha de roda em diversos pontos a
cada determinado número de solicitações (BERNUCCI et al.,2007).
3.6 PRINCIPAIS DEFEITOS EM PAVIMENTOS
O comportamento estrutural de um pavimento depende, em grande parte das
características do ligante utilizado. Dentre os principais defeitos dos pavimentos brasileiros,
destacam-se as deformações permanentes e o trincamento por fadiga (PATRIOTA, 2004).
22
3.6.1. Deformação Permanente
A deformação permanente em misturas asfálticas ocorre devido a uma combinação do
fluxo do material, viscoelástico ou viscoplástico, e do dano desse material, representado pela
formação e propagação de trincas. A capacidade da mistura de resistir a esse tipo de
deformação depende de diversos fatores, entre os quais, a consistência do ligante e a
volumetria da mistura, agregados e ligantes (BERNUTTI et al., 2007).
Trata-se de um acúmulo de pequenas deformações resultando em uma deformação de
proporções maiores gerando um desconforto e condições de tráfego inadequadas para o local
onde se propagou o defeito.
3.6.2. Trincamento por Fadiga
A vida de fadiga de uma mistura asfáltica é definida em termos de vida de fratura (Nf)
ou vida de serviço (Ns). A primeira se refere ao número total de aplicações de uma certa carga
necessária à fratura completa e a segunda (Ns) ao número total de aplicações dessa mesma
carga que reduza o desempenho ou a rigidez inicial da amostra a um nível preestabelecido
(BERNUCCI et al.,2007).
O fenômeno de fadiga é um processo de deterioração estrutural que sofre um material
quando submetido a um estado de tensões e de deformações repetidas, resultando em trincas
ou fatura completa, após um número suficiente de repetições de carregamento, ou seja, é a
perda da resistência que o material sofre, quando solicitado repetidamente por uma carga
(PINTO e PREUSSLER, 2002).
23
4. INCORPORAÇÃO DE BORRACHA EM MISTURAS ASFÁLTICAS
4.1. HISTÓRICO
A incorporação de borracha de pneus inservíveis em revestimentos asfálticos de
pavimentos rodoviários e urbanos já vem sendo empregada há algumas décadas no exterior.
Podem-se citar aplicações importantes no Canadá, Portugal, Austrália e vários estados norte-
americanos (MORILHA JR. e GRECA, 2003).
No Brasil, esta técnica ainda não é bastante difundida, visto que existe pouco
conhecimento na área e poucos são os trechos rodoviários de caráter experimental para
avaliação do comportamento do asfalto modificado sob ação de tráfego de veículos.
Segundo Specht (2000) apud Cury et al. (2002), a primeira tentativa de modificar as
propriedades dos betumes com borracha data de 1898 na Inglaterra, cujo processo patenteado
originava um produto chamado “rubber-bitumen”.
Em 1940, foi introduzido nos EUA, através da companhia de reciclagem Rubber
Reclaiming Company, um produto modificado composto de material asfáltico e borracha
desvulcanizada, denominada Ramflex (MORILHA JR. e GRECA, 2003).
No entanto foi com Charles H. MacDonald, considerado o pai do asfalto-borracha, em
1963, a utilização de um material altamente elástico composto de ligante e borracha moída de
pneu usado na manutenção de pavimentos (MORILHA JR. e GRECA, 2003).
A partir daí, tentativas de melhorar e aproveitar as características dessa mistura vem
sendo observadas em todo o mundo.
4.2. BORRACHA DE PNEU
Os pneumáticos para veículos de transporte são camadas ajustadas a um aro e têm o
objetivo de amortecer o contato entre o veículo e a via sobre a qual este trafega. O conforto
proporcionado pelos pneus se deve a absorção dos choques mecânicos pelo ar comprimido
dentro do pneu, como também pela composição elástica da borracha. A composição típica de
um pneu é borracha natural, borracha sintética, negro de fumo, tecido de nylon, fibras de aço e
aditivos, como óleos, dentre outros (ANDRIETTA, 2004).
24
A Figura 4.1 apresenta detalhes da formação de um pneu típico e os elementos que
fazem parte dessa composição.
