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UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO NORTE CENTRO DE TECNOLOGIA PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA SANITÁRIA Cibele Gouveia Costa INCORPORAÇÃO DO RESÍDUO ORIUNDO DO BENEFICIAMENTO DE CAULIM EM CONCRETO ASFÁLTICO Natal 2006

Cibele Gouveia Costa INCORPORAÇÃO DO RESÍDUO … · agregados empregados em uma mistura convencional de concreto asfáltico, ... 3.4 UTILIZAÇÃO DE RESÍDUOS COMO AGREGADOS ALTERNATIVOS

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UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO NORTE CENTRO DE TECNOLOGIA PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA SANITÁRIA

Cibele Gouveia Costa

INCORPORAÇÃO DO RESÍDUO ORIUNDO DO BENEFICIAMENTO DE CAULIM EM CONCRETO ASFÁLTICO

Natal 2006

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Cibele Gouveia Costa

INCORPORAÇÃO DO RESÍDUO ORIUNDO DO BENEFICIAMENTO DE CAULIM EM CONCRETO ASFÁLTICO

Dissertação apresentada ao Programa de Pós-graduação em Engenharia Sanitária, da Universidade Federal do Rio Grande do Norte, como requisito parcial à obtenção do título de Mestre em Engenharia Sanitária.

Orientador: Prof. Dr. Olavo Francisco dos Santos Jr Co-orientador: Prof. Dr. Maria del Pilar Durante Ingunza

Natal 2006

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Divisão de Serviços Técnicos

Catalogação da Publicação na Fonte. UFRN / Biblioteca Central Zila Mamede

Costa, Cibele Gouveia. Incorporação do resíduo oriundo do beneficiamento de caulim em concreto asfáltico / Cibele Gouveia Costa. - Natal, RN, 2006. 106 f. Orientador: Olavo Francisco dos Santos Co-orientador: Maria del Pilar Durante Ingunza Dissertação (Mestrado) – Universidade Federal do Rio Grande do Norte. Centro de Tecnologia. Programa de Pós-graduação em Engenharia sanitária. 1. Caulim – beneficiamento - Dissertação. 2. Resíduo – Dissertação 3. Concreto asfáltico - Dissertação. I. Santos, Olavo Francisco dos. II. Ingunza, Maria del Pilar Durante. III. Título. RN/UF/BCZM CDU 679.861

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CIBELE GOUVEIA COSTA

INCORPORAÇÃO DO RESÍDUO ORIUNDO DO BENEFICIAMENTO DE CAULIM EM CONCRETO ASFÁLTICO

Dissertação apresentada ao Programa de Pós-graduação, em Engenharia Sanitária, da Universidade Federal do Rio Grande do Norte, como requisito parcial à obtenção do título de Mestre em Engenharia Sanitária.

BANCA EXAMINADORA

___________________________________________________________________ Prof. Dr. Olavo Francisco dos Santos Júnior – Orientador

___________________________________________________________________ Profa. Dra. Maria del Pilar Durante Ingunza – Co-orientadora

___________________________________________________________________ Prof. Dr. Raimundo Leidimar Bezerra – Examinador Externo (UFCG)

____________________________________________________________ Prof. Dr. John Kennedy Guedes Rodrigues – Examinador Externo (UFCG)

Natal, 10 de novembro de 2006

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INCORPORAÇÃO DO RESÍDUO ORIUNDO DO BENEFICIAMENTO DE CAULIM EM CONCRETO ASFÁLTICO

Cibele Gouveia Costa

Orientador: Prof. Dr. Olavo Francisco dos Santos Jr

Co-orientador: Prof. Dr. Maria del Pilar Durante Ingunza

RESUMO

O município de Equador-RN está localizado numa região de grandes quantidades de

minérios, sendo sua principal atividade econômica a extração e o beneficiamento de

caulim. O principal problema ambiental proveniente dessa atividade é a quantidade

de resíduo gerado, cerca de 70% do caulim extraído. Os resíduos são simplesmente

amontoados em terrenos das empresas de beneficiamento, ocupando assim uma

grande área e causando impacto na flora existente. Quando secos, os resíduos

transformam-se em pó e pela ação do vento, se espalham, poluindo o ar. Sendo

assim, o presente trabalho tem como objetivo avaliar a incorporação do resíduo

grosso, oriundo do beneficiamento de caulim, em substituição parcial de todos os

agregados empregados em uma mistura convencional de concreto asfáltico, a qual

foi utilizada na pavimentação da BR101/RN061 – trecho entre Ponta Negra e Ares.

Essa avaliação foi realizada em três etapas. A primeira refere-se à avaliação das

características físicas, térmicas e mineralógicas do resíduo com o intuito de

classificá-lo e definir sua aplicação como agregado (miúdo e graúdo). A segunda

refere-se à caracterização física dos agregados e do material asfáltico utilizados na

mistura convencional. E a terceira à avaliação das misturas contendo resíduo, as

quais foram elaboradas a partir da mistura convencional com a incorporação

gradativa do resíduo, de 5 a 40%, em substituição à parte dos agregados

convencionais, de forma a obter curvas granulométricas similares a da mistura

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convencional. Essa avaliação foi realizada através da comparação entre a

composição volumétrica, o comportamento mecânico e a suscetibilidade à umidade

das misturas contendo resíduo com os da mistura convencional, e com os das

especificações exigidas pelo DNIT. Os resultados mostram que o resíduo grosso

oriundo do beneficiamento de caulim possui grãos dos mais variados diâmetros,

sendo assim, pode substituir parte de todos os agregados convencionais e do filler

em uma mistura asfáltica. Além disso, a sua composição mineralógica apresentou os

mesmos minerais presentes na composição de agregados convencionais utilizados

em pavimentação. Os resultados da avaliação da composição volumétrica das

misturas contendo resíduo indicam que se pode empregar até 30% de resíduo em

substituição aos agregados convencionais. A avaliação do comportamento mecânico

dessas misturas indicam que o incremento de resíduo nas misturas estudadas

ocasionou um aumento da estabilidade e uma redução da resistência à tração. Os

valores obtidos na resistência à tração se encontram abaixo do valor mínimo

especificado pelo DNIT, mas próximos ao valor obtido na mistura convencional. Ao

levar em consideração a suscetibilidade das mesmas à umidade, os resultados

indicam que se pode empregar até 25% de resíduo.

Palavras-chave: Beneficiamento de caulim; resíduo; concreto asfáltico.

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INCORPORATION OF THE RESIDUE ORIGINATING FROM THE IMPROVEMENT OF KAOLIN IN ASPHALT CONCRETE

Cibele Gouveia Costa

Adviser: Prof. Dr. Olavo Francisco dos Santos Jr

Co-adviser: Prof. Dr. Maria del Pilar Durante Ingunza

ABSTRACT

The municipal district of Equador-RN is located in an area of great amounts of ores,

being your main economical activity the extraction and the kaolin improvement. The

main originating from environmental problem that activity is the amount of generated

residue, about 70% of the extracted kaolin. The residues are simply piled up in lands

of the improvement companies, occupying like this a large area and causing impact

in the existent flora. When dry, the residues transform powdered and for the action of

the wind, they disperse, polluting the air. Being like this, the present work has as

objective evaluates the incorporation of the great residue, originating from of the

kaolin improvement, in partial substitution of all the employed aggregates in a

conventional mixture of asphalt concrete, which was used in the paving of

BR101/RN061 - passage between Ponta Negra and Ares. That evaluation was

accomplished in three stages. The first refers to the evaluation of the physical,

thermal and mineralogical characteristics of the residue with the intention of to

classify it and to define your application as aggregate (small and great). The second

refers to the physical characterization of the aggregates and of the asphalt material

used in the conventional mixture. And the third, to the evaluation of the mixtures

containing residue, which were elaborated starting from the conventional mixture with

the gradual incorporation of the residue, from 5 to 40%, in substitution to the part of

the conventional aggregates, in way to obtain similar particle size curves the one of

the conventional mixture. That evaluation was accomplished through the comparison

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between the volumetric composition, the mechanical behavior and the susceptibility

to the humidity of the mixtures containing residue with the one of the conventional

mixture, and with the one of the DNIT specifications. The results show that the great

residue originating from of the kaolin improvement has grains of the most varied size,

being like this, it can substitute part of all the conventional aggregates and of the filler

in an asphalt mixture. Besides, your mineralogical composition presented the same

present minerals in the composition of conventional aggregates used in paving. The

results evaluation of the volumetric composition of the mixtures containing residue

indicates that it can use up to 30% of residue in substitution to the conventional

aggregates. The evaluation of the mechanical behavior of those mixtures indicates

that the residue increment in the studied mixtures caused an increase of the stability

and a reduction of the resistance to the traction. The values obtained in the

resistance to the traction meet below the minimum value specified by DNIT, but close

to the value obtained in the conventional mixture. When taking in consideration the

susceptibility of the same ones to the humidity, the results indicate that she can use

up to 25% of residue.

Key-words: Kaolin improvement; residue; asphalt concrete.

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Dedico este trabalho a minha mãe, amiga,

companheira de todos os instantes, Claudia.

Sou grata pela paciência incondicional e pelo

apoio que me tem dado nos momentos

decisivos da minha vida, encorajando-me e

reforçando minha capacidade de ir além.

À minha irmã, Cíntia, por sempre me mostrar

que devo seguir meus sonhos.

À minha avó, Enilza, por estar sempre presente

em minha vida.

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AGRADECIMENTOS

A Deus por estar sempre presente, mostrando-me o caminho a seguir.

A minha mãe e irmã pela enorme paciência, dedicação e incentivo.

Ao meu pai biológico, Geraldo, que mesmo não estando nesse plano, tenho certeza

que está sempre por perto, me mostrando o caminho a seguir. Ao meu pai do

coração, Marcelo, por ser eterno incentivador da busca pelo conhecimento.

Aos meus avós maternos, Enilza e Inácio (in memorian), com os quais tive a

oportunidade de conviver no mesmo lar e receber seu carinho e atenção.

Aos meus orientadores, Olavo Santos Júnior e Pilar Inguza, pelo apoio, atenção,

compreensão, incentivo e por confiarem em mim para realização deste trabalho.

A todos os meus amigos, pelo incentivo, cumplicidade e por proporcionarem

momentos de descontração. Em especial a Sayonara Medeiros, com quem convivi a

maior parte do mestrado, pelo apoio e cooperação.

Aos amigos de Campina Grande pela acolhida e apoio.

Ao DNIT pelo fornecimento dos dados, materiais pétreos e Cimento Asfáltico de

Petróleo à pesquisa. Em especial, agradeço ao Engenheiro Berilo pela atenção

destinada.

A Empresa Mineradora Caulim do Seridó LTDA – CAULISE pelo fornecimento do

resíduo estudado.

Aos técnicos e bolsistas dos Laboratórios de Materiais de Construção e Solos da

UFRN, pelo apoio na realização dos ensaios.

A Associação Técnico-Científica Ernesto Luiz de Oliveira Junior – ATECEL e toda a

sua equipe pelo espaço, orientação e tempo que foram dedicados durante a

realização deste trabalho.

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Aos funcionários do laboratório do DER/RN, pelo conhecimento transmitido.

Ao professor Edgard Dantas, grande incentivador deste trabalho, pelo apoio e

atenção destinada.

Ao professor John Kennedy Rodrigues pela acolhida e orientações dadas.

Ao professor Rubens Nascimento, pela ajuda no entendimento dos resultados de

caracterização do resíduo.

Aos professores do PPgES pelo conhecimento e apoio transmitidos.

A Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior – CAPES, pelo

apoio financeiro concedido através da bolsa de estudo.

Enfim, a todos que de forma direta ou indireta tornaram possível o cumprimento de

um sonho.

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SUMÁRIO

LISTA DE FIGURAS LISTA DE TABELAS LISTA DE EQUAÇÕES LISTA DE SIGLAS E ABREVIATURAS CAPÍTULO 1 ...............................................................................................................1 1.1 OBJETIVOS DA PESQUISA ............................................................................2

1.1.1 Objetivo Geral............................................................................................2 1.1.2 Objetivos Específicos ................................................................................3

CAPÍTULO 2 ...............................................................................................................4 2.1 O CAULIM ........................................................................................................4

2.1.1 Tipos de Caulim.........................................................................................4 2.1.2 Aplicações .................................................................................................5 2.1.3 Reservas e Produção ................................................................................5

2.2 O CAULIM DO MUNICÍPIO DE EQUADOR-RN...............................................5 2.2.1 O Município de Equador-RN .....................................................................5 2.2.2 Extração e Beneficiamento do Caulim.......................................................6 2.2.3 Resíduo Gerado no Beneficiamento de Caulim ......................................10

2.3 UTILIZAÇÃO DO RESÍDUO ORIUNDO DO BENEFICIAMENTO DE CAULIM NA CONSTRUÇÃO CIVIL.........................................................................................11 CAPÍTULO 3 .............................................................................................................14 3.1 PAVIMENTAÇÃO ...........................................................................................14

3.1.1 Classificação dos Pavimentos.................................................................15 3.1.2 Revestimento Asfáltico ............................................................................16

3.2 CONCRETO ASFÁTICO ................................................................................18 3.2.1 Cimento Asfáltico de Petróleo (CAP).......................................................18 3.2.2 Materiais Granulares ...............................................................................20

3.2.2.1 Agregados Graúdos.............................................................................22 3.2.2.2 Agregados Miúdos ...............................................................................23 3.2.2.3 Material de Enchimento (filler) .............................................................24

3.2.3 Composição Volumétrica.........................................................................26 3.2.3.1 Volume de Vazios (Vv) ........................................................................28 3.2.3.2 Vazios do Agregado Mineral (VAM).....................................................29 3.2.3.3 Relação Betume Vazios (RBV) ............................................................29

3.2.4 Comportamento Mecânico ......................................................................30 3.2.4.1 Estabilidade Marshall ...........................................................................31 3.2.4.2 Resistência à Tração por Compressão Diametral Estática..................31

3.3 SUSCETIBILIDADE DAS MISTURAS ASFÁLTICAS À UMIDADE ................31 3.4 UTILIZAÇÃO DE RESÍDUOS COMO AGREGADOS ALTERNATIVOS PARA O CONCRETO ASFÁLTICO .....................................................................................33 3.5 UTILIZAÇÃO DE RESÍDUOS ORIUNDOS DO BENEFICIAMENTO DE CAULIM EM PAVIMENTAÇÃO.................................................................................34 CAPÍTULO 4 .............................................................................................................36 4.1 CARACTERIZAÇÃO DO RESÍDUO...............................................................36

4.1.1 Caracterização Física..............................................................................37

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4.1.1.1 Análise Granulométrica........................................................................37 4.1.1.2 Densidade Real ...................................................................................39 4.1.1.3 Limites de Atterberg.............................................................................39

4.1.2 Caracterização Mineralógica ...................................................................39 4.1.2.1 Difração de Raios-X.............................................................................40 4.1.2.2 Fluorescência de Raios-X....................................................................40

4.1.3 Caracterização Térmica ..........................................................................40 4.1.3.1 Análise Térmica Diferencial .................................................................40 4.1.3.2 Análise Térmica Gravimétrica ..............................................................41

4.1.4 Ensaios Específicos para Utilização do Resíduo em Pavimentação .......41 4.1.4.1 Adesividade .........................................................................................41 4.1.4.2 Índice de Forma...................................................................................42 4.1.4.3 Abrasão Los Angeles ...........................................................................42 4.1.4.4 Equivalente de Areia............................................................................43

4.2 CARACTERIZAÇÃO DOS AGREGADOS CONVENCIONAIS E MATERIAL ASFÁLTICO ..............................................................................................................43

4.2.1 Caracterização dos Agregados Graúdos e Miúdos .................................44 4.2.2 Caracterização do Filler...........................................................................45 4.2.3 Caracterização do Material Asfáltico .......................................................45

4.3 INCORPORAÇÃO DO RESÍDUO NO CONCRETO ASFÁLTICO..................45 4.3.1 Mistura Convencional ..............................................................................46 4.3.2 Preparação das Misturas com a Incorporação do Resíduo Grosso de Caulim ..................................................................................................................47 4.3.3 Avaliação de Desempenho das Misturas ................................................48 As misturas foram avaliadas com base na sua composição volumétrica, no seu comportamento mecânico e na sua suscetibilidade à umidade.............................48

4.3.3.1 Preparação dos Corpos de Prova........................................................48 4.3.3.2 Composição Volumétrica .....................................................................49 4.3.3.3 Comportamento Mecânico...................................................................49 4.3.3.4 Suscetibilidade das Misturas à Umidade .............................................51

CAPÍTULO 5 .............................................................................................................53 5.1 RESULTADOS DA CARACTERIZAÇÃO DO RESÍDUO................................53

5.1.1 Resultados da Caracterização Física ......................................................53 5.1.2 Resultados da Caracterização Mineralógica ...........................................55 5.1.3 Resultados da Caracterização Térmica...................................................55 5.1.4 Resultados dos Ensaios Específicos para Utilização do Resíduo em Pavimentação ........................................................................................................57

5.1.4.1 Resultados da Adesividade da Fração Graúda e Miúda do Resíduo...57 5.1.4.2 Resultado do Índice de Forma da Fração Graúda do Resíduo............58 5.1.4.3 Resultado do Ensaio de Abrasão Los Angeles no Resíduo.................58 5.1.4.4 Resultado do Equivalente de Areia do Resíduo ..................................58

5.2 RESULTADOS DA CARACTERIZAÇÃO DOS AGREGADOS CONVENCIONAIS ....................................................................................................59

5.2.1 Agregado Graúdo....................................................................................59 5.2.2 Agregado Miúdo ......................................................................................61 5.2.3 Filler.........................................................................................................62

5.3 RESULTADOS DA CARACTERIZAÇÃO DO CIMENTO ASFÁLTICO DE PETRÓLEO...............................................................................................................62 5.4 RESULTADOS DA CARACTERIZAÇÃO DA MISTURA CONVENCIONAL...63