Figura 4.1 - Elementos Constituintes De Um Pneu
Fonte: Andrieta, 2004 apud Pinheiro, 2004
Na composição química de um pneu, os hidrocarbonetos apresentam-se em maior
quantidade e os elementos que fazem parte desse composto são Carbono (C), Hidrogênio (H),
Óxido de Zinco, Enxofre (S) e Ferro (Fe) (PINHEIRO, 2004).
Um pneu de veículo de passeio típico (Goodyear P195/75 R14), com massa aproximada
de 10 Kg, contém os itens seguintes (BERTOLLO, 2002 apud BERNUCCI et al., 2007)
٠ 2,50 Kg de diferentes tipos de borracha sintética;
٠ 2,0 Kg de 8 diferentes tipos de borracha natural;
٠ 2,5 Kg de 8 tipos de negro de fumo;
٠ 0,75 Kg de aço para as cinturas;
٠ 0,50 Kg de poliéster e náilon;
٠ 0,25 Kg de arames de aço;
٠ 1,5 Kg de diferentes tipos de produtos químicos, óleos, pigmentos etc.
4.3. PROCESSO DE REGENERAÇÃO DA BORRACHA
A composição do pneu mostra que não há apenas borracha como elemento constituinte
sendo, portanto necessário separa-lá das demais frações.
25
O processo de recuperação e regeneração de pneus exige a separação da borracha
vulcanizada de outros componentes (como metais e tecidos, por exemplo). Podem-se citar
alguns métodos de obtenção desta borracha, tais como o processo físico-mecânico (trituração
a temperatura ambiente ou por criogênese), por processos químicos (ação de produtos
degradantes ou peptizantes) e processo físico-químico (ação de catalisadores). Os métodos
mais eficientes para a reciclagem da borracha envolvem a quebra das cadeias
macromoleculares da borracha vulcanizada. O termo regeneração refere-se a qualquer
processo que leve a ruptura de ligações covalentes do tipo carbono-carbono (C-C), carbono-
enxofre (C-S) e enxofre-enxofre (S-S). Para que um resíduo regenerado seja de boa qualidade,
pelo menos 70% das reticulações devem ser desfeitas. (GUARÇO, 2005)
4.4. PROCESSOS DE INCORPORAÇÃO DE BORRACHA EM MISTURAS ASFÁLTICAS
A incorporação de borracha às misturas asfálticas pode ser feita através de dois
processos, via úmida e via seca.
Segundo ODA (2000) e Fernandes Jr. (2000) apud Martins (2004), no processo úmido o
cimento asfáltico de petróleo, CAP, é misturado à borracha moída, 5 a 25%, a uma
temperatura elevada (150 a 200º C), durante um determinado período de tempo (20 a 120
minutos).
No processo seco, a borracha triturada é introduzida diretamente no misturador de
asfalto e entra como agregado na mistura com o ligante. (MORILHA JR. e GRECA, 2003
apud MARTINS, 2004).
A incorporação de borracha em misturas asfálticas através dos processos origina dois
subprodutos que são, Asfalto-borracha e Agregado-borracha.
O asfalto borracha é um ligante modificado, originado da incorporação da borracha
moída ao cimento asfáltico de petróleo, CAP, em condições controladas de temperatura, com
teor de borracha variando entre 15% e 20%, diluentes e alguns aditivos especiais se houver
necessidade (PETRÓBRAS, 2003). A função da borracha é modificar as propriedades
químicas do aglomerante, através da presença de elastômeros, que aumentam a flexibilidade e
melhoram a adesividade aos agregados. A Figura 4.2 apresenta o ciclo da produção de ligante
modificado por borracha
O agregado-borracha é um material de enchimento, onde as partículas de borracha
moída de pneu inservível, de granulometria especificada, substituem parte dos agregados
26
pétreos na mistura ao ligante asfáltico e formam um produto denominado concreto asfáltico
com adição de borracha. (Fonte: REVISTA TÉCHNE, 2005)
A Figura 4.2 mostra os processos de incorporação e as tecnologias empregadas.
Figura 4.2 Processos de Incorporação de Borracha de Pneus Fonte: Patriota, 2004
4.5. COMPATIBILIZAÇÃO ENTRE BORRACHA E CAP
A incorporação de borracha ao cimento asfáltico exige, em alguns casos, a necessidade
de introduzir um agente compatibilizador para melhorar a interação de ambos. Esses agentes
são óleos extensores ou substâncias apropriadas à mistura.
A característica de compatibilidade ou estabilidade de um ligante modificado requer
que, o asfalto base utilizado como matéria-prima possua uma relação asfaltenos/aromáticos
dentro de uma determinada faixa. Se o ligante base não possuir essa compatibilidade com a
borracha, ele deve ser preparado por meio de adição de insumos especiais, como óleo extensor
ou óleo de xisto (MORILHA JR. e GRECA, 2003).
O papel do óleo extensor é facilitar a incorporação da borracha moída ao cimento
asfáltico, resultando um asfalto-borracha de melhor qualidade. A reação entre borracha e
cimento acontece mediante a absorção de óleos aromáticos do cimento asfáltico a cadeia
polimérica da borracha. A adição de um óleo extensor pode recompor a composição química
do cimento asfáltico, proporcionando ao ligante uma viscosidade aceitável para uso na
pavimentação (FAXINA, 2002 apud PILAT 2008).
27
A adição do resíduo de óleo de xisto no ligante asfalto borracha proporciona nas
temperaturas de usinagem e compactação, uma redução na viscosidade do ligante, refletindo
numa melhor trabalhabilidade das misturas asfálticas. Ainda apresenta efeito positivo sobre
parâmetros e propriedades relacionados com a formação de trincas por fadiga devido ao
tráfego e no aparecimento de trincas térmicas; entretanto, o resíduo de óleo de xisto apresenta
efeito negativo sobre todas as propriedades e parâmetros que indicam resistência a
deformação permanente (FAXINA, 2002 apud PILAT 2008).
4.6. ASFALTO-BORRACHA
Inicialmente, o ligante asfalto-borracha foi desenvolvido para ser usado em atividades
de manutenção e reabilitação e para tentar prolongar a vida de um pavimento, posteriormente
passou a ser utilizado de várias outras maneiras na pavimentação asfáltica (MORRIS e
McDONALD, 1976).
Segundo Patriota (2004), foi com a tecnologia Mcdonald , desenvolvida em meados de
1970, pela Companhia de Refinação do Arizona, que foi possível obter o ligante modificado
por borracha, através da mistura de borracha triturada (15 a 25% em relação ao peso do
ligante), durante 20 a 120 minutos a uma temperatura de 170 a 200º C, resultando um
composto com propriedades diferentes do asfalto original.
Distinguem-se dois métodos para obtenção de asfalto-borracha, terminal blend e
continuous blend. O processo continuous blend ocorre com mistura de borracha ao asfalto
com usinagem quase imediata, enquanto que no processo terminal blend, a adição de borracha
permite a estocabilidade do asfalto-borracha para usinagem imediata ou ainda para uma
posterior usinagem. (MORILHA JR. et al., 2003)
No Brasil, o método mais utilizado é o terminal blend. O ligante é modificado em
reatores específicos em fábricas de asfaltos modificados.
4.7. APLICAÇÃO DE ASFALTO BORRACHA
A aplicação do ligante modificado tem sido cada vez mais ampliada em diversos
serviços de pavimentação asfáltica. Segundo ODA, (2000) o uso não fica restrito apenas às
atividades de reabilitação, tais como remendo ou selante de trincas e juntas, têm sido usado
28
em misturas do tipo tratamento superficial (SAM), transição entre pavimentos existentes e
camada de reforço (SAMI) e revestimento de concreto asfáltico.
Além das utilizações mencionadas, o asfalto-borracha apresenta bom desempenho com
outras misturas usinadas a quente, Camada Porosa de Atrito (CPA), Stone Matrix Asphalt
(SMA) e Gap-graded.