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5.5 RESULTADOS DA CARATERIZAÇÃO DAS MISTURAS CONTENDO RESÍDUO GROSSO ORIUNDO DO BENEFICIAMENTO DE CAULIM....................64

5.5.1 Resultados da Composição Volumétrica.................................................66 5.5.1.1 Resultado da Densidade Real da Mistura............................................66 5.5.1.2 Resultado da Densidade Aparente da Mistura.....................................66 5.5.1.3 Resultado do Volume de Vazios ..........................................................67 5.5.1.4 Resultado dos Vazios do Agregado Mineral ........................................69 5.5.1.5 Resultado da Relação Betume Vazios.................................................70

5.5.2 Resultados do Comportamento Mecânico...............................................72 5.5.2.1 Resultados da Estabilidade .................................................................72 5.5.2.2 Resultados da Resistência à Tração por Compressão Diametral........73

5.5.3 Resultados da Susceptibilidade das Misturas à Umidade .......................75 CAPÍTULO 6 .............................................................................................................77 6.1 CONCLUSÕES ..............................................................................................77

6.1.1 Resíduo ...................................................................................................77 6.1.2 Misturas Contendo Resíduo ....................................................................77

6.2 RECOMENDAÇÕES ......................................................................................78 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ..........................................................................79 ANEXO 1...................................................................................................................84

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LISTA DE FIGURAS

FIGURA 2.1 Mapa de localização do município de Equador................................. 6 FIGURA 2.2 Extração do caulim: (a) Equipamento utilizado para a descida de trabalhadores para as galerias; (b) Vista da galeria. (Sakamoto, 2003) ............... 7 FIGURA 2.3 Esquema dos processos realizados na indústria de beneficiamento de caulim em Equador .......................................................................................... 7 FIGURA 2.4 Beneficiamento do caulim: (a) Misturador utilizado na desagregação do caulim bruto; (b) Remoção do resíduo grosso ......................... 8 FIGURA 2.5 Peneiramento do Caulim: (a) Peneiramento; (b) Resíduo fino ......... 8 FIGURA 2.6 Tanques de decantação.................................................................... 9 FIGURA 2.7 Filtro Prensa...................................................................................... 9 FIGURA 2.8 Secagem das tortas: (a) Exposição das tortas ao sol; (b) Prateleiras utilizadas na exposição das tortas as correntes de ar e ao sol; (c) Forno à lenha......................................................................................................... 10 FIGURA 2.9 Aterro de resíduo grosso oriundo do beneficiamento de caulim: (a) Vista superior; (b) Vista frontal............................................................................... 10 FIGURA 3.1 Tipos de pavimento: (a) Rígido; (b) Semi-rígido; (c) Flexível ........... 16 FIGURA 3.2 Classificação dos revestimentos asfálticos. (DNIT,2006a)................ 16 FIGURA 3.3 Classificação dos agregados de acordo com sua composição mineralógica e afinidade ao CAP........................................................................... 20 FIGURA 3.4 Distribuição granulométrica dos limites da faixa C, especificada pelo DNIT, para concretos asfálticos e curva central de distribuição granulométrica obtida a partir das curvas limites................................................... 22 FIGURA 4.1 Amostra do resíduo grosso oriundo do beneficiamento de caulim.... 36 FIGURA 4.2 Ensaios de caracterização do resíduo oriundo do beneficiamento de caulim................................................................................................................ 37 FIGURA 4.3 Agitador de peneiras utilizado no ensaio de granulometria por peneiramento......................................................................................................... 38 FIGURA 4.4 Ensaio de densidade real: (a) Amostra no picnômetro; (b) Retirada de vazios da amostra; (c) Pesagem do picnômetro .............................................. 39 FIGURA 4.5 Etapas da mistura do agregado miúdo com o ligante para ensaio de adesividade: (a) Amostra de agregado; (b) Amostra de agregado e ligante; (c) Mistura final....................................................................................................... 41 FIGURA 4.6 Ensaio de adesividade: (a) Preparação da amostra; (b) Fervura da amostra.................................................................................................................. 42 FIGURA 4.7 Amostra dos agregados graúdos: (a) Brita 5/8”; (b) Brita ½”............. 44 FIGURA 4.8 Amostra dos agregados miúdos: (a) Areia; (b) Pó de pedra............. 44 FIGURA 4.9 Ensaios utilizados na caracterização dos agregados da mistura...... 45 FIGURA 4.10 Esquema de atividades realizadas na etapa de incorporação do resíduo no CA........................................................................................................ 46 FIGURA 4.11 Curva granulométrica da mistura convencional............................... 47 FIGURA 4.12 Porcentagem dos materiais utilizados nas misturas realizadas ..... 48

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FIGURA 4.13 Preparação do Corpo de Prova: (a) Aquecimento dos agregados; (b) Aquecimento do CAP; (c) Mistura de CAP e Agregados; (d) Colocação da mistura no molde; (e) Acomodação da mistura no molde para posterior compactação..........................................................................................................

49 FIGURA 4.14 Ensaio Marshall: (a) Prensa Marshall; (b) Molde de Compressão Marshall..................................................................................................................

50

FIGURA 4.15 Molde de tração por compressão diametral.................................... 51 FIGURA 5.1 Curva granulométrica do resíduo grosso por peneiramento............. 53 FIGURA 5.2 Curva granulométrica do resíduo grosso por difração a laser........... 54 FIGURA 5.3 Composição mineralógica do resíduo grosso.................................... 55 FIGURA 5.4 Análise térmica diferencial do resíduo grosso................................... 56 FIGURA 5.5 Análise termogravimétrica do resíduo grosso................................... 56 FIGURA 5.6 Amostra do resíduo após o ensaio de adesividade........................... 57 FIGURA 5.7 Curva granulométrica dos agregados graúdos por peneiramento......................................................................................................... 59 FIGURA 5.8 Amostra dos agregados graúdos após o ensaio de adesividade: (a) Brita ½”; (b) Brita 5/8.............................................................................................. 61 FIGURA 5.9 Curva granulométrica dos agregados miúdos por peneiramento......................................................................................................... 61 FIGURA 5.10 Curva granulométrica da mistura convencional............................... 63 FIGURA 5.11 Composição granulométrica das misturas....................................... 65 FIGURA 5.12 Variação da densidade aparente dos corpos de prova em função da porcentagem de resíduo da mistura.................................................................. 67 FIGURA 5.13 Variação do volume de vazios dos corpos de prova em função da porcentagem de resíduo da mistura....................................................................... 68 FIGURA 5.14 Variação dos vazios do agregado mineral dos corpos de prova em função da porcentagem de resíduo da mistura................................................ 70 FIGURA 5.15 Variação da relação betume vazios dos corpos de prova em função da porcentagem de resíduo da mistura...................................................... 71 FIGURA 5.16 Variação das estabilidades sem e com imersão em função da porcentagem de resíduo da mistura....................................................................... 73 FIGURA 5.17 Variação da resistência à tração por compressão diametral em função da porcentagem de resíduo da mistura...................................................... 74 FIGURA 5.18 Variação da relação de resistência à tração (RRT) em função da porcentagem de resíduo da mistura....................................................................... 75

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LISTA DE TABELAS

TABELA 3.1 Especificações do DNIT para composição granulométrica do concreto asfáltico.................................................................................................... 21

TABELA 3.2 Especificações do DNIT para o filler contido nas misturas asfálticas................................................................................................................. 24

TABELA 3.3 Composição volumétrica especificadas pelo DNIT para o Concreto Asfáltico.................................................................................................................. 27

TABELA 3.4 Mínimo de vazios do agregado mineral especificados pelo DNIT..... 27TABELA 3.5 Comportamento mecânico especificado pelo DNIT para o Concreto Asfáltico.................................................................................................. 31

TABELA 5.1 Parâmetros característicos da curva granulométrica do resíduo grosso.................................................................................................................... 54

TABELA 5.2 Porcentagem dos óxidos presentes no resíduo grosso.................... 55TABELA 5.3 Resultados do ensaio de Abrasão Los Angeles................................ 58TABELA 5.4 Resultados do ensaio de equivalente de areia.................................. 58TABELA 5.5 Parâmetros característicos da curva granulométrica do resíduo grosso.................................................................................................................... 60

TABELA 5.6 Resultados dos ensaios nos agregados graúdos.............................. 60TABELA 5.7 Resultados dos ensaios nos agregados miúdos............................... 62TABELA 5.8 Composição granulométrica do cimento Portland............................. 62TABELA 5.9 Caracterização do CAP 50/70. (LUBNOR)........................................ 63TABELA 5.10 Composição volumétrica e comportamento mecânico da mistura convencional........................................................................................................... 64

TABELA 5.11 Variação do filler da mistura, em função da porcentagem de resíduo adicionada................................................................................................. 65

TABELA 5.12 Densidade real das misturas avaliadas........................................... 66TABELA 5.13 Valores médios, máximos, mínimos e os desvios padrões da densidade aparente das misturas avaliadas.......................................................... 66

TABELA 5.14 Valores médios, máximos, mínimos e os desvios padrões do volume de vazios das misturas avaliadas.............................................................. 68

TABELA 5.15 Valores médios, máximos, mínimos e os desvios padrões dos vazios do agregado mineral das misturas avaliadas.............................................. 69

TABELA 5.16 Valores médios, máximos, mínimos e os desvios padrões da relação betume vazios das misturas avaliadas...................................................... 70

TABELA 5.17 Valores médios, máximos, mínimos e os desvios padrões da estabilidade sem imersão das misturas avaliadas................................................. 72

TABELA 5.18 Valores médios, máximos, mínimos e os desvios padrões da estabilidade com imersão das misturas avaliadas................................................. 72

TABELA 5.19 Valores médios, máximos, mínimos e os desvios padrões da resistência a tração por compressão diametral das misturas avaliadas................ 74

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LISTA DE EQUAÇÕES

Equação 3.1........................................................................................................... 26Equação 3.2........................................................................................................... 27Equação 3.3........................................................................................................... 28Equação 3.4........................................................................................................... 28Equação 3.5........................................................................................................... 29Equação 3.6........................................................................................................... 29Equação 3.7........................................................................................................... 29Equação 4.1........................................................................................................... 38Equação 4.2........................................................................................................... 38Equação 4.3........................................................................................................... 51Equação 4.4........................................................................................................... 52

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LISTA DE SIGLAS E ABREVIATURAS

%b – Percentagem de Betume na Amostra Total

%f – Percentagem de Filler na Amostra Total

% Mi – Porcentagem de cada Material Empregado na Mistura

σR – Resistência à Tração

AA – Absorção de Água

AASHTO – American Association of State Highway and Transportation Officials

ABNT – Associação Brasileira de Normas Técnicas

ADP – Asfalto Diluído de Petróleo

ASTM – American Standardization for Testing and Materials

C – Concentração Volumétrica

CAP – Cimento Asfáltico de Petróleo

CAULISE – Empresa Mineradora Caulim do Seridó LTDA

CBUQ – Concreto Betuminoso Usinado a Quente

CBR – Califórnia Bearing Ratio

Cc – Coeficiente de Curvatura

CPRM – Companhia de Pesquisa de Recursos Minerais

Cs – Concentração Crítica

CTGÁS – Centro de Tecnologias do Gás

Cu – Coeficiente de não Uniformidade

D – Diâmetro do Corpo de Prova

D10 – Diâmetro Efetivo

D30 – Diâmetro Equivalente à Porcentagem de 30% de Solo que Passa,

D60 – Diâmetro Equivalente à Porcentagem de 60% de Solo que Passa

Da – Densidade Aparente

Db – Massa Específica Real do Asfalto

De – Diâmetro Efetivo

DER – Departamento Estadual de Estradas

Df – Massa Específica Real do Filler

DMT – Densidade Máxima Teórica

DNIT – Departamento Nacional de Infra-estrutura de Transportes

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DNPM – Departamento Nacional de Produção Mineral

DrTGA – Derivada da Análise Termogravimétrica

DRX – Difração de Raios-X

DTA – Análise Térmica Diferencial

ES – Especificação de Serviço

F – Carga de Ruptura

FRX – Fluorescência de Raios-X

Gb – Densidade Real do Asfalto

Gi – Densidade Real da Massa dos Grãos

H – Altura do Corpo de Prova

hot – Umidade Ótima

IBGE – Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística

ICDD – Internacional Centre for Difraction Data

IF – Índice de Forma

ISC – Índice de Suporte Califórnia

LABEMAT – Laboratório de Ensaios de Materiais

LL – Limite de Liquidez

LP – Limite de Plasticidade

LUBNOR – Unidade de Refino de Lubrificantes e Derivados de Petróleo do Nordeste

ME – Método de Ensaio

NBR – Norma Brasileira

Pa – Peso do Corpo de Prova no Ar

Pe – Peso do Corpo de Prova Imerso em Água

RBV – Relação Betume Vazios

RN – Rio Grande do Norte

RRT – Relação de Resistência à Tração

SUDENE – Superintendência do Desenvolvimento do Nordeste

TGA – Análise Termogravimétrica

UFCG – Universidade Federal de Campina Grande

UFRN – Universidade Federal do Rio Grande do Norte

VAM – Vazios do Agregado Mineral

Vb – Volume de Vazios Preenchido com Asfalto

Vv – Volume de Vazios Total

Ys máx – Massa Específica Seca Máxima

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1

CAPÍTULO 1

INTRODUÇÃO

Segundo o Departamento Nacional de Produção Mineral – DNPM (2005), o

setor mineral tem grande importância para o Brasil, pois representa 4,2% do Produto

Interno Bruto do País. Além disso, é grande empregador de mão de obra,

consumidor de bens de capital, construtor de infra-estrutura, fornecedor de matéria-

prima ao parque industrial e gerador de divisas ao exportar sua produção.

Apesar de possuir impactos positivos relevantes, a mineração no Brasil gera

diversos problemas ambientais, como: poluição da água, ar e solo, devido aos

lançamentos de rejeitos em ambientes impróprios; poluição visual, devido a grande

quantidade de volume de rochas e solos movimentados, com conseqüente

modificação da paisagem; poluição sonora, causada pelos ruídos das máquinas de

beneficiamento e pelos caminhões no transporte dos minerais; redução da flora e

fauna; impactos sobre a saúde dos trabalhadores e população residente na área;

conflitos de uso do solo; depreciação de imóveis circunvizinhos; e por fim, quando

próximas de centros urbanos, transtornos ao tráfego.

Com a legislação vigente e a conscientização da população e empresas, tem

se buscado reduzir os impactos negativos gerados por essa atividade. Isso tem sido

feito através de um desenvolvimento sustentável, ou seja, através de uma

exploração planejada do solo, de modo a garantir as necessidades da população

presente, sem comprometer as da geração futura.

Para alcançar esse objetivo as empresas têm investido em pesquisas,

buscando: desenvolver técnicas mais eficientes de extração e beneficiamento, de

forma a reduzir o consumo de materiais e energia na etapa de beneficiamento;

intensificar a reciclagem de materiais; minimizar a geração de resíduos; proporcionar

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2

um tratamento e disposição adequados para o resíduo; e por fim, agregar valor ao

resíduo, reutilizando-o.

A principal atividade econômica do município de Equador-RN é a extração e o

beneficiamento do caulim. Porém essa atividade acarreta uma série de impactos

ambientais, sendo a principal delas a quantidade de resíduos gerados.

Cerca de 70% do caulim extraído é desperdiçado, por não ser aproveitado

pela indústria ou qualquer outro segmento. Os resíduos são simplesmente

amontoados em terrenos das empresas de beneficiamento, ocupando assim uma

grande área e causando impacto na flora existente. Quando secos, os resíduos

transformam-se em pó e pela ação do vento, se espalham, poluindo o ar.

Com o intuito de agregar valor a esses resíduos e reduzir os impactos

ambientais gerados, várias pesquisas estão sendo desenvolvidas. Os resíduos

gerados no beneficiamento de caulim têm mostrado desempenho satisfatório

quando utilizados na composição de argamassas de alvenaria, em tijolos e blocos

de cimento e concreto de cimento portland, e em pavimentação.

A incorporação dos resíduos oriundos do beneficiamento de caulim em

pavimentação possibilitará: uma redução dos recursos naturais utilizados nessa

atividade; uma nova alternativa de disposição final desses resíduos, antes não

removidos; uma agregação de valor ao mesmo, uma vez que substituirá parte dos

agregados convencionais utilizados na pavimentação; e uma redução dos problemas

ambientais.

1.1 OBJETIVOS DA PESQUISA 1.1.1 Objetivo Geral

Avaliar o comportamento volumétrico e mecânico, em laboratório, de misturas

asfálticas do tipo Concreto Asfáltico, empregando o resíduo grosso oriundo do

beneficiamento de caulim em substituição parcial de todos os agregados

empregados numa mistura convencional, a qual foi utilizada na pavimentação da

BR101/RN061 – trecho entre Ponta Negra e Arês.

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3

1.1.2 Objetivos Específicos

Caracterizar física, térmica e mineralogicamente o resíduo grosso gerado no

beneficiamento do caulim;

Caracterizar fisicamente os materiais convencionais empregados na mistura

asfáltica em estudo;

Estimar e avaliar o comportamento volumétrico e mecânico das misturas que

incorporaram o resíduo, tomando como parâmetro balizador o comportamento

obtido na mistura convencional;

Avaliar a suscetibilidade da mistura em presença de umidade.

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4

CAPÍTULO 2

RESÍDUO ORIUNDO DO BENEFICIAMENTO DE CAULIM

2.1 O CAULIM

O caulim é um material argiloso de cor branca, quando puro. É formado por

silicatos de alumínio hidratado, cuja composição química aproxima-se de

Al2O3.2SiO2.2H2O, sendo a caulinita e a haloisita seus minerais predominantes.

Também podem ocorrer os minerais do grupo caulinita: diquita, nacrita, folerita,

anauxita, colirita e tuesita.

Segundo Silva (2001), o caulim pode conter outros elementos na forma de

impurezas, os quais podem atingir de 40 a 50% em volume do material extraído.

Esses são constituídos, de modo geral, por areia, quartzo, palhetas de mica, grãos

de feldspato, óxidos de ferro, titânio e manganês.

2.1.1 Tipos de Caulim

Segundo Bristow (1987a, 1987b) apud Luz e Chaves (2000) os caulins são

produtos de alteração de silicatos de alumínio, principalmente dos feldspatos, e

podem ocorrer em dois tipos de depósito: primário ou residual (eluvial) e secundário.

O caulim primário é resultado da alteração de rochas in situ pela ação de

intemperismo, hidrotermal ou solfatara. Já o caulim secundário resulta da deposição

de materiais transportados por corrente de água doce.

O autor ainda ressalta que os caulins secundários apresentam teores mais

baixos de quartzo e mica, no entanto, ocorrem contaminados com óxidos de ferro e

minerais de titânio, que podem alterar a sua cor branca original. Além disso, seus

argilo-minerais possuem uma granulometria mais fina.

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5

2.1.2 Aplicações

Atualmente as principais aplicações do caulim são como material de

enchimento (filler) no preparo de papel; como agente de cobertura (coating) para

papel couché e na composição das pastas cerâmicas. Em menor escala, é usado na

fabricação de materiais refratários, plásticos, borrachas, tintas, adesivos, cimentos,

inseticidas, pesticidas, produtos alimentares e farmacêuticos, catalisadores,

absorventes, dentifrícios, clarificantes, fertilizantes, gesso, auxiliares de filtração,

cosméticos, produtos químicos, detergentes e abrasivos, além de cargas e

enchimentos para diversas finalidades.

2.1.3 Reservas e Produção

Segundo Silva (2001), as reservas mundiais de caulim são bastante

abundantes e de ampla distribuição geográfica. Porém, apenas quatro países detêm

cerca de 95,0% de um total estimado de aproximadamente 14,2 bilhões de

toneladas: Estados Unidos (53,0%), Brasil (28,0%), Ucrânia (7,0%) e Índia (7,0%).

No Brasil, os Estados do Amazonas, Pará e Amapá detêm a maior parte da

reserva nacional de caulim, participando, respectivamente, com 63,4%, 18,9% e

8,9%. O Nordeste possui uma pequena parcela desse total (0,51%).

Segundo o mesmo autor, em 2000, foram beneficiadas cerca de 1.735.000

toneladas de caulim no Brasil. A produção bruta, a qual foi destinada principalmente

às usinas de beneficiamento, atingiu 3,7 milhões de toneladas.

2.2 O CAULIM DO MUNICÍPIO DE EQUADOR-RN 2.2.1 O Município de Equador-RN

De acordo com a Superintendência do Desenvolvimento do Nordeste –

SUDENE (2000), o município de Equador (Figura 2.1) está localizado no estado do

Rio Grande do Norte (RN), na mesorregião Central Potiguar e na microrregião

Seridó Oriental, abrangendo uma área de 312 km2.

Segundo o censo de 2000 do Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística –

IBGE (2005), a população total residente é de 5.664 habitantes, dos quais 4.324

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6

vivem na área urbana (76,30%) e 1.340 na área rural (23,70%). A população atual

estimada é de 5.772 habitantes.

FIGURA 2.1 Mapa de localização do município de Equador.

De acordo com a Companhia de Pesquisa de Recursos Minerais – CPRM

(2005), esta região apresenta condições desfavoráveis à agricultura por possuir

baixa pluviometria, ter grande susceptibilidade à erosão e impedimentos de uso de

máquinas agrícolas, em decorrência do relevo ondulado e montanhoso,

pedregosidade, rochosidade e pequena profundidade do solo. Além desses fatores é

uma região de elevada quantidade de minérios, favorecendo assim a implantação de

atividades de extração e beneficiamento dos mesmos.

2.2.2 Extração e Beneficiamento do Caulim

O caulim encontrado na região de Equador-RN é primário do tipo

intemperizado, resultante da alteração de pegmatitos. Sua lavra é subterrânea e

realizada de forma artesanal (Figura 2.2). Em média as minas chegam a 20 m de

profundidade, mas há pontos de exploração, segundo Sakamoto (2003), em que os

mesmos atingem 70 m.

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7

(a) (b)

FIGURA 2.2 Extração do caulim: (a) Equipamento utilizado para a descida de

trabalhadores para as galerias; (b) Vista da galeria. (Sakamoto, 2003).

O beneficiamento do caulim é realizado a úmido e é constituído pelas etapas

apresentadas na Figura 2.3.

FIGURA 2.3 Esquema dos processos realizados na indústria de beneficiamento de

caulim em Equador-RN.

O beneficiamento inicia-se com a adição de água ao caulim bruto e a

desagregação do mesmo em um misturador (Figura 2.4 a). A seguir, a polpa é

transportada por gravidade para a etapa de peneiramento. Nesse transporte ocorre

o desareamento, no qual são sedimentados os materiais mais grosseiros,

constituídos por mica, quartzo, feldspato, entre outros. Esse material é removido

manualmente (figura 2.4 b), através de pás perfuradas, e depositados em terrenos

da empresa.

Trituração

Ensacamento

Comercialização

Pilha de estocagem do caulim bruto

Desagregaçãoatravés de misturadores

Desareamento

Peneiramento através de peneiras no 200 e 325

Estocagem em tanques de

decantação Filtragem em filtro prensa

Resíduo fino

Secagem das tortas ao ar livre

Calcinaçãoem fornos à

lenha

Água

Resíduo grosso

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8

(a) (b)

FIGURA 2.4 Beneficiamento do caulim: (a) Misturador utilizado na desagregação do

caulim bruto; (b) Remoção do resíduo grosso.

Na etapa de peneiramento (Figura 2.5 a) ocorre a classificação das partículas

da mistura. Essa etapa é formada por um conjunto de peneiras de malha número

200 (0,074 mm) e 325 (0,044 mm), que estão empilhadas em ordem crescente da

abertura da malha. Todo o material é passado na peneira No 200. Caso seja

necessário um melhor refinamento do minério, a polpa também deve ser submetida

à peneira de No 325. O material retido nas peneiras de Nº 200 (Figura 2.5 b) é

rejeitado e consiste no resíduo fino da cadeia produtiva do caulim.

(a) (b)

FIGURA 2.5 Peneiramento do caulim: (a) Peneiramento; (b) Resíduo fino.

O material que passa nas peneiras é transportado, por gravidade, através de

calhas para um sistema de tanques (Figura 2.6) onde se inicia a fase de decantação

e sedimentação. O primeiro tanque recebe a mistura e é preenchido completamente

com água destilada. Nele ocorre à separação da fração de maior granulometria

através da sedimentação. A fração mais fina, que se posiciona na região superficial,

passa por transbordamento para um segundo tanque, que apresenta um desnível de

Page 29: Cibele Gouveia Costa INCORPORAÇÃO DO RESÍDUO … · agregados empregados em uma mistura convencional de concreto asfáltico, ... 3.4 UTILIZAÇÃO DE RESÍDUOS COMO AGREGADOS ALTERNATIVOS

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altura em relação ao primeiro. O processo se repete, ocorrendo o transbordamento

para outros tanques, onde ficam depositadas as partículas de caulim.

FIGURA 2.6 Tanques de decantação.

A água superficial que não transborda é vazada para um outro tanque. Essa

água é reutilizada na fase inicial de dispersão do minério bruto.

O material sedimentado em cada tanque é escolhido, de acordo com a sua

utilização final, de onde segue, por bombeamento, para etapa de filtração.

Na etapa de filtração (Figura 2.7) retira-se a água do material proveniente dos

tanques. Este processo é realizado através do método da prensagem, em que a

mistura é recalcada para dentro de filtros prensa, obtendo-se assim uma torta com

cerca de 65% de sólidos.

FIGURA 2.7 Filtro prensa.

Para a perda da umidade (Figura 2.8), as tortas são expostas ao sol e às

correntes de ar, onde ficam parcialmente secas. Para completa secagem do

material, elas são dispostas em fornos à lenha.

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10

(a) (b) (c)

FIGURA 2.8 Secagem das tortas: (a) Exposição das tortas ao sol; (b) Prateleiras

utilizadas na exposição das tortas às correntes de ar e ao sol; (c) Forno à lenha.

Depois da calcinação são trituradas, ensacadas e destinadas à

comercialização.

2.2.3 Resíduo Gerado no Beneficiamento de Caulim

No beneficiamento do caulim são gerados dois tipos de resíduo: um grosso,

denominado localmente de “sarrabulho” e outro fino, denominado localmente de

“siri”.

Cerca de 70% do caulim extraído, no município de Equador, é desperdiçado,

por não ser aproveitado pela indústria ou qualquer outro segmento. Os resíduos são

depositados a céu aberto em terrenos das empresas de beneficiamento (Figura 2.9),

ocupando assim uma grande área. Quando secos, suas partículas finas são

espalhadas pela ação do vento, ocasionando poluição do ar.

(a) (b) FIGURA 2.9 Aterro de resíduo grosso oriundo do beneficiamento de caulim: (a) Vista

superior; (b) Vista frontal.

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11

2.3 UTILIZAÇÃO DO RESÍDUO ORIUNDO DO BENEFICIAMENTO DE CAULIM NA CONSTRUÇÃO CIVIL

Visando mitigar os impactos produzidos no beneficiamento de caulim, no que

se refere à quantidade de resíduo, as empresas responsáveis por essa atividade têm

investido em pesquisas que visam proporcionar a valorização e a redução dos

impactos ambientais provocados pelos mesmos.

Segundo Lima (2005), o resíduo de mineração de caulim na região da

Paraíba e Rio Grande do Norte não é tóxico, pois durante o beneficiamento não

ocorre adição química ao processo, restando um material formado por pedaços de

rocha decomposta e britada durante a extração do caulim. Sendo assim esses

rejeitos podem ser aplicados largamente na construção civil sem restrições

ambientais.

Várias pesquisas vêm sendo desenvolvidas nas regiões de mineração de

caulim da Paraíba e do Rio Grande do Norte, com vista ao emprego do resíduo em

argamassas, tijolos e blocos de concreto de cimento portland, tijolos cerâmicos e

pavimentação. A seguir, são apresentados alguns resultados referentes às três

primeiras aplicações. O uso em pavimentação é apresentado no item 3.5 do capítulo

3.

Adição do resíduo em argamassas

Pereira e Dantas (2005) utilizaram o resíduo fino na composição de

argamassa de assentamento interno. Realizou-se a caracterização do material,

conforme as normas da ABNT (Associação Brasileira de Normas Técnicas), e

ensaios de compressão axial, para avaliar o comportamento mecânico dos traços

com a incorporação do resíduo. Os resultados permitiram classificar o resíduo como

pouco plástico. O melhor traço obtido na pesquisa foi 1:2:8, de cimento, cal e

resíduo, o qual apresentou uma resistência de 2,5 MPa.

Rocha (2005) estudou a incorporação do resíduo fino do caulim nos traços de

argamassa a serem empregadas em atividades de construção civil. O resíduo foi

submetido a uma caracterização física e mineralógica. Foram realizados dois

estudos. No primeiro foram incorporados 5%, 10%, 15% e 20% do resíduo nas

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12

argamassas (chapisco, assentamento, emboço e reboco), em substituição a uma

parte da cal, mantendo as mesmas proporções de cimento e areia. E no segundo, a

areia foi completamente substituída pelo resíduo, mantendo a mesma proporção de

cal nos traços de argamassas de assentamento, emboço e reboco. Seu

comportamento mecânico foi determinado através da medida da resistência à

compressão simples e resistência à tração indireta. Os resultados obtidos mostraram

que os traços de argamassa contendo resíduo de caulim se encontram dentro das

normas da ABNT, efetivando assim a viabilidade da utilização desse resíduo. O

trabalho sugere inclusive que a proporção de resíduo, nos traços de argamassa

estudados no primeiro estudo, poderá ser aumentada.

Fabricação de tijolos e blocos de concreto de cimento portland

Lima e Dantas (2005) utilizaram os dois rejeitos (grosso e fino) na produção

de tijolos a serem utilizados na construção civil. Foram realizados ensaios de

caracterização do material, conforme as normas da ABNT, e de resistência à

compressão dos tijolos. O corpo de prova que alcançou o melhor resultado de

resistência aliado à economia, foi confeccionado com o traço composto por cimento,

cal, resíduo fino e resíduo grosso, na proporção de 1:1:3:7, respectivamente. O

mesmo obteve a resistência à compressão de 4,58 MPa, aos 07 (sete) dias de teste,

possuindo então uma resistência superior à exigida pela ABNT para tijolos de

vedação.

Lima (2005) estudou a potencialidade do resíduo de caulim para uso em

blocos de concreto simples sem função estrutural. Fez-se a caracterização física e

mineralógica do resíduo. Nos ensaios tecnológicos foram utilizados os traços

convencionais 1:2:2, 1:3:3 e 1:4:4 (cimento, areia e brita 0), com a incorporação de

resíduo de caulim nas proporções de 15% e 20%, em substituição a parte da areia.

As propriedades físico-mecânicas foram determinadas através da resistência à

compressão simples e absorção de água. Para os blocos moldados com o traço

1:2:2, contendo o resíduo de caulim, foi obtido uma menor resistência à compressão

simples e uma maior absorção de água se comparados aos blocos convencionais de

mesmo traço. Já os blocos moldados com os traços 1:3:3 e 1:4:4, contendo o

resíduo de caulim, apresentaram melhores resultados de resistência à compressão

simples, apesar de também possuírem uma maior absorção de água, se

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13

comparados aos convencionais de mesmo traço. Os valores de resistência e

absorção obtidos em todos os blocos moldados com o resíduo de caulim estão em

conformidade com as normas da ABNT.

Fabricação de tijolos cerâmicos

Varela et al. (2005) estudaram a incorporação do resíduo do caulim e de

descartes de tijolos, oriundos da construção civil, na fabricação de tijolos cerâmicos.

Foi realizada uma caracterização mineralógica dos resíduos. As massas estudadas

eram compostas somente pelos dois resíduos e foram sintetizadas em diferentes

temperaturas. Foram realizados ensaios de absorção de água (AA), porosidade

aparente, retração linear após queima, densidade aparente e resistência mecânica

para determinação das propriedades tecnológicas dos tijolos. Os resultados obtidos

mostraram que é possível gerar produtos com boas propriedades físicas e

mecânicas a partir de resíduos de tijolos e de resíduos provenientes do

beneficiamento de caulim. O resíduo de caulim se mostrou como uma matéria-prima

mais indicada para a obtenção de revestimentos de base clara e melhores

propriedades físicas e mecânicas, uma vez que, nas massas que possuíam acima

de 50% do resíduo do caulim, foram obtidos valores de resistência mecânica

referentes a revestimentos cerâmicos do tipo Semi-Grês e Grês-Porcelanato,

atingindo valores entre 65 MPa e 75 MPa, e AA na faixa de 3,5% até 4,5%, quando

sintetizadas a 1250 oC.

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14

CAPÍTULO 3

UTILIZAÇÃO DE RESÍDUOS EM PAVIMENTAÇÃO

3.1 PAVIMENTAÇÃO

O pavimento é uma estrutura em camadas, que recebe, em sua superfície,

solicitações do tráfego de veículos, através das rodas pneumáticas, e se apóia

diretamente sobre o subleito. Essa estrutura deve ser econômica e:

resistir e distribuir, convenientemente, ao subleito os esforços verticais oriundos

do tráfego;

resistir aos esforços horizontais (desgaste), tornando mais durável a superfície de

rolamento;

resistir às ações de intemperismo;

melhorar as condições de rolamento dos veículos quanto ao conforto, segurança

e aderência.

As camadas que constituem o pavimento são compostas de materiais

granulares (solo, pedregulho, cascalho, pedra britada etc.) podendo ser acrescidos

de um material estabilizante (cal, cimento, betumes etc.) para melhorar as

propriedades físicas do material granular.

Os pavimentos mais simples são constituídos por base e revestimento. Mas

podem ainda constituir-se de outras camadas adicionais como regularização e

reforço do subleito e a sub-base, conforme a sua necessidade. Essas camadas, a

partir do subleito, vão ficando técnica e economicamente mais nobres à medida que

elas se aproximam do revestimento.

No dimensionamento das camadas do pavimento leva-se em consideração: a

sua vida útil; a disponibilidade de recursos para a construção; as características do

tráfego que irá circular sobre o mesmo, uma vez construído; a disponibilidade de

materiais para sua construção, bem como suas características; e as características

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15

da fundação do pavimento (subleito, no caso de pavimento novo, ou estrutura

existente, no caso de reforço de pavimento).

O pavimento geralmente possui uma vida útil curta, em torno de 10 a 20 anos.

Por esse motivo a compreensão dos processos de deterioração e destruição do

pavimento é de vital importância. Segundo Higgins (1987) apud Amaral (2000),

alguns dos fatores que afetam a qualidade e a durabilidade dos pavimentos são: a

má qualidade dos agregados e do material asfáltico; graduação inadequada; mau

dimensionamento e execução; volume de tráfego e carga dos veículos pesados;

variações térmicas diárias; temperaturas baixas; gelo e degelo; temperaturas altas;

oxidação do asfalto e água.

3.1.1 Classificação dos Pavimentos

Os pavimentos podem ser classificados em função do seu comportamento

como: rígido, flexível e semi-rígido.

Os pavimentos rígidos (Figura 3.1 a) são constituídos principalmente por

concreto de cimento Portland. Eles apresentam deformações elásticas pequenas,

trabalham à tração e seu dimensionamento é comandado pela resistência do próprio

pavimento.

Os pavimentos semi-rígidos (Figura 3.1 b) são caracterizados por possuir uma

base cimentada quimicamente. Por exemplo, uma camada de solo cimento revestida

por uma camada asfáltica.

Os pavimentos flexíveis (Figura 3.1 c) são constituídos de revestimento

asfáltico delgado sobre camadas puramente granulares. Suas camadas sofrem uma

deformação elástica significativa a cada passagem de veículos e, portanto, a carga

se distribui em parcelas compatíveis com a deformabilidade das camadas, sendo

maior no subleito.