O material é um dos melhores selantes de trincas existentes, juntas e remendos e pode
ser utilizado tanto em pavimentos flexíveis, asfálticos, como em pavimentos rígidos, concreto
de cimento portland. Apresenta ainda durabilidade cerca de três vezes mais que os ligantes
convencionais. (ODA, 2000 apud MARTINS, 2004)
A Figura 4.3 mostra a reabilitação de um pavimento com asfalto-borracha em trincas
enquanto que a Figura 4.4 apresenta a utilização em mistura tipo tratamento superficial, SAM.
Figura 4.3 – Selante De Trincas E Juntas Fonte: ODA (2000) apud MARTINS (2004)
Em tratamentos superficiais do tipo SAM (Stress Absorbing Membrane) atua com a
função de prevenir ou retardar a formação de trincas. (ODA, 2000 apud MARTINS, 2004)
Figura 4.4 - Execução De Um SAM
Fonte: ODA (2000) apud MARTINS (2004)
29
Na reabilitação de camadas de asfalto existentes, SAMI (Stress Absorbing Membrane
Interlayer), ajuda a retardar o desenvolvimento de trincas por reflexão e reduzir penetração de
água em camadas subjacentes. (ODA, 2000 apud MARTINS, 2004)
A Figura 4.5 mostra a execução de um reforço entre camadas existentes, SAMI.
Figura 4.5 – Execução De Um SAMI
Fonte: ODA (2000) apud MARTINS (2004)
Na substituição do revestimento, o asfalto-borracha substitui o ligante tradicional e
ajuda a combater os principais defeitos em pavimentos, reduz o acúmulo de deformação
permanente, trincas de origem térmica e trincas por fadiga. (ODA, 2000 apud Martins, 2004)
A Figura 4.3 mostra um recapeamento asfáltico, tipo CBUQ, com asfalto-borracha.
Figura 4.6 – Recapeamento Asfáltico Com Asfalto-Borracha Fonte: ODA (2000) apud Martins (2004)
30
4.8. VANTAGENS NA UTILIZAÇÃO DO ASFALTO BORRACHA
4.8.1 Vantagens Técnicas
Morilha Jr. e Greca, (2003) apresentam as seguintes características técnicas no uso de
ligante modificado com borracha de pneu.
- Redução da suscetibilidade térmica: misturas com asfalto borracha são mais resistentes
as variações de temperatura, o seu desempenho tanto em altas como em baixas temperaturas é
melhor quando comparado com pavimentos construídos com ligante convencional;
- Aumento da flexibilidade, devido à maior concentração de elastômeros na borracha de
pneus;
- Melhor adesividade aos agregados
- Aumento da vida útil do pavimento
- Maior resistência ao envelhecimento: a presença de anti-oxidantes e carbono na
borracha de pneus auxilia na redução do envelhecimento por oxidação;
- Maior redução a propagação de trincas e a formação de trilhas de Rod;
- Permite a redução da espessura do pavimento
- Proporciona melhor aderência pneu-pavimento
- Redução do ruído provocado pelo tráfego entre 65 e 85%.
4.8.2 Vantagens Ecológicas e Sociais
A utilização de asfalto modificado por borracha de pneu em diversos serviços de
pavimentação traz alguns benefícios ecológicos e sociais.
Morilha Jr. e Greca (2003) citam os benefícios gerados no que se refere aos aspectos
ecológicos e sociais oriundos da incorporação de borracha de pneu e modificação de asfaltos
tradicionais:
- Surgimento e fortalecimento de empresas especializadas na reciclagem de pneus para
convertê-los em asfalto borracha;
- Benefícios diretos ao setor público pela criação de novas fontes de tributos a ingressar
no erário público, e adicionalmente serão criados novos empregos diretos nas empresas
31
recicladoras e indiretos ligados ao processo de angariação e movimentação de pneus
inservíveis;
- Inibição maior aos focos de criação de insetos prejudiciais à saúde e até letais ao ser
humano;
- Redução da poluição visual causada pelo descarte de pneus em locais inadequados;
- Diminuição do assoreamento de rios, lagos e baias, causados em parte, pelo indevido
descarte de pneus;
- Diminuição do número de pneus usados em depósitos, com a conseqüente redução de
risco de incêndios incontroláveis e a não deposição de pneus, sob qualquer formato, em
aterros sanitários.