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16

(a) (b) (c)

FIGURA 3.1 Tipos de pavimento: (a) Rígido; (b) Semi-rígido; (c) Flexível.

3.1.2 Revestimento Asfáltico

O revestimento é a camada que receberá diretamente os esforços normais,

tangenciais e de sucção aplicados pelas rodas dos veículos. Consiste de uma

mistura de agregados minerais e materiais asfálticos destinada a resistir os esforços

devido ao tráfego, promover comodidade e resistência ao deslizamento da superfície

de rolagem e impermeabilizar e proteger todo o pavimento e subleito dos efeitos

prejudiciais da água.

Segundo o Departamento Nacional de Infra-estrutura de Transporte – DNIT,

os revestimentos asfálticos podem ser agrupados de acordo com o esquema

apresentado na Figura 3.2.

⎪⎪⎪⎪

⎪⎪⎪⎪

⎪⎪⎪

⎪⎪⎪

⎧⎩⎨⎧

asphalt"-sheet"asfáltico concreto

betume areiadensa tipo graduação de misturado-préaberta tipo graduação de misturado-pré

usina em mistura Por

asfáltico Macadameasfálticos issuperficia Tratamento

penetração Por

AsfálticotoRevestimen

FIGURA 3.2 Classificação dos revestimentos asfálticos. (DNIT, 2006a).

Os revestimentos por penetração consistem em aplicações alternadas de

ligante asfáltico e agregados minerais, em operações simples ou múltiplas. São

classificados como direto ou invertido, em função da forma de penetração do ligante

asfáltico.

Revestimento Asfáltico

Base Cimentada

Subleito

Sub-base granular h3

h2

h1

Subleito

Revestimento Asfáltico

Base granular

Sub-base granular

Reforço do Subleito

h3

h2

h1

h4

Placa de Concreto

Subleito

Sub-base granular

h1

h2

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17

Os tratamentos superficiais podem ser ainda classificados como simples,

duplo ou triplo, em função da quantidade de aplicações de agregado/ligante. O

número de aplicações dependerá da utilização dada a esse revestimento.

O macadame asfáltico é um revestimento por penetração direta contendo

duas aplicações de agregado/ligante. Ele diferencia-se do tratamento superficial na

faixa granulométrica utilizada (mais grossa) a qual proporciona uma maior espessura

à camada.

Nos revestimentos asfálticos por mistura, o agregado é pré-envolvido com o

material asfáltico, antes da compressão. Dependendo da temperatura de

espalhamento da mistura na pista podem ser classificados em pré-misturado a frio

ou a quente. Nas misturas a frio os ligantes asfálticos utilizados são emulsões

asfálticas ou os asfaltos diluídos de petróleo (ADP). Já nas misturas a quente,

aplica-se o cimento asfáltico de petróleo (CAP). Esse tipo de revestimento pode ser

ainda classificado conforme a graduação dos agregados com que são executados

em: de graduação aberta ou densa.

Segundo DNIT (2006a), o revestimento areia-betume é um pré-misturado

formado por agregados com diâmetros menores que 2,0 mm. O sheet-asphalt é

semelhante ao areia betume, no que se refere a granulometria, mas obedece a

exigências rigorosas em sua dosagem e construção.

O Concreto Asfáltico é um pré-misturado à quente de graduação densa, em

que são feitas rigorosas exigências no que se diz respeito a equipamentos de

construção e índices tecnológicos – como granulometria, teor de betume,

estabilidade, vazios entre outros.

Os revestimentos mais utilizados no RN, segundo o Departamento de

Estradas do Estado (DER/RN), são: o Tratamento Superficial Simples, no

acostamento, e o Tratamento Superficial Duplo e o Concreto Asfáltico, na superfície

de rolamento.

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18

3.2 CONCRETO ASFÁTICO

Segundo DNIT (2006b), o Concreto Asfáltico (CA) é o mais nobre dos

revestimentos flexíveis. Consiste em uma mistura asfáltica à quente executada em

usina apropriada, com características específicas, compostas de agregado

graduado, material de enchimento (filler) e cimento asfáltico, espalhada e

compactada à quente.

Conforme a posição relativa e a função na estrutura, o concreto asfáltico deve

atender a características especiais em sua formulação, recebendo geralmente as

seguintes designações (Pinto e Preussler, 2002):

Camada de rolamento ou capa asfáltica – Camada superior da estrutura

responsável em receber diretamente a ação do tráfego. A mistura empregada

deve apresentar estabilidade e flexibilidade compatíveis com o funcionamento

elástico da estrutura e condições de rugosidade que proporcionem segurança ao

tráfego, mesmo sob condições climáticas e geométricas adversas;

Camada de ligação ou binder – Camada posicionada imediatamente abaixo da

capa. Essa camada apresenta uma maior porcentagem de vazios e menor

relação betume-vazios, se comparada à capa asfáltica. Além disso, possui

agregados de maior diâmetro máximo.

Camada de nivelamento ou regularização – Serviço executado com massa

asfáltica de graduação fina, com a função de corrigir deformações ocorrentes na

superfície de um antigo revestimento e, simultaneamente, promover selagem de

fissuras existentes.

3.2.1 Cimento Asfáltico de Petróleo (CAP)

Segundo Mourão (2003), o CAP é um material termoplástico adequado para

aplicação em trabalhos de pavimentação, pois, além de suas propriedades

aglutinantes e impermeabilizantes, possui características de flexibilidade,

durabilidade e alta resistência à ação da maioria dos ácidos, sais e álcalis.

No Brasil, os cimentos asfálticos são classificados pelo ensaio de penetração

(25ºC) em 4 (quatro) tipos diferentes: 30/45; 50/70; 85/100; e 150/200, segundo o

EM-095/2006 do DNIT.

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19

Tanto o tipo quanto a quantidade de ligante influenciam nos parâmetros

volumétricos e mecânicos da mistura asfáltica.

De acordo com Coelho (1992), as propriedades plásticas de um concreto

asfáltico são fortemente influenciadas pelo comportamento do CAP, diante das

variações de temperatura e das ações do tráfego. Sendo assim, ligantes mais

viscosos, ou de menor penetração, tendem a produzir misturas mais rígidas (ou

menos plásticas), com maior estabilidade e menor fluência e são mais adequadas a

regiões de clima mais quente e de tráfego elevado.

O CAP 50/70 é convencionalmente utilizado para revestimentos de Concreto

Asfáltico no Nordeste. Porém, estudos realizados por Soares et al. (1999), em uma

pista experimental no Ceará, indicam a possibilidade de uso do CAP 30/45 nessas

regiões. Foram comparadas pistas experimentais que empregaram CAP 30/45 e

CAP 50/70. Os resultados indicaram que a pista contendo o CAP mais consistente

apresentou inicialmente deflexões ligeiramente inferiores, mas com o passar do

tempo apresentou o mesmo patamar da pista contendo o CAP menos consistente.

Além disso, analisou-se a densidade aparente, a resistência à tração estática e o

módulo de resiliência à compressão diametral da mistura utilizada em cada pista.

Verificou-se uma diferença estatística no caso de resistência à tração estática, sendo

mais resistente a mistura com o CAP 30/45. Esta diferença não se repetiu quando se

considera o módulo de resiliência ou a densidade aparente das misturas.

Segundo o Road Research Laboratory (1962) apud Coelho (1992), o bom

desempenho mecânico e a durabilidade de uma mistura asfáltica depende da

dosagem certa da quantidade de ligante. O excesso de ligante pode acarretar uma

superlubrificação das partículas granulares, reduzindo drasticamente seu atrito

interno e produzindo misturas com tendência à instabilidade e baixa resistência à

deformação. Por outro lado, as misturas com ligante insuficiente, podem expor a

camada asfáltica aos riscos de desagregação granular com diminuição da sua

estabilidade, durabilidade e flexibilidade.

Para concretos asfálticos, com função de camada de rolamento, o DNIT

especifica a utilização de 4,5 a 9,0% de CAP, com uma tolerância de ± 0,3%.

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20

3.2.2 Materiais Granulares

A quantidade de agregado mineral em misturas asfálticas de pavimentação é

geralmente de 90 a 95% em peso ou 75 a 85% em volume. Eles devem conferir

resistência mecânica e flexibilidade à camada de rolamento. Para isso, é necessário

que se tenha um concreto asfáltico com um esqueleto mineral estável e eficaz na

transmissão dos esforços, uma boa resistência mecânica e aderência ao ligante

asfáltico.

Coelho (1992) relata, em seu artigo, que os materiais granulares exercem

grande influência nos parâmetros volumétricos e mecânicos do Concreto Asfáltico.

Para isso, deve-se levar em consideração: a composição mineralógica, a forma

(geometria), a textura superficial, a porosidade e a granulometria dos agregados,

bem como a proporção dos diversos materiais granulares na composição da mistura.

A composição mineralógica da rocha matriz, que dá origem aos materiais

granulares, influencia principalmente o desempenho de misturas asfálticas no que se

refere à adesão e aos danos por umidade. Furlan et al. (2004) relata que os

agregados podem ser classificados em ácidos e básicos (Figura 3.3), de acordo com

a quantidade de sílica (SiO2) presente. O aumento do teor de sílica num agregado

aumenta a sua afinidade com a água. Os agregados básicos, como basalto, devido

a menor concentração de sílica em suas composições, tendem a desenvolver

melhores ligações com o asfalto.

( )

( )⎪⎪⎪⎪⎪

⎪⎪⎪⎪⎪

⎪⎪⎩

⎪⎪⎨

⎪⎪⎩

⎪⎪⎨

QuartzoArenitoGnaisseGranito

CalcárioGabroDiabásioBasalto

CAP ao afinidade má Ácidos

CAP ao afinidade boa Básicos

Agregado

FIGURA 3.3 Classificação dos agregados de acordo com sua composição

mineralógica e afinidade ao CAP.

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Os agregados de forma cúbica e angulosa e de textura rugosa ou áspera

proporcionam um aumento do ângulo de atrito interno entre os grãos e uma melhor

ligação asfalto-agregado, elevando assim a estabilidade da mistura.

O agregado deve possuir um certo grau de porosidade, a qual deve

proporcionar uma melhor adesão entre o agregado e o ligante. Porém se o agregado

for muito poroso absorverá grandes quantidades de asfalto, diminuindo assim a

espessura do ligante que o envolve. Essa diminuição torna a mistura frágil e mais

suscetível às ações do clima, da água e do tráfego.

Segundo Bonet (2002), a granulometria é responsável pela distribuição

interna dos grãos, de maneira que acontece um contato mais íntimo entre as

partículas de grãos maiores e as partículas de grãos menores. A função das

partículas de grãos menores é preencher os vazios deixados pelos grãos maiores.

Falhas na curva granulométrica (ausência de determinados tamanhos de partículas)

podem gerar misturas com qualidade não-satisfatória.

Segundo o DNIT (2006b), o concreto asfáltico deve satisfazer aos requisitos

de granulometria e percentuais de ligante apresentados na Tabela 3.1.

TABELA 3.1 Especificações do DNIT para composição granulométrica do concreto

asfáltico.

PENEIRA DE MALHA QUADRADA % EM MASSA, PASSANDO

Série (ASTM)

Abertura (mm) A B C Tolerâncias

2” 50,8 100 - - - 1 ½” 38,1 95 – 100 100 - ± 7% 1” 25,4 75 – 100 95 – 100 - ± 7% ¾” 19,1 80 – 90 80 – 100 100 ± 7% ½” 12,7 - - 80 – 100 ± 7% 3/8” 9,5 35 – 65 45 – 80 70 – 90 ± 7% No 4 4,8 25 – 50 28 – 60 44 – 72 ± 5%

No 10 2,0 20 – 40 20 – 45 22 – 50 ± 5% No 40 0,42 10 – 30 10 – 32 8 – 26 ± 5% No 80 0,18 5 – 20 8 – 20 4 – 16 ± 3% No 200 0,075 1 – 8 3 – 8 2 – 10 ± 2% Asfalto solúvel no

CS2(+) (%) 4,0 – 7,0 Camada de

ligação (binder)

4,5 – 7,5 Cam. de ligação

e rolamento

4,5 – 9,0 Camada de rolamento

± 0,3%

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No Rio Grande do Norte geralmente utiliza-se a faixa C (Figura 3.4) do DNIT

para composição de desse tipo de mistura asfáltica.

0,0%

10,0%

20,0%

30,0%

40,0%

50,0%

60,0%

70,0%

80,0%

90,0%

100,0%

0,01 0,10 1,00 10,00 100,00

Diâmetro dos Grãos (mm)

Porc

enta

gem

que

pas

sa

Máximo

Mínimo

Tendência Central da faixa C

FIGURA 3.4 Distribuição granulométrica dos limites da faixa C, especificada pelo

DNIT, para concretos asfálticos e curva central de distribuição granulométrica obtida

a partir das curvas limites.

Soares et al. (2000) estudaram a variação das propriedades mecânicas de

misturas em função da variação das faixas granulométricas de Concreto Betuminoso

Usinado a Quente – CBUQ, considerando três tipo de CAP. Os resultados

mostraram que para os CAP 30/45 e 50/60, a mistura na Faixa A do DNIT obteve

maior vida de fadiga do que a mistura na Faixa B, e esta maior do que a mistura na

Faixa C, indicando que quanto mais grossa a faixa granulométrica, maior a vida de

fadiga da mistura.

3.2.2.1 Agregados Graúdos

Segundo o DNIT (2006a), é o material retido na peneira No 10 (2,0 mm),

podendo ser: pedra britada, escória ou seixo rolado, preferencialmente britado.

Segundo a norma ES 031/2006 do DNIT, esse material deve se constituir de

fragmentos sãos, duráveis, livres de argilas e substâncias nocivas. Deve apresentar

características de boa adesividade, desgaste Los Angeles igual ou inferior a 50%,

índice de forma superior a 0,5 e quando submetido ao ensaio de durabilidade, com

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sulfato de sódio, apresentar perda inferior a 12%, em 05 (cinco) ciclos. Essa norma

ainda limita o diâmetro máximo desses agregados em 2/3 da espessura da camada

de rolamento acabada.

Brown et al. (1986) apud Barra (2005) citam um trabalho apresentado em um

simpósio da American Standardization for Testing and Materials (ASTM), o qual

indica as vantagens de se utilizar agregados graúdos em misturas asfálticas. Os

resultados de testes mostraram que tanto a estabilidade quanto a resistência à

tração diminuem com o aumento do teor de vazios do agregado mineral (VAM), o

que é atribuído, geralmente, aos agregados de menores dimensões. Citam ainda

benefícios de se utilizar agregados de maiores dimensões, como: melhora da

resistência à derrapagem e a obtenção de baixos teores ótimos de ligante para as

misturas asfálticas.

Coelho (1992) cita pesquisas realizadas pelo Road Research Laboratory nas

quais foram estudadas misturas betuminosas com porcentagens crescentes de

agregado graúdo, em relação aos materiais granulares da mistura. Os resultados

mostram que quando a porcentagem de agregados graúdos é da ordem de 40% a

50%, as partículas do mesmo começam a se tocar, formando um tipo de estrutura

mecânica, cuja estabilidade Marshall e resistência às deformações permanentes

tendem a crescer até um limite máximo, representado pela porcentagem de 60% de

agregado graúdo. Ao mesmo tempo, a porcentagem ótima de ligante betuminoso, na

mistura, tende a diminuir.

3.2.2.2 Agregados Miúdos

Segundo o DNIT (2006a), é o material que passa na peneira No 10 (2,0 mm) e

fica retido na peneira No 200 (0,075 mm), podendo ser: areia, pó-de-pedra ou

mistura de ambos.

Segundo a norma ES 031/2006 do DNIT, as partículas individuais desse

material devem ser resistentes, apresentar moderada angulosidade, estando livres

de torrões de argila e substâncias nocivas. Deve apresentar equivalente de areia

igual ou superior a 55%.

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O agregado miúdo possui a função de preencher os vazios deixados pela

estrutura formada pelos agregados graúdos. A areia e o pó de pedra são os

agregados miúdos mais utilizados nos Concretos Asfálticos produzidos no Rio

Grande do Norte.

Segundo Barra (2005), a aplicação de areia em arranjos estruturais das

misturas asfálticas é bastante difundida no Brasil. Isso se deve à abundância de

jazidas com grande potencial de exploração em grande parte do País

(principalmente nas regiões Nordeste e Norte) e ao preço mais acessível em relação

aos outros finos.

Porém as areias são formadas por grãos arredondados e envolvidos por

silicatos (SiO4) que quando misturados aos demais componentes das misturas

asfálticas comprometem a estabilidade do arranjo dos grãos, por gerarem um ângulo

de atrito deficiente entre as partículas, aumentando assim a possibilidade de

aparecimento de deformações permanentes.

O pó de pedra possui uma angulosidade mais favorável e um bom

intertravamento das partículas nas misturas asfálticas, mas podem apresentar

minerais que prejudiquem a qualidade e durabilidade das misturas asfálticas.

3.2.2.3 Material de Enchimento (filler)

Segundo a norma EM 367/97 do DNIT, o filler é um material mineral inerte em

relação aos demais componentes da mistura, finamente dividido, passando pelo

menos 65% na peneira de 0,075 mm de abertura de malha quadrada. Ele deve ser

homogêneo, seco e livre de grumos provenientes de agregações das partículas

finas. A Tabela 3.2 apresenta as especificações do DNIT quanto a granulometria

desse material.

TABELA 3.2 Especificações do DNIT para o filler contido nas misturas asfálticas.

PENEIRA % MÍNIMA PASSANDO No 40 100 No 80 95

No 200 65

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O filler pode ser constituído de partículas minerais provenientes dos

agregados graúdos e/ou miúdos empregados na mistura asfáltica (filler natural), ou

de outras fontes (filler artificial) como é o caso, por exemplo, do pó calcário, cal

hidratada, cimento Portland, entre outros.

O filler é incorporado à mistura asfáltica para melhorar seu desempenho

reológico, mecânico, térmico e de sensibilidade à água. Isso ocorre devido às

mudanças, que o mesmo proporciona, nas propriedades químicas e físicas do

ligante. Essas mudanças dependem, segundo Kavussi e Hicks (1997) apud

Cavalcante e Soares (2001), do tipo de filler (graduação, forma dos grãos, etc.), da

natureza do mesmo (sua atividade físico-química que afeta a afinidade com o

asfalto) e de sua concentração na mistura.

Quanto à granulometria, o filler exerce duas funções na mistura: preencher os

vazios entre os agregados graúdos e miúdos, ajudando a formar o esqueleto mineral

(filler agregado); e, aumentar a viscosidade do ligante e, portanto, sua resistência à

deformação (filler ativo).

Segundo Motta e Leite (2000) apud Mourão (2003), o filler agregado é

formado por partículas de diâmetro maior que 40μm, as quais tendem a preencher

os vazios do esqueleto mineral, aumentando a densidade – conseqüentemente

decrescendo o índice de vazios – e a resistência da mistura quando compactada e

alterando o teor ótimo de ligante. Já o filler ativo, o qual é formado por partículas de

diâmetro menor que 20 μm, atuará muito mais no próprio ligante, incorporando-se ao

cimento asfáltico formando assim o mastique. Esse tipo de filler proporciona um

aumento na viscosidade e no ponto de amolecimento do CAP, uma redução na

suscetibilidade térmica do mesmo e um aumento na rigidez da mistura.

Quanto à concentração do filler na mistura, Motta e Leite (2000) apud Mourão

(2003) citam que à medida que a porcentagem de material que passa na peneira N°

200 aumenta, reduzem-se os vazios no esqueleto mineral e incrementa-se a

resistência aos esforços de cisalhamento (estabilidade), o módulo de rigidez e a

resistência à tração das misturas asfálticas. Mas o uso excessivo de filler pode

prejudicar a estabilidade do esqueleto mineral, diminuindo os contatos entre os

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agregados, tornando o material asfáltico muito duro, levando-o a misturas rígidas,

frágeis e quebradiças.

Um mastique bem dosado é, segundo Ruiz (1943) apud Barra (2005), aquele

em que todas as partículas do filler estão em suspensão no cimento asfáltico,

portanto não se tocam, formando assim um mastique homogêneo. Sendo assim, ele

propõe o cálculo da concentração volumétrica (C) (Equação 3.1) para a dosagem de

uma mistura asfáltica.

1%%

1

+=

DbDf

fb

C (Equação 3.1)

onde: C = concentração volumétrica; %b = percentagem de betume na amostra total; %f = percentagem de filler na amostra total; Df = massa específica real do filler; e, Db = massa específica real do asfalto.

Existe uma concentração limite (concentração crítica – Cs) para quantidade de

filler em uma mistura asfáltica, a partir da qual a mesma proporcionará

características indesejáveis à mistura. Ruiz (1943) apud Barra (2005) recomenda

utilizar concentrações de filler 10% a 20% menor que a concentração crítica.

Segundo Mourão (2003), o uso da cal hidratada como filler possui um efeito

mais significativo, em comparação com o cimento ou com o pó de pedra. Isso

porque a cal hidratada tem em geral 80% de partículas de tamanho menor ou igual a

20μm; por outro lado, o cimento tem uma distribuição muito mais contínua, com

diâmetro médio de aproximadamente 60μm, o pó de pedra, por sua vez, possui

graduação mais grossa com grande proporção de partículas maiores que 40μm.

3.2.3 Composição Volumétrica

A composição volumétrica entre o ligante asfáltico e os agregados é

considerada um parâmetro importante para avaliar o comportamento das misturas

asfálticas, pois influencia a estabilidade e a durabilidade do pavimento.

O DNIT (2006b) específica a composição volumétrica apresentadas na Tabela

3.3 para o Concreto Asfáltico.

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TABELA 3.3 Composição volumétrica especificada pelo DNIT para o Concreto

Asfáltico.

CARACTERÍSTICAS CAMADA DE ROLAMENTO Porcentagem de vazios, % 3 a 5 Relação betume vazios, % 75 a 82

Ainda, segundo o DNIT, as misturas devem atender aos mínimos de vazios do

agregado mineral, dados pela Tabela 3.4.

TABELA 3.4 Mínimo de vazios do agregado mineral especificados pelo DNIT.

VAM – VAZIOS DO AGREGADO MINERAL Tamanho Nominal Máximo do agregado

Peneira Abertura (mm) VAM mínimo

% 1 ½” 38,1 13 1” 25,4 14 ¾” 19,1 15 ½” 12,7 16 3/8” 9,5 18

O tamanho nominal máximo do agregado corresponde à abertura da peneira

situada logo após o diâmetro correspondente a 10% da mistura retida.

Densidades da mistura asfáltica

Densidade aparente (Da)

É a relação entre o peso seco e o peso submerso do corpo de prova

(Equação 3.2). Através dos valores de densidade aparente obtidos em laboratório,

pode-se controlar o processo de compactação da mistura na pista fazendo a

comparação dos mesmos com os valores de densidade aparente obtidos na pista.

Além disso, pode-se relacionar as energias de compactação utilizadas em

laboratório, com o processo de execução das camadas betuminosas nas pistas.

ea

aa PP

PD−

= (Equação 3.2)

onde: Da = densidade aparente da mistura; Pa = peso do corpo de prova no ar, g; Pe = peso do corpo de prova imerso em água, g.

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Densidade máxima teórica (DMT)

A densidade máxima teórica representa a densidade real de mistura sem

vazios. Ela é calculada através da ponderação das densidades reais dos materiais

constituintes da mistura, como mostra a Equação 3.3.

n

n

b GM

GM

GM

Gb

DMT%...%%%

100

2

2

1

1 ++++= (Equação 3.3)

onde: DMT = densidade máxima teórica; %b = a porcentagem de asfalto empregado na mistura, %; %Mi = a porcentagem de cada material empregado na mistura, %; Gb = a densidade real do asfalto empregado na mistura; Gi = a densidade real da massa dos grãos de cada material empregado na mistura.

3.2.3.1 Volume de Vazios (Vv)

O volume de vazios total de uma mistura é a porcentagem de vazios não

preenchidos com ligante betuminoso. Ou seja, é o volume dos espaços vazios do

corpo de prova expresso, percentualmente, em relação ao volume aparente do

mesmo, como mostra a Equação 3.4.

100×−

=DMT

DDMTV a

v (Equação 3.4)

onde: Vv = volume de vazios da mistura, %; DMT = a densidade máxima teórica da mistura; Da = a densidade aparente do corpo de prova.

De acordo com o Highway Research Board (1955) apud Coelho (1992), o

valor mínimo de Vv deve ser tal que permita um pequeno aumento da densificação

da camada por ação do tráfego e que, por sua vez, permita uma pequena expansão

térmica dos agregados devido às elevações de temperatura das camadas, de modo

a evitar a exudação do ligante para a superfície das mesmas. O valor máximo é

fixado para garantir uma densidade suficiente, em conjunto com as outras

propriedades requeridas, tais como, estabilidade e resistência à tração. Além disso,

garante a durabilidade da mistura, através da limitação da permeabilidade da

mesma.

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29

3.2.3.2 Vazios do Agregado Mineral (VAM)

É o volume de vazios entre as partículas dos agregados minerais da mistura

compactada, que incluem os vazios de ar e os vazios preenchidos pelo betume,

expresso em porcentagem do volume total da mistura, como indicado nas Equações

3.5 e 3.6, abaixo.

bv VVVAM += (Equação 3.5)

b

ab G

bDV

%⋅= (Equação 3.6)

onde: VAM = o volume de vazios do agregado mineral, %; Vv = o volume de vazios da mistura, %; Vb = o volume de vazios preenchidos com asfalto, %; Da = a densidade aparente do corpo de prova; %b é a porcentagem de asfalto empregado na mistura, %; Gb é a densidade real do asfalto empregado na mistura.

3.2.3.3 Relação Betume Vazios (RBV)

É a porcentagem de vazios preenchidos com ligante betuminoso, ou seja, é o

volume ocupado pelo material betuminoso da mistura, expresso, percentualmente,

em relação ao volume de vazios dos agregados minerais. A Equação 3.7 apresenta

esta relação.

VAMVRBV b⋅

=100 (Equação 3.7)

onde: RBV = relação betume vazios, %; Vb = o volume de vazios preenchidos com asfalto, %; VAM = o volume de vazios do agregado mineral, %.

A RBV garante o nível ótimo de vazios intergranulares cheios com betume,

onde a resistência é obtida pela imobilização do grão sem o efeito de lubrificação do

betume.

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30

3.2.4 Comportamento Mecânico

As principais propriedades mecânicas exigidas numa mistura asfáltica,

segundo o Highway Research Board (1955) apud Coelho (1992), são:

trabalhabilidade;

durabilidade;

estabilidade;

flexibilidade;

resistência por aderência superficial.

De acordo com Coelho (1992), a estabilidade de um concreto asfáltico é uma

propriedade mecânica que mede a capacidade que a mistura tem de suportar os

carregamentos oriundos do tráfego sem sofrer deformações plásticas (permanentes

e irreversíveis). Ela está associada à resistência do material ao deslocamento

(mudança de forma geométrica sem modificação de volume) a qual pode ser medida

através da sua resistência às tensões de cisalhamento.

Os principais fatores a influir na estabilidade das camadas betuminosas são:

granulometria dos agregados;

a forma (geométrica) e a textura superficial das partículas dos agregados;

o tamanho máximo das partículas de agregados graúdos;

a relação entre as quantidades de ligante e de agregados;

a consistência do ligante;

a porcentagem do filler presente na mistura;

o grau de compactação da mistura.

Além desses fatores, ressalta-se que a boa adesividade nas interfaces de

camadas adjacentes e boa durabilidade dos agregados são fundamentais para uma

boa estabilidade mecânica dessas camadas.

O DNIT (2006b) específica o comportamento mecânico apresentado na

Tabela 3.5 para o concreto asfáltico.

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31

TABELA 3.5 Comportamento mecânico especificado pelo DNIT para o Concreto

Asfáltico.

CARACTERÍSTICAS CAMADA DE ROLAMENTO Estabilidade mínima (75 golpes), kgf 500

Resistência à Tração por Compressão Diametral estática a 25ºC, mínima, MPa 0,65

3.2.4.1 Estabilidade Marshall

A estabilidade Marshall trata-se da máxima carga de compressão diametral,

suportada pelos corpos de prova.

Segundo Coelho (1992), a estabilidade Marshall mede principalmente a

coesão e a viscosidade do ligante asfáltico e, de certa forma, constitui-se também

numa medida da estabilidade mecânica dos agregados. No entanto, os parâmetros

medidos nesse ensaio têm uma correlação muito limitada com as deformações que

ocorrem em escala real, pois, na pista, o material trabalha sob confinamento e a

amostra ensaiada é comprimida sem confinamento.

3.2.4.2 Resistência à Tração por Compressão Diametral Estática

No ensaio de tração por compressão diametral estática, a carga é aplicada

por compressão diametral em corpos de prova cilíndricos do tipo Marshall, induzindo

um estado de compressão na direção vertical e de tração na horizontal.

As misturas asfálticas devem possuir resistência à tração adequada para

evitar rupturas precoces.

Para os materiais ensaiados na pesquisa de Soares et al. (2000), observou-se

que as misturas com CAP mais consistentes apresentam maior resistência à tração

estática, para a mesma faixa granulométrica.

3.3 SUSCETIBILIDADE DAS MISTURAS ASFÁLTICAS À UMIDADE

A influência da umidade nas misturas asfálticas está associada a dois

mecanismos que se inter-relacionam: a perda de adesão e a perda de coesão. A

perda de adesão deve-se à existência de água entre o asfalto e o agregado,

causando o deslocamento do filme de asfalto. Já a perda de coesão se dá devido ao

Page 52: Cibele Gouveia Costa INCORPORAÇÃO DO RESÍDUO … · agregados empregados em uma mistura convencional de concreto asfáltico, ... 3.4 UTILIZAÇÃO DE RESÍDUOS COMO AGREGADOS ALTERNATIVOS

32

enfraquecimento do asfalto na presença de água, que diminui a resistência da união

asfalto/agregado, causando uma redução severa na resistência e integridade da

mistura.

Segundo Furlan et al. (2004), a suscetibilidade de misturas asfálticas à

umidade é um problema complexo, que depende de fatores ambientais, práticas

construtivas e características das misturas asfálticas. Os principais fatores que

aceleram o aparecimento dos danos causados pela umidade são: o clima e o

tráfego. Os fatores construtivos que influenciam a sensibilidade da mistura à

umidade são: a qualidade da compactação e as condições do tempo durante o

processo de construção do pavimento. Dentre as características das misturas

asfálticas destacam-se a natureza do agregado e do asfalto, e o tipo da mistura.

De acordo com os mesmos autores, as propriedades dos agregados são as

principais responsáveis pela resistência adesiva entre o asfalto e o agregado. Dentre

as principais características dos agregados que influenciam o fenômeno de

adesividade pode-se citar a composição mineralógica, a porosidade, a absorção, a

forma, a textura e a angularidade.

Para avaliar a suscetibilidade das misturas asfálticas à umidade são

empregados, normalmente, dois ensaios em laboratório: o de adesividade dos

agregados envolvidos na mistura – através dos métodos de ensaio ME 078/94 e ME

079/94 especificados pelo DNIT – e a resistência ao dano por umidade induzida nas

misturas asfálticas (AASHTO T283-02, 1994)

Os ensaios de adesividade dos agregados consistem em avaliar visualmente

o desligamento da película de asfalto sobre o agregado após o mesmo ser

submetido à água destilada fervente e/ou a soluções molares de carbonato de sódio

ferventes. E o ensaio modificado da resistência ao dano por umidade induzida nas

misturas asfálticas consiste em determinar a capacidade da mistura asfáltica em

manter sua resistência à tração após a ação deletéria da água em ciclos de

saturação, congelamento e aquecimento.

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33

3.4 UTILIZAÇÃO DE RESÍDUOS COMO AGREGADOS ALTERNATIVOS PARA O CONCRETO ASFÁLTICO

Souza et al. (2006) analisaram o resíduo proveniente da serragem de rochas

graníticas como material de enchimento em concretos asfálticos usinados a quente.

As misturas contendo o resíduo como filler foram comparadas com misturas

contendo filler convencional (cimento Portland e cal). Essa comparação se deu

através da análise das características volumétricas e mecânicas das misturas,

obtidas através do Ensaio Marshall. Os resultados encontrados indicam que a

utilização do resíduo, proveniente da serragem de rochas graníticas, como filler nas

misturas asfálticas em substituição aos produtos convencionais na proporção de 6%

de material, satisfaz os métodos de misturas asfálticas, preconizados pelo DNIT,

para um teor de 5,5% de cimento asfáltico.

Guimarães et al. (2004) avaliaram a aplicação de resíduos sólidos da

construção civil como agregado em mistura asfáltica do tipo Concreto Betuminoso

Usinado a Quente – CBUQ. Foram realizados ensaios em laboratório baseados no

Método Marshall em duas misturas, contendo diferentes tipos de entulhos como

agregados. Na primeira, o entulho era composto por concreto, argamassa e material

cerâmico; e na segunda, somente por concreto. Os resultados mostraram que

quando o agregado da mistura era formado por entulho contendo diferentes tipos de

materiais, a mistura não apresentou resultados satisfatórios. No entanto, ao utilizar

como agregado o entulho proveniente apenas de concreto, os resultados

demonstraram a viabilidade técnica desse material.

Silva Jr et al. (2004) avaliaram o potencial do uso de rejeito ferruginoso da

bauxita refratária calcinada, como agregado graúdo, na produção de misturas

asfálticas em pavimentação. Para avaliação das propriedades mecânicas da mistura

asfáltica contendo o rejeito foram realizados ensaios de resistência à tração, módulo

de resiliência, Cântabro e uma avaliação da sua suscetibilidade à umidade. Apesar

da mistura estudada apresentar um elevado teor de vazios, a mesma obteve

resultados satisfatórios quando submetidas aos ensaios mecânicos. Sendo assim

viável a utilização desse rejeito como agregado em misturas asfálticas.

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34

Aldigueri et al. (2004) avaliaram o potencial de uso de um solo contaminado

com petróleo como material componente de uma mistura asfáltica do tipo CBUQ

para pavimentos rodoviários de baixo volume de tráfego. Foram estudadas misturas

contendo diferentes teores de resíduo, em massa: 10%, 20%, 30% e 40%. As

características mecânicas das misturas foram avaliadas através dos ensaios de

carga repetida e resistência à tração estática. Somente a mistura com 30% de solo

contaminado com petróleo e 4,5% de ligante satisfez às especificações volumétricas

da norma do DNIT. Com relação à influência do teor de resíduo nas propriedades

mecânicas das misturas estudadas, verificou-se que as misturas asfálticas

apresentaram valores, de módulo de resiliência e resistência à tração, compatíveis

com a literatura, com exceção das misturas que continham 40% de resíduo.

Pinheiro et al. (2003) analisaram alguns parâmetros mecânicos de misturas

asfálticas com incorporação de borracha de pneu, usando o processo seco. Nesse

processo foram substituídos 2,5% de agregado por borracha de granulometria fina

(partículas com diâmetros entre 0,42 mm e 0,075 mm) e analisado o tempo de

digestão de 1h. Os resultados apontam à importância do tempo de digestão no

processo seco e mostram que as misturas com borracha possuem valores menores

de resistência à tração e módulo de resiliência e uma maior vida de fadiga para

baixos níveis de tensão, quando comparados a uma mistura convencional.