- Redução da demanda de petróleo (asfalto), por dois motivos: pela substituição de parte
do asfalto por borracha moída de pneus e também pela maior durabilidade que será alcançada
na vida útil das estradas. Não se pode esquecer que o petróleo, e por conseqüência o asfalto, é
uma fonte não renovável de energia.
4.9. UTILIZAÇÃO DE LIGANTES COMERCIAIS
A tecnologia Terminal Blend para fabricação de asfalto-borracha estocável
proporcionou que alguns ligantes modificados pudessem ser comercializados em vários
lugares, principalmente no Brasil.
O surgimento de indústrias no setor já é visível. Algumas reconhecidas e com produtos
consagrados como o Ecoflex, do grupo GRECA Asfaltos, outros, fabricados pela própria
Petrobrás, BR Distribuidora, com nome CAPFLEX.
Esses já foram avaliados em trechos experimentais e obtiveram resultados satisfatórios.
A avaliação também mostrou que os ligantes modificados apresentam desempenho superior
aos ligantes convencionais e os ensaios de caracterização desses ligantes obtiveram resultados
que mostram que os asfaltos modificados resistem melhor às solicitações do tráfego e desgaste
ao envelhecimento.
Cita-se a seguir as qualidades dos dois ligantes comerciais apresentados, embora possa
ser encontrado outros tipos no mercado nacional.
32
4.9.1 Capflex
O capflex é um Asfalto-Borracha que tem como ligante base o CAP 50/60 da LUBNOR,
oriundo do petróleo Fazenda Alegre, e tem a incorporação da borracha realizada BR
Distribuidora em uma de suas unidades. O produto foi desenvolvido em conjunto pelo Centro
de Pesquisa da Petrobrás (PETROBRÁS, 2008).
Segundo a Petrobrás (2008), o Capflex é recomendado nas seguintes aplicações: em
curvas de pequeno raio ou que são submetidas a grandes esforços; em pavimentos altamente
drenantes (redução de aquaplanagem em dias de chuva e redução do ruído produzido pelo
atrito dos pneus com o pavimento); em corredores de trafego muito intenso e cargas elevadas,
visando reduzir ou eliminar as deformações permanentes (trilhas de roda); em pistas especiais
(autódromos, aeroportos).
4.9.2 Ecoflex
O Ecoflex é um ligante modificado do grupo GRECA Asfaltos e possui dois tipos
conforme quantidade, em porcentagem, de borracha moída incorporada. O Ecoflex A
apresenta em sua composição 20% de borracha, enquanto que o Ecoflex B possui 15%
(GRECA ASFALTOS, 2003)
Esse ligante em função de suas características pode ser aplicado em diferentes tipos de
revestimentos, seja em misturas asfálticas ou em revestimentos por penetração. As misturas
asfálticas podem ser: descontínuas abertas ou descontinuas densas e contínuas densas.
(GRECA ASFALTOS, 2003)
Recomenda-se a aplicação do Ecoflex A na elaboração de misturas asfálticas
descontínuas com qualquer teor de vazios (drenante ou densa) e também na execução de
tratamentos superficiais e o Ecoflex B é indicado para a fabricação de misturas asfálticas
densas contínuas. (GRECA ASFALTOS, 2003)
33
5. ANÁLISE EXPERIMENTAL DE LIGANTE MODIFICADO
Neste capítulo do trabalho far-se-á uma avaliação do ligante modificado por borracha
diante de ensaios de caracterização e propriedades mecânicas.
5.1. CONSIDERAÇÕES PRELIMINARES
Trata-se de uma abordagem sobre ensaios de caracterização feitos pelo grupo GRECA
Asfaltos com o ligante comercial Ecoflex. O estudo em questão foi realizado em junho de
2003 e visou avaliar o comportamento das misturas diante de dois problemas mais comuns em
pavimentos, deformação permanente e resistência a fadiga. Essa avaliação é feita de forma
comparativa entre o Ecoflex B com 15% de borracha incorporada, um ligante tradicional
CAP20 e um ligante modificado com 4% de polímero SBS. Inclui-se também na avaliação, o
comportamento com os ligantes mencionados no que diz respeito ao envelhecimento. Os
ensaios foram feitos a diferentes temperaturas, 25º e 40º, visto que essa é fator influenciante
no comportamento dos ligantes.