3.5 UTILIZAÇÃO DE RESÍDUOS ORIUNDOS DO BENEFICIAMENTO DE CAULIM EM PAVIMENTAÇÃO

Guimarães (2005) estudou a possibilidade de utilização do resíduo

proveniente do beneficiamento do caulim como aglomerante, em processo de

estabilização química, nos solos utilizados em camadas de estradas vicinais,

analisando a sua influência na resistência à compressão simples do solo

estabilizado. Inicialmente, fez-se a caracterização física e química do resíduo. Em

seguida, foram confeccionados corpos de prova com as seguintes porcentagens de

resíduo: 5%, 10%, 15% e 20%, em substituição à parte do solo. Esses corpos de

prova foram submetidos aos ensaios de compactação, no qual se determinou a

umidade ótima (hot) e a massa específica aparente seca máxima (ysmáx), e de

California Bearing Ratio (CBR), no qual se determinou a expansão do solo e o Índice

de Suporte Califórnia (ISC). Os resultados obtidos no ensaio de compactação

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35

mostraram que o acréscimo do resíduo na mistura proporcionou uma diminuição da

ysmáx e um aumento da hot no solo estabilizado, resultando assim na diminuição da

resistência do solo à compactação. No ensaio de CBR, os resultados demonstraram

que o incremento de resíduo ao solo proporciona o aumento da expansão da

amostra, ainda garantindo a sua utilização como subleito (expansão < 3%). Além

disso, também provoca uma diminuição do ISC. No entanto, essa diminuição não

interfere de maneira grosseira na atuação do solo, uma vez que o valor do ISC do

solo é pequeno para proporcionar sua utilização como base para pavimentos (ISC>

60%). Sendo assim justificou-se a utilização do resíduo de caulim em estabilização

de solo de estrada, uma vez que, esse reaproveitamento reduziria os impactos

ambientais provocados pelo lançamento inadequados dos resíduos ao meio

ambiente.

Souza Neto et al. (2004) estudaram a possibilidade de utilizar o resíduo, com

origem no processamento de caulim, como filler nos concretos asfálticos, em

substituição aos materiais convencionais como cal e cimento portland. Foram

realizados ensaios para caracterização física e química do resíduo. Para verificação

da conveniência do uso desse resíduo como filler em misturas asfálticas foram

realizados ensaios de Viscosidade Saybolt-Furol e de Penetração no mastique.

Foram analisados mastiques com diferentes tipos (cal, cimento Portland e resíduo) e

porcentagens (0%, 2,5%, 5,0%, 7,5%, 10%, 15%, 20%, 30% e 40%) de filler. Os

resultados obtidos mostram que o acréscimo da quantidade de filler ao CAP provoca

um aumento na viscosidade do mesmo com conseqüente diminuição no valor de

penetração. Sendo assim, o incremento de filler causa um aumento nas

propriedades de rigidez do CAP, melhorando a estabilidade no Concreto Asfáltico. O

resíduo do caulim teve um comportamento, quando associado ao CAP, menos

atuante que a cal e mais atuante que o cimento Portland. Portanto, o filler resíduo

apresentou uma interação com o CAP razoável, melhorando a sua estabilidade sem

torná-lo excessivamente rígido. Os resultados obtidos indicaram que a utilização do

resíduo do caulim em revestimentos asfálticos é uma alternativa viável.

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36

CAPÍTULO 4

MATERIAIS E MÉTODOS

Neste capítulo serão descritos os materiais utilizados, bem como os

procedimentos adotados para avaliar a possibilidade de aplicação do resíduo grosso

oriundo do beneficiamento do caulim em misturas asfálticas do tipo Concreto

Asfáltico.

Esta fase experimental foi desenvolvida em três etapas. A primeira refere-se à

caracterização do resíduo; a segunda, à caracterização dos agregados

convencionais e material asfáltico; e a terceira, ao estudo das misturas com a

incorporação do resíduo no Concreto Asfáltico.

4.1 CARACTERIZAÇÃO DO RESÍDUO

A Empresa Mineradora Caulim do Seridó LTDA – CAULISE – foi a

fornecedora do resíduo grosso oriundo do beneficiamento do caulim (Figura 4.1).

FIGURA 4.1 Amostra do resíduo grosso oriundo do beneficiamento de caulim.

Foram avaliadas as características físicas, térmicas e mineralógicas do

resíduo grosso com o intuito de classificá-lo e avaliar sua aplicação como agregado

(miúdo e graúdo). A Figura 4.2 apresenta um esquema dos ensaios que foram

realizados.

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37

FIGURA 4.2 Ensaios de caracterização do resíduo oriundo do beneficiamento de

caulim.

4.1.1 Caracterização Física

Os ensaios de caracterização física foram realizados no Laboratório de Solos

da Universidade Federal do Rio Grande do Norte – UFRN, com exceção do ensaio

de granulometria por difração a laser, o qual foi realizado no Laboratório de Materiais

da Universidade Federal de Campina Grande – UFCG.

4.1.1.1 Análise Granulométrica

O ensaio granulométrico permite o conhecimento das porcentagens das

partículas constituintes em função de suas dimensões. A curva de distribuição

granulométrica de um solo, freqüentemente, é representada por três parâmetros.

São eles o diâmetro efetivo (De ou D10), o coeficiente de não uniformidade (Cu) e o

coeficiente de curvatura (Cc).

O diâmetro efetivo é o diâmetro correspondente a 10%, em massa total, de

todas as partículas menores que ele. O coeficiente de não uniformidade dá uma

idéia da amplitude dos tamanhos dos grãos e é obtido através da Equação 4.1.

Solos uniformes possuem Cu menor ou igual a 4 (quatro). O coeficiente de curvatura

detecta o formato da curva granulométrica e permite identificar eventuais

Caracterização

Física

Térmica

Mineralógica

Análise granulométrica Por peneiramento Por difração a laser

Densidade Real

Limites de Atterberg

Difração de raios-X (DRX) Fluorescência de raios-X (FRX)

Análise térmica diferencial (DTA) Análise térmica gravimétrica (TGA)

Limite de liquidez (LL) Limite de plasticidade (LP)

Ensaios específicos para utilização em pavimentação

Adesividade Índice de Forma Abrasão Los Angeles Equivalente de Areia

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38

descontinuidades ou concentração muito elevada de grãos mais grossos no

conjunto. Esse coeficiente é obtido através da Equação 4.2. Para solos bem

graduados o valor de Cc está compreendido entre 1 (um) e 3 (três). Quando o Cc é

menor que 1 (um), a curva tende a ser descontínua, ou seja, faltam grãos de

determinado diâmetro. Quando Cc é maior que 3 (três), a curva tende a ser muito

uniforme na parte central.

10

60

DDCu = (Equação 4.1)

6010

230

DDDCc ×

= (Equação 4.2)

onde: Cu = coeficiente de não uniformidade; Cc = coeficiente de curvatura; D10 = diâmetro equivalente à porcentagem de 10% de solo que passa, retirado da curva granulométrica; D30 = diâmetro equivalente à porcentagem de 30% de solo que passa, retirado da curva granulométrica; D60 = diâmetro equivalente à porcentagem de 60% de solo que passa, retirado da curva granulométrica;

O ensaio de peneiramento (Figura 4.3) foi realizado com base no método do

DNIT (ME 080/94). Para o ensaio de difração a laser utilizou-se um Granulômetro à

Laser modelo 1064, Cilas. O material ensaiado possuía diâmetro inferior a 0,15 mm.

A dispersão da amostra foi realizada em água.

FIGURA 4.3 Agitador de peneiras utilizado no ensaio de granulometria por

peneiramento.

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39

4.1.1.2 Densidade Real

A massa específica dos sólidos é a massa por unidade de volume apenas da

parte sólida, excluindo-se todos os vazios. A densidade real é a relação entre a

massa específica dos sólidos e a massa específica da água (1 g/cm3).

Esse ensaio (Figura 4.4) foi realizado com base no método do DNIT (ME

093/94).

(a) (b) (c)

FIGURA 4.4 Ensaio de densidade real: (a) Amostra no picnômetro; (b) Retirada de

vazios da amostra; (c) Pesagem do picnômetro.

4.1.1.3 Limites de Atterberg

Os limites de Atterberg são limites de consistência, que determinam as

propriedades plásticas dos solos. Esses limites avaliam a afinidade das partículas

finas do solo com a água, dependendo assim do argilo-mineral existente no mesmo.

O limite de liquidez é a transição entre o estado líquido e o estado plástico. Já o

limite de plasticidade é a transição entre o estado plástico e o estado semi-sólido.

Esses ensaios foram realizados com base nos métodos ME 122/94 e ME 082/94 do

DNIT.

4.1.2 Caracterização Mineralógica

Os ensaios de caracterização mineralógica foram realizados no Laboratório

de Ensaios de Materiais (LABEMAT) do Centro de Tecnologias do Gás – CTGÁS,

em Natal-RN.

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40

4.1.2.1 Difração de Raios-X

A difração de raios-X foi realizada com o intuito de determinar a composição

mineralógica do resíduo. O equipamento utilizado nessa análise foi um XRD-6000 da

Shimadzu com tubo de Cu (l=1,54056A). A tensão utilizada foi de 40kV e a corrente

de 30mA, com varredura de 2º a 80º para 2q, com velocidade de 2º/min e passo de

0,02º/passo.

A avaliação das fases foi realizada através da comparação entre os picos

gerados no difratograma com cartas padrões do programa de computador JCPDF,

cadastradas no ICDD (Internacional Centre for Difraction Data).

4.1.2.2 Fluorescência de Raios-X

A análise de fluorescência de raios-X determina os óxidos presentes no

resíduo. Para isso, utilizou-se o equipamento EDX 700 da Shimadzu.

4.1.3 Caracterização Térmica

Os ensaios de caracterização térmica foram realizados no LABEMAT do

CTGÁS. Foram realizadas análises térmica diferencial e gravimétrica.

A análise térmica diferencial foi realizada através do Analisador

Termodiferencial DTA-50H da Shimadzu. Na análise térmica gravimétrica foi

utilizado o Analisador Termogravimétrico TGA-51H da Shimadzu. A taxa de

aquecimento foi de 10ºC/min com temperaturas variando entre 27ºC e 1200ºC,

aproximadamente. Na análise dos resultados utilizou-se o programa de computador

denominado TA-60, para análises térmicas da Shimadzu.

4.1.3.1 Análise Térmica Diferencial

Este ensaio consiste em aquecer simultaneamente uma amostra e uma

substância termicamente inerte. São medidas continuamente as diferenças de

temperaturas entre a amostra e o material inerte. Essas diferenças de temperatura

refletem as reações na amostra provocada pelo aquecimento. As transformações

endotérmicas e exotérmicas são apresentadas como deflexões em sentidos opostos

na curva termodiferencial.

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41

4.1.3.2 Análise Térmica Gravimétrica

Este ensaio consiste em aquecer uma amostra a velocidade constante. São

realizadas periodicamente medidas de peso na amostra, permitindo assim o registro

das variações de massa em função da temperatura de queima. Essas mudanças de

peso são devido à perda de água ou CO2 ou ganho de oxigênio.

4.1.4 Ensaios Específicos para Utilização do Resíduo em Pavimentação 4.1.4.1 Adesividade

A adesividade de agregado ao material asfáltico é a propriedade que o

agregado tem de ser aderido por esse material. É avaliada pelo não deslocamento

da película asfáltica que recobre o agregado, quando a mistura agregado-ligante é

submetida à água destilada fervente e à soluções molares de carbonato de sódio

ferventes (agregado miúdo), ou quando a mesma é submetida, a 40 oC, à ação de

água destilada, durante 72 horas (agregado graúdo).

Os ensaios de adesividade foram realizados no Laboratório de Solos da

UFRN, com base nos métodos do DNIT. A adesividade da fração graúda do resíduo

foi analisada com base no ME 078/94 e a fração miúda no método ME 079/94

(Figuras 4.5 e 4.6).

(a) (b) (c)

FIGURA 4.5 Etapas da mistura do agregado miúdo com o ligante para ensaio de

adesividade: (a) Amostra de agregado; (b) Amostra de agregado e ligante; (c)

Mistura final.

No ensaio de adesividade da fração miúda do resíduo, a separação da

amostra foi realizada com as peneiras de abertura de 0,212 mm e 0,60 mm. Esta

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adaptação foi necessária devido à ausência de peneiras com abertura de 0,21 mm e

0,59 mm, exigidas pelo método.

(a) (b)

FIGURA 4.6 Ensaio de adesividade: (a) Preparação da amostra; (b) Fervura da

amostra.

4.1.4.2 Índice de Forma

A forma externa dos agregados é de grande importância na definição de suas

propriedades e comportamento sob a ação do tráfego. O ensaio de índice de forma

determina, através de um número, a medida da relação entre o comprimento e a

espessura dos grãos do agregado. Os agregados com grãos de forma cúbica terão

índice próximo de 1,0 (um), enquanto que os grãos lamelares apresentarão valores

bem mais altos, sendo aceitável o limite de 3,0 (três).

O ensaio de índice de forma foi realizado no Laboratório de Solos da UFRN

com base no método NBR 7809 da ABNT.

4.1.4.3 Abrasão Los Angeles

O ensaio de Abrasão Los Angeles é atualmente, no Brasil, o mais utilizado

para determinar a resistência dos agregados. Através da associação da abrasão

com impacto, ele tenta simular a reação dos agregados quando submetidos à ação

dos rolos compressores, na construção, e do tráfego, na operação. Caso o agregado

apresente uma degeneração considerável da granulometria sob estas ações, o

resultado poderá ser a ruína do pavimento. Segundo Dias (2004), mesmo que o

agregado atenda à especificação do limite de abrasão Los Angeles, não se pode

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43

garantir que ele não estará sujeito a alterações granulométricas. Os fatores que

podem influenciar os resultados da abrasão são: as características mineralógicas,

porosidade, formato dos grãos, entre outros.

Esse ensaio foi realizado no Laboratório de Materiais de Construção da UFRN

com base no método do DNIT (ME 035/98). O ensaio foi realizado em duas faixas de

granulometria (Faixa C e D).

4.1.4.4 Equivalente de Areia

O ensaio de equivalente de areia determina a pureza do solo em relação à

porcentagem de argila que ele contém, ou seja, define, em bases volumétricas, as

proporções de materiais argilosos e arenosos que ocorrem em um solo. Não são

desejáveis grandes porcentagens de argila nos solos destinados à pavimentação,

em função das mesmas serem materiais plásticos, muito compressíveis e se

contraírem ao perder umidade.

Esse ensaio foi realizado no Laboratório de Solos da UFRN com base no

método ME 054/97, do DNIT.

Em misturas asfálticas, esse ensaio é utilizado na avaliação de agregados

miúdos. Neste trabalho, os ensaios foram realizados em duas etapas. Na primeira,

determinou-se o equivalente de areia do resíduo em sua totalidade. Na segunda, o

resíduo foi submetido ao peneiramento na peneira No 200 (0,074 mm), tendo-se

ensaiado o material retido. Para a primeira situação foram realizados 06 (seis)

ensaios e para segunda 03 (três).

4.2 CARACTERIZAÇÃO DOS AGREGADOS CONVENCIONAIS E MATERIAL ASFÁLTICO

Os agregados convencionais empregados na mistura foram:

Agregados Graúdos: Brita 5/8” e Brita ½”;

Agregados Miúdos: Areia e Pó de Pedra;

Filler: Cimento Portland.

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44

Os agregados graúdos (Figura 4.7) e miúdos (Figura 4.8) foram procedentes

da Pedreira Potiguar, localizada a 18 km da cidade de Natal/RN. Estes materiais

estavam sendo utilizados numa mistura de concreto asfáltico empregada na

pavimentação da BR101/RN061 – trecho entre Ponta Negra e Arês.

(a) (b)

FIGURA 4.7 Amostra dos agregados graúdos: (a) Brita 5/8”; (b) Brita ½”.

(a) (b)

FIGURA 4.8 Amostra dos agregados miúdos: (a) Areia; (b) Pó de pedra.

O Cimento Asfáltico de Petróleo (CAP) utilizado foi o 50/70, produzido pela

Lubrificantes e Derivados de Petróleo do Nordeste (LUBNOR/Petrobras).

4.2.1 Caracterização dos Agregados Graúdos e Miúdos

Os ensaios dos agregados graúdos e miúdos (Figura 4.9) foram realizados

com base nos métodos do DNIT, com exceção do índice de forma, que foi com base

no método da ABNT.

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45

FIGURA 4.9 Ensaios utilizados na caracterização dos agregados da mistura.

O ensaio de abrasão Los Angeles foi realizado na faixa de granulometria C

para a brita 5/8” e a brita ½”.

No ensaio de adesividade dos agregados miúdos, a separação da amostra foi

realizada com as peneiras de abertura de 0,212 mm e 0,60 mm. Esta adaptação foi

necessária devido à ausência de peneiras com abertura de 0,21 mm e 0,59 mm,

exigidas pelo método.

Para cada agregado miúdo foram realizados 3 (três) ensaios de Equivalente

de Areia.

4.2.2 Caracterização do Filler

O filler utilizado na mistura foi o Cimento Portland CPII Z-32. Sua massa

especifica era 2,766 g/cm3. Foi realizada a análise granulométrica com base no

método ME 080/94 do DNIT. O material estava seco e isento de grumos.

4.2.3 Caracterização do Material Asfáltico

O CAP utilizado foi do tipo 50/70, com massa específica de 1,027 g/cm3. Os

ensaios de caracterização e as especificações do mesmo foram fornecidos pela

LUBNOR.

4.3 INCORPORAÇÃO DO RESÍDUO NO CONCRETO ASFÁLTICO

A Figura 4.10 apresenta a seqüência de atividades desenvolvidas para a

incorporação do resíduo no concreto asfáltico.

Caracterização dos agregados

Miúdo

Graúdo

Análise granulométrica – ME 080/94 Massa Específica – ME 195/97 Adesividade – ME 078/94 Abrasão Los Angeles – ME 035/98 Índice de Forma – NBR 7809/83

Análise granulométrica – ME 080/94 Massa Específica – ME 194/98 Adesividade – ME 079/94 Equivalente de Areia – ME 054/97

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46

FIGURA 4.10 Esquema de atividades realizadas na etapa de incorporação do

resíduo no CA.

De posse da mistura convencional de Concreto Asfáltico, fornecida pelo

DNIT/RN, fez-se a incorporação gradativa do resíduo em substituição a parte dos

agregados convencionais, de forma a obter curvas granulométricas similares à da

mistura convencional.

O desempenho das misturas contendo resíduo foi avaliado a partir das

seguintes comparações: (a) entre a composição volumétrica, o comportamento

mecânico e a suscetibilidade à umidade das misturas contendo resíduo com as da

mistura convencional; (b) entre a composição volumétrica e o comportamento

mecânico das misturas contendo resíduo com as especificações exigidas pelo DNIT

(ES 031/06); (c) entre a suscetibilidade à umidade das misturas contendo resíduos

com a considerada aceitável por Furlan et al (2004).

4.3.1 Mistura Convencional

A dosagem da mistura convencional (Figura 4.11 – Mistura 1), bem como os

materiais empregados na mesma, foram fornecidos pelo DNIT/RN. Essa mistura

utilizou 5,5% de CAP e foi dosada para atender às especificações da faixa C do

DNIT para Concretos Asfálticos.

Mistura Convencional

Preparação das Misturas com a incorporação do resíduo grosso de caulim

Avaliação do desempenho das misturas

Composição volumétrica

Comportamento Mecânico

Suscetibilidade das misturas à umidade

Densidade Aparente

Porcentagem de vazios do agregado

mineral

Relação de Betume Vazios

Volume de Vazios

Estabilidade Marshall

Resistência à Tração por Compressão Diametral

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47

A mistura convencional serviu de base para confecção dos traços utilizados

nas misturas contendo resíduo e como instrumento de comparação do desempenho

das mesmas.

4.3.2 Preparação das Misturas com a Incorporação do Resíduo Grosso de Caulim

Nessas misturas foram utilizados os agregados da mistura convencional, com

o aumento gradativo de 5% do resíduo por mistura. O resíduo foi adicionado em

substituição à parte dos agregados convencionais, de forma a obter curvas

granulométricas (Anexo 1) similares à da mistura convencional (Figura 4.11).

0,0%

10,0%

20,0%

30,0%

40,0%

50,0%

60,0%

70,0%

80,0%

90,0%

100,0%

0,01 0,10 1,00 10,00 100,00

Diâmetro dos Grãos (mm)

Porc

enta

gem

que

pas

sa

Mistura Convencional

Máximo

Mínimo

FIGURA 4.11 Curva granulométrica da mistura convencional.

Foram realizadas oito misturas contendo resíduo, a partir da convencional. A

porcentagem de material utilizado em cada mistura está indicada na Figura 4.12. A

porcentagem de CAP utilizada nas misturas contendo resíduo foi a mesma da

mistura convencional – 5,5%.

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48

10 10 10 10 10 10 8 8 10

45 44 42 40 38 3635 32 28

30 3026

2422

2020

1815

1410

1110

98

66

6

11

11

11

11

1

510

1520

2530

3540

0%

10%

20%

30%

40%

50%

60%

70%

80%

90%

100%

1 2 3 4 5 6 7 8 9

Mistura

Porc

enta

gem

de

mat

eria

l

Brita 5/8" Brita 1/2" Areia Pó de pedra Cimento Resíduo

FIGURA 4.12 Porcentagem dos materiais utilizados nas misturas realizadas.

4.3.3 Avaliação de Desempenho das Misturas

As misturas foram avaliadas com base na sua composição volumétrica, no

seu comportamento mecânico e na sua suscetibilidade à umidade.

4.3.3.1 Preparação dos Corpos de Prova

Foram realizadas as seguintes etapas, na preparação dos corpos de prova

(Figura 4.13):

os agregados foram secos em estufa a 110 oC e depois pesados e separados em

sacos por corpo de prova;

os agregados e o CAP foram aquecidos separadamente, depois misturados até

que o agregado esteja completamente coberto pelo asfalto;

a mistura quente foi colocada no molde e acomodada no mesmo através de 15

(quinze) golpes de espátula no interior e ao redor do molde e 10 (dez) no centro

da massa;

compactação manual dos corpos de prova com a aplicação de 75 (setenta e

cinco) golpes em cada face;

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49

os corpos de prova foram deixados em repouso por um período mínimo de 12

(doze) horas e depois foram desmoldados;

foram realizadas medidas de altura do corpo de prova com um paquímetro, em

quatro posições diametralmente opostas. Adotou-se como altura, a média

aritmética das quatro leituras.

(a) (b) (c) (d) (e)

FIGURA 4.13 Preparação do corpo de prova: (a) Aquecimento dos agregados; (b)

Aquecimento do CAP; (c) Mistura de CAP e agregados; (d) Colocação da mistura no

molde; (e) Acomodação da mistura no molde para posterior compactação.

4.3.3.2 Composição Volumétrica

Para a obtenção da composição volumétrica das misturas betuminosas foi

necessária a determinação da densidade aparente das mesmas. Essa determinação

foi realizada com base no método ME 117/94 do DNIT. Para isso foram utilizados 10

(dez) corpos de prova para cada mistura.

A composição volumétrica foi obtida com a utilização das equações

apresentadas no Item 3.2.3 do Capítulo 3.

4.3.3.3 Comportamento Mecânico

Estabilidade Marshall

Para avaliar se o resíduo influenciava na estabilidade em presença de água, o

ensaio foi realizado com e sem imersão. Para cada mistura foram ensaiados 10

(dez) corpos de prova, sendo 05 (cinco) submetidos à imersão em banho-maria à

60ºC por 30 minutos e 05 (cinco) ao aquecimento à 60ºC por 2 horas em estufa.

Depois os corpos de prova foram colocados no molde de compressão (Figura 4.14

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50

b), o qual é posicionado na prensa (Figura 4.14 a) segundo a geratriz. Converteu-se

a leitura obtida no defletômetro para N (kgf), de acordo com o gráfico de calibração

do anel dinamométrico. Essa estabilidade foi corrigida para a espessura do corpo de

prova ensaiado, multiplicando a mesma por um fator de correção contido no método

ME 043/95 do DNIT.

(a) (b)

FIGURA 4.14 Ensaio Marshall: (a) Prensa Marshall; (b) Molde de compressão

Marshall.

Resistência à Tração por Compressão Diametral

O ensaio de resistência à tração por compressão diametral foi realizado com

base no método ME 138/94 do DNIT. Para cada mistura foram ensaiados 03 (três)

corpos de prova.

Os procedimentos de ensaio realizados foram:

medição da altura do corpo de prova com um paquímetro, em quatro posições

diametralmente opostas. Adotou-se como altura a média aritmética das quatro

leituras;

medição do diâmetro do corpo de prova com um paquímetro, em três posições

paralelas. Adotou-se como diâmetro a média aritmética das quatro leituras;

o corpo de prova foi submetido à temperatura de 25 oC durante duas horas, antes

de ser posto no molde (Figura 4.15);

aplicação de carga progressivamente, com uma velocidade de deslocamento de

0,8 ± 0,1 mm/s, até à ruptura;

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51

anotação da carga de ruptura e calculo da resistência à tração do corpo de prova

através da Equação 4.3.

DHF

R πσ

1002

= (Equação 4.3)

onde: σR = resistência a tração, MPa; F = carga de ruptura, N; D = diâmetro do corpo de prova, cm; H = altura do corpo de prova, cm.

FIGURA 4.15 Molde de tração por compressão diametral.

4.3.3.4 Suscetibilidade das Misturas à Umidade

Para avaliar a suscetibilidade das misturas à umidade utilizou-se o ensaio

modificado de resistência ao dano por umidade induzida nas misturas asfálticas

compactadas (AASHTO T 283-02, 2004).

Foram ensaiados 06 (seis) corpos de prova para cada mistura. Os corpos de

prova possuíam índice de vazios entre 3% e 5%, pois esses são os valores

especificados para concretos asfálticos pelo DNIT (ES 031/2006).

Desses corpos de prova, três foram submetidos ao ensaio de resistência à

tração por compressão diametral sem condicionamento (item 4.3.3.3), e os demais

submetidos ao condicionamento descrito abaixo:

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52

os corpos de prova foram colocados em imersão em um banho à temperatura

ambiente e submetidos a uma pressão de vácuo de 660 mm de coluna de

mercúrio até obter a saturação de 55% a 80%;

depois foram acondicionados em sacos plásticos e ficaram sujeitos a um

resfriamento a 16 oC por 18 horas. Essa adaptação na temperatura de

resfriamento deve-se ao fato da cidade de Natal-RN possuir uma temperatura

média de 24 oC e mínima na faixa de 15 oC;

logo após, os corpos de prova foram submetidos ao banho maria a 60 oC por 24

(vinte e quatro) horas;

depois desse condicionamento os corpos de prova foram deixados por duas

horas à temperatura de 25 oC e, posteriormente, submetidos ao ensaio de

resistência à tração por compressão diametral;

calculou-se a Relação de Resistência à Tração, através da Equação 4.4.

1

2

R

RRRTσσ

= (Equação 4.4)

onde: RRT = relação de resistência à tração; σR1 = resistência à tração do corpo sem condicionamento, MPa; σR2 = resistência à tração do corpo com condicionamento, MPa.

Furlan et al (2004) considera como aceitáveis as misturas que apresentam

RRT maior que 0,7, ou seja, que apresentam perda de resistência à tração causada

pelo condicionamento inferior a 30%.

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53

CAPÍTULO 5

RESULTADOS E DISCUSSÕES

5.1 RESULTADOS DA CARACTERIZAÇÃO DO RESÍDUO 5.1.1 Resultados da Caracterização Física

O resíduo grosso oriundo do beneficiamento de caulim é um material não

plástico de densidade real igual a 2,597. Considera-se o resíduo como agregado

normal, por apresentar densidade real entre 2 e 3. Sua distribuição granulométrica

está apresentada na Figura 5.1.

0,0

10,0

20,0

30,0

40,0

50,0

60,0

70,0

80,0

90,0

100,0

0,01 0,10 1,00 10,00 100,00

DIÂMETRO DOS GRÃOS (mm)

POR

CEN

TAG

EM Q

UE

PASS

A (%

)

FIGURA 5.1 Curva granulométrica do resíduo grosso por peneiramento.

Observa-se na Figura 5.1 que o resíduo possui grãos dos mais variados

diâmetros, sendo cerca de 43,5% de agregado graúdo, 46,4% de agregado miúdo

(sendo 39,2% areia grossa e 7,2% areia fina) e 10,1% de filler.

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54

A partir da curva granulométrica do resíduo grosso obtêm-se os parâmetros

apresentados na Tabela 5.1.

TABELA 5.1 Parâmetros característicos da curva granulométrica do resíduo grosso.

PARÂMETRO VALOR OBTIDO Diâmetro efetivo, cm 0,074 Tamanho nominal máximo, cm 9,50 Coeficiente de não uniformidade 31,08 Coeficiente de curvatura 4,76

De acordo com os parâmetros apresentados na Tabela 5.1 o resíduo grosso

de caulim apresenta uma curva não uniforme e mal graduada.

A Figura 5.2 apresenta a distribuição do tamanho das partículas do resíduo

grosso com diâmetro inferior a 0,15 mm.

FIGURA 5.2 Curva granulométrica do resíduo grosso por difração a laser.

O resíduo apresenta, de acordo com o ensaio de difração a laser, diâmetro

médio de 32,83 μm. Observa-se na Figura 5.2 que 65,49% das partículas

apresentam diâmetro inferior a 40 μm, 46,99% inferior a 20 μm e 24,62% inferior a

5μm.

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55

5.1.2 Resultados da Caracterização Mineralógica

Os resultados da análise de fluorescências de raios-X estão apresentados na

Tabela 5.2 e os de difração de raios-X na Figura 5.3.

TABELA 5.2 Porcentagem dos óxidos presentes no resíduo grosso.

ÓXIDO SiO2 Al2O3 K2O Fe2O3 MgO SO3 Bi2O3 % 80,803 14,626 3,168 0,586 0,326 0,163 0,151

ÓXIDO CuO Rb2O MnO Nb2O5 ZnO Y2O3 - % 0,043 0,039 0,031 0,026 0,020 0,018 -

FIGURA 5.3 Composição mineralógica do resíduo grosso.

Os resultados da caracterização mineralógica indicam que o resíduo é

composto por quartzo, caulinita e mica muscovita. O quartzo e a caulinita são

minerais presentes na composição de agregados convencionais utilizados em

pavimentação, não exercendo assim grande influência na mistura.

5.1.3 Resultados da Caracterização Térmica

Os resultados das análises térmicas diferencial (DTA) e gravimétrica (TGA) do

resíduo grosso estão apresentadas nas Figuras 5.4 e 5.5, respectivamente.

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56

FIGURA 5.4 Análise térmica diferencial do resíduo grosso.

A Figura 5.4 mostra que existe uma reação endotérmica em torno da

temperatura de 521,89 oC, essa se deve, provavelmente, à mudança de fase do

quartzo, da forma α para forma β.

FIGURA 5.5 Análise termogravimétrica do resíduo grosso.

Os resultados apresentados na Figura 5.5 mostram que não há perda de

massa significativa do resíduo com a variação da temperatura. O resíduo não

possuía água de hidratação. A maior velocidade de perda de massa se dá em torno

da temperatura de 578,51 oC. A variação de massa ocorrida pode ser atribuída à

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57

liberação de hidroxilas da mica muscovita, à perda de água estrutural da caulinita ou

à mudança de fase do quartzo, da forma α para forma β.

5.1.4 Resultados dos Ensaios Específicos para Utilização do Resíduo em Pavimentação

5.1.4.1 Resultados da Adesividade da Fração Graúda e Miúda do Resíduo

A Figura 5.6 ilustra o resultado do ensaio de adesividade da fração graúda

(retida na peneira de abertura 2,0 mm) do resíduo.

FIGURA 5.6 Amostra do resíduo após o ensaio de adesividade.

Ao observar a Figura 5.6 percebe-se que a fração graúda do resíduo

apresenta má adesividade ao CAP 50/70, uma vez que há o descolamento da

película de asfalto após o ensaio. Isso se deve ao fato dessa fração ser formada, na

maior parte, por pedras de quartzo.

A fração miúda (entre as peneiras de abertura 2,0 mm e 0,075 mm) do

resíduo apresenta uma adesividade satisfatória, uma vez que a desagregação da

amostra acontece na solução número 02 (M/128) do ensaio.

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58

5.1.4.2 Resultado do Índice de Forma da Fração Graúda do Resíduo

A fração graúda do resíduo apresenta um índice de forma (IF) de 2,02. Esse

índice de forma classifica o agregado como lamelar, apesar de estar dentro do limite

especificado pelo método utilizado (IF ≤ 3).

5.1.4.3 Resultado do Ensaio de Abrasão Los Angeles no Resíduo

A fração graúda do resíduo foi submetida ao ensaio de Abrasão Los Angeles

em duas faixas granulométricas (C e D), nas quais se obtiveram os valores

apresentados na Tabela 5.2.

TABELA 5.3 Resultados do ensaio de Abrasão Los Angeles.

FAIXA DESGASTE POR ABRASÃO (%) C 40,7 D 35,4

Apesar do resíduo utilizado ser o mesmo, a faixa C apresenta um maior

desgaste. Isso pode ter ocorrido devido ao maior diâmetro dos grãos existentes

nessa faixa, o que facilita a quebra dos mesmos. Os valores encontram-se dentro do

limite estabelecido por norma (desgaste ≤ 50%).

5.1.4.4 Resultado do Equivalente de Areia do Resíduo

Os resultados do ensaio de equivalente de areia estão apresentados na

Tabela 5.4 para a fração miúda do resíduo.

TABELA 5.4 Resultados do ensaio de equivalente de areia.

EQUIVALENTE DE AREIA (%) Descrição do Material N Média Mínimo Máximo Desvio-

Padrão Resíduo sem preparação prévia 6 37,08 34,55 41,76 2,58 Resíduo sem finos (peneirado na # No 200) 3 68,02 66,85 69,36 1,26

O ensaio do resíduo sem preparação prévia confirma a existência de uma

grande porcentagem de finos, como foi verificado no ensaio de granulometria. Neste

caso, os valores não atendem às especificações do DNIT (equivalente de areia deve

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59

ser maior ou igual a 55%). Sendo assim, o resíduo deverá substituir parte de todos

os materiais convencionais, incluindo o filler.

O ensaio do resíduo sem finos foi realizado com a intenção de verificar se o

material sem filler atendia o requisito exigido pelo DNIT, o que foi confirmado. Sendo

assim, o resíduo pode ser utilizado no lugar do agregado miúdo, caso seja

previamente retirado sua porcentagem de finos em uma peneira de No 200.

5.2 RESULTADOS DA CARACTERIZAÇÃO DOS AGREGADOS CONVENCIONAIS

5.2.1 Agregado Graúdo

Os agregados graúdos (Brita 5/8” e Brita ½”) empregados na pesquisa eram

de origem granítica. A Figura 5.7 apresenta a distribuição granulométrica desses

agregados.

0,0

10,0

20,0

30,0

40,0

50,0

60,0

70,0

80,0

90,0

100,0

0,10 1,00 10,00 100,00

DIÃMETRO DOS GRÃOS (mm)

POR

CEN

TAG

EM Q

UE

PASS

A (%

)

Brita 1/2"

Brita 5/8"

FIGURA 5.7 Curva granulométrica dos agregados graúdos por peneiramento.

A partir da curva granulométrica desses agregados obtêm-se os parâmetros

apresentados na Tabela 5.5.

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60

TABELA 5.5 Parâmetros característicos da curva granulométrica do resíduo grosso.

PARÂMETRO BRITA 5/8” BRITA ½” Diâmetro efetivo, cm 5,1 4,1 Tamanho nominal máximo, cm 19,1 19,1 Coeficiente de não uniformidade 1,97 1,80 Coeficiente de curvatura 0,96 1,15

De acordo com os parâmetros apresentados na Tabela 5.5 os agregados

graúdos apresentam uma curva uniforme, sendo a Brita 5/8” mal graduada e a Brita

½” bem graduada.

A Tabela 5.6 apresenta os resultados dos ensaios realizados nos agregados

graúdos.

TABELA 5.6 Resultados dos ensaios nos agregados graúdos.