Os itens seguintes apresentam análise da mistura sob deformação permanente e
resistência a tração por compressão diametral como também avaliação do envelhecimento do
ligante. Os resultados obtidos e as conclusões do estudo são apresentados nos devidos itens.
5.2. ANÁLISE DE MISTURA ASFÁLTICA SOB DEFORMAÇÃO PERMANENTE
A mistura asfáltica foi submetida ao ensaio de Deformação Permanente em um
simulador de tráfego tipo LCPC francês (Laboratoire Central des Ponts et Chaussées), com
duas placas com 50 cm de comprimento, 18 cm de largura e 5 cm de espessura, conforme
especificação francesa NF P 98-253-1 “Déformation Permanente des Mélanges
Hydrocarbonés”. Os ensaios foram realizados no Laboratório de Tecnologia de Pavimentação
da Escola Politécnica da Universidade de São Paulo (GRECA ASFALTOS, 2003).
O ensaio foi conduzido a 60° C até 30.000 ciclos, como especificado na norma francesa
citada. A porcentagem de deformação permanente encontrada foi de 4,53%, atendendo
plenamente as diretrizes de dimensionamento européias do Grupo Cost 333, que limitam as
34
deformações permanentes em 5% no caso de misturas asfálticas densas, utilizadas para tráfego
pesado (GRECA ASFALTOS, 2003).
A Tabela 5.2 mostra os valores de dosagem da mistura e os resultados apresentados nos
ensaios de estabilidade Marshall e Resistência a tração por compressão diametral.
Propriedade Valor encontrado Teor de ligante asfáltico, % 5,4 Densidade aparente, g/cm3 2,392
Volume de Vazios, % 3,68 Relação Betume Vazios, % 76,8
Vazios do agregado mineral, % 16,09 Estabilidade, kgf 1.518,62
Fluência, mm 2,78 Resistência a tração por compressão
diametral, kgf/cm2 12,88
Tabela 5.2 – Parâmetros de dosagem e valores obtidos após ensaios Fonte: Greca Asfaltos (2003)
Segundo Greca (2003), o ensaio ainda possibilitou comprovar que o aumento do ponto
de amolecimento e a baixa suscetibilidade térmica do ligante modificado traduzem em um
melhor desempenho do pavimento e resistência a formação de trilhas de roda.
5.3. ANÁLISE DE RESISTÊNCIA A TRAÇÃO POR COMPRESSÃO DIAMETRAL
A análise feita aqui é de caráter comparativo entre os 3 tipos de ligantes dosados com os
mesmos agregados, oriundos da Pedreira Cartepas de Carambeí no estado do Paraná. A faixa
granulométrica utilizada foi à faixa III da especificação de serviço do DER/PR ES – P21/91 e
apresenta a seguinte composição (GRECA ASFALTOS, 2003):
- 30% de agregados entre as # ¾” e 3/8”;
- 13% de agregados entre as # 3/8” e 4;
- 55% de agregados entre a # 4 e o fundo;
- 2% de cal hidratada CH – 1.
A Tabela 5.3 apresenta os valores obtidos após realização dos ensaios Marshall e tração
por compressão diametral assim como os parâmetros de dosagem são apresentados a seguir:
35
Valores encontrados Propriedades CAP - 20 AM SBS 4% Ecoflex B
Teor de ligante asfáltico, %
5,2 5,5 5,6
Densidade aparente, g/cm3
2, 324 2, 317 2,318
Volume de Vazios, % 3,73 3,77 3,77 Relação Betume
Vazios, % 76,06 76,58 76,55
Vazios do agregado mineral, %
15,48 16,00 15,98
Estabilidade, kgf 1.714,43 1.510,01 1.654,61 Fluência, mm 2,15 2,00 2,70
Resistência a tração por compressão
diametral, kgf/cm2 15,78 20,26 14,29
Tabela 5.3 – Parâmetros obtidos pela Dosagem Marshall Fonte: Greca Asfaltos (2003)
A Tabela 5.4 apresenta os valores obtidos após realização dos ensaios de resistência a
tração, RT, e resistência a compressão por compressão diametral, RTCD:
Item considerado CAP 20 AMP 4% SBS Ecoflex MR a 25° C, MPa 6877 8575 3577 MR a 40° C, MPa 1650 2543 2567
Relação MR40°/MR 25°
0,240 0,297 0,718
RTCD a 25° C, MPa 1,578 2,026 1,429 RTCD a 40° C, MPa 0,510 0,815 0,735
Relação RT 40°/RT 25°C
0,323 0,402 0,514
Tabela 5.4 – Análise de RT e RTCD Fonte: Greca Asfaltos (2003)
Diante dos valores expostos, Greca (2003) concluiu que:
- a 25° C, o valor de RTCD das misturas asfálticas com CAP 20 convencional e Ecoflex B
encontra-se em uma mesma faixa de valores, com menor valor para o Ecoflex B e o maior
valor desta grandeza é do asfalto modificado por SBS;
- a 40° C, o valor de RTCD da mistura asfáltica com AM SBS 4% é o mais alto, seguido pelo
Ecoflex B. Isto demonstra como era esperado, a menor suscetibilidade térmica dos ligantes
modificados em relação ao ligante convencional;
36
- a relação observada entre a RTCD a 40° C e a RTCD a 25° C, indica de forma análoga a
relação entre os módulos resilientes, que quanto maior esta relação menor a suscetibilidade
térmica do ligante e novamente o Ecoflex B, apresentou resultado superior.
5.4. ANÁLISE DE ENVELHECIMENTO DOS LIGANTES
Conforme mencionado no item 3.4 deste trabalho, o envelhecimento do asfalto é um dos
principais problemas enfrentados e contribui de forma decisiva na duração de um pavimento.
A avaliação descrita nesse item mostra o comportamento dos ligantes diante de ensaio
de estufa de filme fino rotativo, RTFOT, que simula o processo de usinagem feito às misturas
antes da execução do pavimento. Não se insere aqui o processo de envelhecimento sofrido ao
longo do tempo, envelhecimento em longo prazo, por ser essa perda menor que a sofrida pelo
processo de aquecimento.
A Tabela 5.4 mostra os valores obtidos após ensaio RTFOT
Item Analisado CAP 20 AMP 4% de SBS ECOFLEX
Penetração do ligante original, 0,1 mm
57 38 40
Penetração após RTFOT 24 18 23 % de pen. original após
RTFOT 42,10 47,37 57,50
P. amolecimento, °C 50 59 53 PA após RTFOT, °C 57 60 58
Recuperação Elástica, % 6 81 35 Recuperação Elástica após
RTFOT 0 68 73
Variação percentual - -16 +208 Tabela 5.5 – Análise de Envelhecimento dos Ligantes Fonte: Greca Asfaltos 2003
Morilha e Trichês, (2003) concluem a partir dos resultados apresentados na Tabela 5.4
que:
- a penetração retida, a percentagem da penetração a 25º C após RTFOT, traduz efetivamente
em aumento de consistência do ligante após a simulação do envelhecimento ocorrido após
usinagem. Quanto maior a penetração retida menor o aumento da consistência, no caso do
Ecoflex B é o ligante que apresenta o menor aumento dessa consistência comparativamente
aos outros dois ligantes estudados;
37
- no que diz respeito à recuperação elástica os seguintes resultados foram obtidos: o CAP20
após simulação de envelhecimento no RTFOT apresentou baixo valor dessa propriedade; o
ligante modificado com SBS apresentou redução na recuperação elástica comparada à
recuperação inicial; e o Ecoflex B que apresentou recuperação módica inicialmente, obteve
ganho dessa propriedade após ser submetida ao ensaio de envelhecimento.
O aumento da recuperação elástica do Ecoflex após a simulação de usinagem
proporcionada pelo ensaio RTFOT demonstra que, apesar do aumento de consistência inerente
a qualquer forma de envelhecimento, ocorre no Asfalto Borracha um ganho na recuperação
elástica. A causa para este efeito pode estar na severidade do ensaio RTFOT que expõe o
ligante, por meio da formação de uma fina película, a um aquecimento maior localizado,
colaborando para ocorrer uma maior interação entre as moléculas de borracha e de asfalto que
podem proporcionar uma continuação do processo de fusão, melhorando conseqüentemente a
recuperação elástica (GRECA ASFALTOS, 2003).
5.5. RESULTADOS E DISCUSSÕES
Os valores apresentados inicialmente comparando asfalto-borracha e o asfalto
tradicional não mostraram resultados muito diferenciados à temperatura ambiente. No entanto,
após simulação de efeito do envelhecimento o Ecoflex obteve melhorias como mostra os
valores obtidos e pode-se assim prolongar a vida útil de um pavimento com utilização desse
ligante evitando problemas do tipo fadiga na estrutura.
Segundo Bernutti et al. (2007), o aumento da viscosidade do ligante, asfalto-borracha,
deixa a mistura mais resistente à deformação permanente e melhora o retorno elástico com a
redução na energia de deformação.
Pinheiro et al. (2003), acreditam que a diminuição da resistência a tração por
compressão diametral se deve a viscosidade e um elevado teor de ligante que reduzem o
intertravamento com os agregados.
ODA (2000) acredita que a presença de negro de fumo e a composição química da
borracha diminuem o efeito oxidativo da fração volátil presente no asfalto durante o
aquecimento na fase de usinagem e melhorando as características quanto ao envelhecimento
do ligante.
38
Pinheiro et al. (2003), ainda acreditam que o aumento da flexibilidade se deve a
presença de elastômeros na borracha e as melhorias advindas no combate a vida de fadiga
aumentam a vida útil do pavimento.
O teor de ligante influência no comportamento da mistura, teores de ligante acima do
teor dito ótimo favorecem o acumulo de deformações permanentes (BERNUTTI et al, 2007).
39
CONSIDERAÇÕES FINAIS
Diante do impasse ambiental causado pela disposição inadequada de pneus inservíveis, a
destinação desse resíduo ainda se encontra tímida para solução do problema. O uso em
pavimentação asfáltica apresenta resultados satisfatórios tanto em reduzir o passivo como em
melhorar a situação atual das rodovias que utilizam de revestimentos asfálticos.
Além disso, a avaliação experimental feita com asfalto-borracha mostrou que a interação
entre borracha e cimento asfáltico de petróleo, CAP, trouxe benefícios as misturas no sentido
de melhorar as características do asfalto diante dos ensaios de caracterização a diferentes
temperaturas e que tornam possível a utilização de asfalto-borracha.
O uso de borracha incorporada às misturas asfálticas ainda mostrou benefícios em
comparação aos asfaltos tradicionais diante dos maiores problemas apresentados pela
pavimentação asfáltica, deformações permanentes, trincamento por fadiga e envelhecimento
do asfalto.
As vantagens técnicas, sociais e ecológicas e as possibilidades de utilização de asfalto-
borracha só vêm a trazer benefícios.
Sendo assim, constata-se um ganho na vida útil das estradas que utilizam de
pavimentação asfáltica com asfaltos modificados através da incorporação de borracha de pneu
às misturas asfálticas.
No entanto as dificuldades ainda persistem quanto ao uso desse produto, pois não se têm
incentivos e investimentos para pesquisas a fim de aprofundar o conhecimento e avaliar
trechos experimentais em território nacional.
Há necessidade de uma normatização para uso de asfalto-borracha no país já que a
literatura ainda se encontra baseada em teses, trabalhos científicos e acadêmicos e a inserção
de uma norma tornariam viável a utilização dessa nova técnica e traria uma série de
benefícios.
Para trabalhos futuros, recomenda-se ensaios práticos no laboratório de pavimentação da
UFS com asfalto-borracha no sentido de avaliar a mistura diante de outros pontos de vista e
assim mostrar o comportamento e as melhorias advindas dessa mistura.
40
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