AGREGADOS GRAÚDOS ENSAIOS Brita ½” Brita 5/8” Densidade Real 2,638 2,643 Adesividade ao Asfalto Boa adesividade Má adesividade Índice de Forma 2,48 2,66 Desgaste por Abrasão Los Angeles (%) 34,4 39,8

Os agregados são classificados como normais, de acordo com sua

densidade.

Os agregados possuem forma lamelar, de acordo com os resultados

apresentados pelo ensaio de índice de forma. Mesmo assim encontram-se dentro do

limite especificado pelo método adotado.

Ambos agregados apresentam um desgaste por abrasão dentro dos limites do

DNIT (ES 031/2006). Mas a brita 5/8” apresenta um desgaste ligeiramente maior.

Isso pode ter ocorrido por a mesma apresentar um maior índice de forma.

A Figura 5.8 mostra o resultado do ensaio de adesividade realizado nos

agregados graúdos.

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61

(a) (b)

FIGURA 5.8 Amostra dos agregados graúdos após o ensaio de adesividade: (a)

Brita ½”; (b) Brita 5/8”.

Observa-se na Figura 5.8 um deslocamento da película de asfalto na brita

5/8” que a classifica como um agregado de má adesividade. O mesmo não ocorreu

com a brita ½”, classificando-a como um agregado de boa adesividade.

5.2.2 Agregado Miúdo

Foram utilizados dois tipos de agregado miúdo na mistura: areia quartzosa e

pó de pedra. A Figura 5.9 apresenta a distribuição granulométrica desses agregados

e a Tabela 5.7 os resultados dos ensaios realizados nos mesmos.

0,0

10,0

20,0

30,0

40,0

50,0

60,0

70,0

80,0

90,0

100,0

0,01 0,10 1,00 10,00 100,00

Diâmetro dos Grãos (mm)

Porc

enta

gem

que

pas

sa (%

)

Areia

Pó de pedra

FIGURA 5.9 Curva granulométrica dos agregados miúdos por peneiramento.

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62

A areia apresenta tamanho nominal máximo igual a 2,0 mm e o pó de pedra

4,75 mm, de acordo com suas curvas granulométricas. Observa-se que parte dos

grãos desses agregados passam na peneira de abertura 0,075 mm, sendo: 1,82%

da areia e 15,47% do pó de pedra. Este material é considerado como filler.

TABELA 5.7 Resultados dos ensaios nos agregados miúdos.

AGREGADOS GRAÚDOS ENSAIOS Areia Pó de pedra Densidade Real 2,618 2,604 Adesividade ao Asfalto Satisfatória Satisfatória Equivalente areia (%) 89,42 66,69

Os agregados são classificados como normais, de acordo com sua

densidade.

Os agregados miúdos apresentam equivalente de areia dentro das

especificações do DNIT (equivalente de areia superior a 55%). Na areia os valores

variam de 87,76% à 91,32%, e no pó de pedra de 63,95% à 68,54%.

Os agregados miúdos apresentam adesividade satisfatória, uma vez que a

desagregação da amostra acontece na solução 03 (M/64).

5.2.3 Filler

O cimento Portland CPII Z - 32, cuja massa específica é de 2,766 g/cm3,

apresenta a composição granulométrica mostrada na Tabela 5.8.

TABELA 5.8 Composição granulométrica do cimento Portland.

PENEIRA (cm) PORCENTAGEM QUE PASSA (%) 0,42 100,00 0,18 100,00

0,074 96,53

5.3 RESULTADOS DA CARACTERIZAÇÃO DO CIMENTO ASFÁLTICO DE PETRÓLEO

O CAP empregado na mistura é do tipo 50/70. A caracterização do mesmo foi

feita pelo LUBNOR e encontra-se na Tabela 5.9.

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63

TABELA 5.9 Caracterização do CAP 50/70. (LUBNOR).

ENSAIO MÉTODO ESPECIFICAÇÃO RESULTADOPenetração (0,1 mm) D5 50 a 70 63 Ponto de amolecimento (oC) D36 46 (mín) 48,2 Viscosidade de Saybolt Furol a 135 oC (s) E102 141 (mín) 220

Viscosidade Brookfield 135 oC – SP21 20 RPM (cp) D4402 274 (mín) 437

Viscosidade Brookfield 150 oC – SP21 (cp) D4402 12 (mín) 219

Viscosidade Brookfield 177 oC – SP21 (cp) D4402 57 a 285 79

Ductibilidade a 25 oC (cm) D113 60 (mín) >150 Solubilidade no Tricloroetileno (% em massa) D2042 99,5 (mín) 99,9

Ponto de Fulgor (oC) D92 235 (mín) 298 Índice de Susceptibilidade Térmica X018 -1,5 a -0,7 -1,2

Aquecimento a 177 oC X215 Não espuma Não espuma

5.4 RESULTADOS DA CARACTERIZAÇÃO DA MISTURA CONVENCIONAL

A Figura 5.10 apresenta a distribuição granulométrica da mistura

convencional, utilizada na pavimentação da BR101/RN061, e a Tabela 5.10 os

resultados da composição volumétrica e do comportamento mecânico dessa mistura

para um teor de 5,5% de CAP.

0,0%

10,0%

20,0%

30,0%

40,0%

50,0%

60,0%

70,0%

80,0%

90,0%

100,0%

0,01 0,10 1,00 10,00 100,00

Diâmetro dos Grãos (mm)

Porc

enta

gem

que

pas

sa

Mistura Convencional

Máximo

Mínimo

FIGURA 5.10 Curva granulométrica da mistura convencional.

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64

A mistura apresenta uma distribuição dos grãos dentro da faixa C

especificada pelo DNIT.

TABELA 5.10 Composição volumétrica e comportamento mecânico da mistura

convencional.

N MÉDIA MÍNIMO MÁXIMO DESVIO PAD.

ESPECIF. DNIT

Densidade Aparente 10 2,330 2,311 2,348 0,012 -

Volume de Vazios (%) 10 3,736 3,015 4,542 0,483 3 a 5

Vazios de Agregado Mineral (%) 10 16,216 15,588 16,917 0,420 15 (mín)

Relação Betume Vazios (%) 10 77,016 73,151 80,656 2,388 75 a 82

Estabilidade sem imersão (kgf) 5 459,14 330,51 606,19 100,40 500 (mín)

Estabilidade com imersão (kgf) 5 608,60 533,88 660,98 49,67 500 (mín)

Resistência à tração por compressão diametral (MPa)

3 0,436 0,398 0,462 0,034 0,65 (mín)

A mistura convencional apresenta composição volumétrica dentro dos limites

especificados pelo DNIT. Porém, não apresenta comportamento mecânico dentro

das especificações, com exceção da estabilidade com imersão.

Mesmo não atendendo às especificações do DNIT, essa mistura foi utilizada

nesse trabalho por ter sido empregada na pavimentação da BR101/RN061. Sendo

assim, o intuito do trabalho é comparar o comportamento de uma mistura utilizada

na prática, considerada mistura convencional, com as misturas contendo resíduo.

5.5 RESULTADOS DA CARATERIZAÇÃO DAS MISTURAS CONTENDO RESÍDUO GROSSO ORIUNDO DO BENEFICIAMENTO DE CAULIM

As misturas apresentam a composição granulométrica contida na Figura 5.11,

de acordo com o DNIT (2006a). O Anexo 1 mostra as curvas granulométricas das

misturas e sua posição em relação à Faixa C do DNIT, para concretos asfálticos.

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60,30 60,44 60,65 60,46 60,27 60,07 58,73 57,80 57,81

19,33 20,12 20,34 20,99 21,64 22,30 23,67 24,61 25,05

16,69 15,87 14,85 14,08 13,31 12,53 12,31 11,83 10,93

3,68 3,57 4,16 4,47 4,78 5,10 5,29 5,76 6,21

0%

20%

40%

60%

80%

100%

0 5 10 15 20 25 30 35 40

% de resíduo na mistura

% d

e m

ater

ial

Pedregulho Areia Grossa Areia Fina Silte + Argila FIGURA 5.11 Composição granulométrica das misturas.

Ao acrescentar resíduo nas misturas, nota-se uma redução da porcentagem

de grãos classificados como pedregulho e areia fina e um incremento na quantidade

de grãos classificados como areia grossa e filler.

Analisando a Figura 5.11 percebe-se uma maior variação na porcentagem de

redução de pedregulho a partir da incorporação de 30% de resíduo na mistura; e um

aumento maior que 50% na porcentagem de filler, a partir da mistura contendo 35%

de resíduo, com relação à mistura convencional (0% de resíduo).

A Tabela 5.11 apresenta a variação percentual de filler nas misturas devido

ao acréscimo do resíduo.

TABELA 5.11 Variação do filler da mistura, em função da porcentagem de resíduo

adicionada.

MISTURA 1 2 3 4 5 6 7 8 9 % de resíduo 0 5 10 15 20 25 30 35 40

% de filler na mistura 3,68 3,57 4,16 4,47 4,78 5,10 5,29 5,76 6,21 % de filler oriundo do

resíduo 0,00 0,51 1,01 1,52 2,02 2,52 3,03 3,54 4,04

% de filler oriundo do cimento 0,97 0,97 0,97 0,97 0,97 0,97 0,97 0,97 0,97

% de filler oriundo dos demais agregados 2,71 2,09 2,18 1,98 1,79 1,61 1,29 1,25 1,20

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66

Analisando a Tabela 5.11 percebe-se que as misturas que contém a partir de

30% de resíduo, o mesmo é o maior responsável pela quantidade de filler existente,

ou seja, mais de 50% do filler contido nas misturas sete, oito e nove é proveniente

do resíduo.

5.5.1 Resultados da Composição Volumétrica 5.5.1.1 Resultado da Densidade Real da Mistura

A Tabela 5.12 apresenta os resultados da densidade real de cada mistura.

TABELA 5.12 Densidade real das misturas avaliadas.

Mistura 1 2 3 4 5 6 7 8 9 % resíduo 0 5 10 15 20 25 30 35 40 Densidade real 2,421 2,420 2,419 2,418 2,417 2,416 2,415 2,413 2,412

Ao acrescentar resíduo, em substituição à parte dos agregados

convencionais, a densidade teórica tende a diminuir. Isso ocorre devido à densidade

real do resíduo ser menor do que às dos materiais convencionais.

5.5.1.2 Resultado da Densidade Aparente da Mistura

A Tabela 5.13 apresenta os valores médios, máximos, mínimos e os desvios

padrões da densidade aparente das misturas avaliadas. A Figura 5.12 apresenta a

variação da densidade aparente com o acréscimo de resíduo na mistura.

TABELA 5.13 Valores médios, máximos, mínimos e os desvios padrões da

densidade aparente das misturas avaliadas.

DENSIDADE APARENTE Mistura %

Resíduo N Média Mínimo Máximo Desvio-Padrão

1 0 10 2,330 2,311 2,348 0,012 2 5 10 2,328 2,310 2,346 0,011 3 10 10 2,337 2,318 2,360 0,011 4 15 10 2,326 2,305 2,354 0,019 5 20 10 2,321 2,292 2,346 0,015 6 25 10 2,318 2,291 2,345 0,019 7 30 10 2,323 2,293 2,359 0,021 8 35 10 2,283 2,258 2,301 0,015 9 40 10 2,279 2,248 2,308 0,017

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67

0 5 10 15 20 25 30 35 40

% de resíduo na mistura

2,24

2,26

2,28

2,30

2,32

2,34

2,36

2,38

Den

sida

de A

pare

nte

FIGURA 5.12 Variação da densidade aparente dos corpos de prova em função da

porcentagem de resíduo da mistura.

Observa-se que ao acrescentar resíduo, em substituição à parte dos

agregados convencionais, a densidade aparente decresce. Isso pode ter ocorrido

devido às mudanças no arranjo interno dos agregados na mistura.

Ao analisar a Tabela 5.13 e a Figura 5.12, não se observa grande variação da

densidade aparente entre a mistura convencional e às contendo até 30% do resíduo.

Porém ao aumentar a porcentagem de resíduo da mistura para 35% percebe-se uma

grande redução na densidade aparente. Essa redução brusca reflete em todos os

parâmetros volumétricos e pode ter ocorrido devido às mudanças na granulometria

da mistura nessa porcentagem (ver Figura 5.11).

5.5.1.3 Resultado do Volume de Vazios

A Tabela 5.14 apresenta os valores médios, máximos, mínimos e os desvios

padrões do volume de vazios das misturas avaliadas. A Figura 5.13 apresenta a

variação do volume de vazios com o acréscimo de resíduo na mistura.

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68

TABELA 5.14 Valores médios, máximos, mínimos e os desvios padrões do volume

de vazios das misturas avaliadas.

VOLUME DE VAZIOS (%) Mistura %

Resíduo N Média Mínimo Máximo Desvio-Padrão

1 0 10 3,736 3,015 4,542 0,483 2 5 10 3,831 3,064 4,556 0,471 3 10 10 3,377 2,451 4,168 0,472 4 15 10 3,806 2,639 4,683 0,774 5 20 10 3,952 2,940 5,152 0,636 6 25 10 4,072 2,944 5,162 0,777 7 30 10 3,781 2,307 5,034 0,884 8 35 10 5,424 4,666 6,456 0,619 9 40 10 5,545 4,306 6,793 0,722

Ao analisar os valores médios da Tabela 5.14, não se observa grande

variação no volume de vazios entre a mistura convencional e às contendo até 30%

do resíduo. Além disso, essas misturas apresentam um volume de vazios próximo

ao valor ideal de projeto, que é 4%.

Ao aumentar a porcentagem de resíduo da mistura para 35% percebe-se um

grande aumento no volume de vazios.

0 5 10 15 20 25 30 35 40

% de resíduo na mistura

2,0

3,0

4,0

5,0

6,0

7,0

Vol

me

de v

azio

s (%

)

Volume de Vazios (%) Máximo Mínimo

FIGURA 5.13 Variação do volume de vazios dos corpos de prova em função da

porcentagem de resíduo da mistura.

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69

Observa-se na Figura 5.13 que à medida que o resíduo é adicionado à

mistura, o volume de vazios tende a aumentar.

Os resultados indicam que se pode empregar até 30% de resíduo em

substituição aos agregados convencionais, para a mistura avaliada.

5.5.1.4 Resultado dos Vazios do Agregado Mineral

A Tabela 5.15 apresenta os valores médios, máximos, mínimos e os desvios

padrões dos vazios do agregado mineral das misturas avaliadas. A Figura 5.14

apresenta a variação dos vazios do agregado mineral com o acréscimo de resíduo

na mistura.

TABELA 5.15 Valores médios, máximos, mínimos e os desvios padrões dos vazios

do agregado mineral das misturas avaliadas.

VAZIOS DO AGREGADO MINERAL (%) Mistura %

Resíduo N Média Mínimo Máximo Desvio-Padrão

1 0 10 16,216 15,588 16,917 0,420 2 5 10 16,296 15,628 16,927 0,410 3 10 10 15,894 15,088 16,583 0,411 4 15 10 16,262 15,246 17,026 0,674 5 20 10 16,384 15,503 17,429 0,554 6 25 10 16,483 15,502 17,432 0,676 7 30 10 16,224 14,941 17,315 0,770 8 35 10 17,648 16,988 18,547 0,539 9 40 10 17,748 16,669 18,834 0,629

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70

0 5 10 15 20 25 30 35 40

% de resíduo na mistura

14,5

15,0

15,5

16,0

16,5

17,0

17,5

18,0

18,5

19,0

VAM

(%)

VAM (%) Mínimo

FIGURA 5.14 Variação dos vazios do agregado mineral dos corpos de prova em

função da porcentagem de resíduo da mistura.

Observa-se que os vazios do agregado mineral tenderam a aumentar com a

adição de resíduo. Isso pode ter ocorrido devido às mudanças no arranjo interno dos

agregados na mistura. Os valores estão de acordo com a especificação do DNIT.

5.5.1.5 Resultado da Relação Betume Vazios

A Tabela 5.16 apresenta os valores médios, máximos, mínimos e os desvios

padrões da relação betume vazios das misturas avaliadas. A Figura 5.15 apresenta

a variação da relação betume vazios com o acréscimo de resíduo na mistura.

TABELA 5.16 Valores médios, máximos, mínimos e os desvios padrões da relação betume vazios das misturas avaliadas.

RELAÇÃO BETUME VAZIOS (%) Mistura %

Resíduo N Média Mínimo Máximo Desvio-Padrão

1 0 10 77,016 73,151 80,656 2,388 2 5 10 76,543 73,084 80,395 2,305 3 10 10 78,812 74,865 83,758 2,458 4 15 10 76,741 72,493 82,692 3,894 5 20 10 75,969 70,438 81,038 3,022 6 25 10 75,432 70,388 81,005 3,707 7 30 10 76,887 70,927 84,558 4,460 8 35 10 69,336 65,189 72,534 2,536 9 40 10 68,852 63,935 74,169 2,962

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71

0 5 10 15 20 25 30 35 40

% de resíduo na mistura

62,0

64,0

66,0

68,0

70,0

72,0

74,0

76,0

78,0

80,0

82,0

84,0

86,0

RB

V (%

)

RVB (%) Máximo Mínimo

FIGURA 5.15 Variação da relação betume vazios dos corpos de prova em função da

porcentagem de resíduo da mistura.

Ao analisar os valores médios da Tabela 5.16, não se observa grande

variação na relação betume vazios entre a mistura sem resíduo e às contendo até

30% do mesmo. Ao aumentar a porcentagem de resíduo da mistura para 35%,

percebe-se uma grande diminuição nessa relação.

Observa-se na Figura 5.15 que à medida que o resíduo é adicionado à

mistura, a relação betume vazios tende a diminuir. Isso ocorreu devido ao aumento

no volume de vazios das misturas, enquanto a porcentagem de asfalto era

constante.

Considerando-se os valores médios de RBV, os resultados indicam que se

pode empregar até 30% de resíduo em substituição aos agregados convencionais,

para a mistura avaliada.

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72

5.5.2 Resultados do Comportamento Mecânico 5.5.2.1 Resultados da Estabilidade

A Tabela 5.17 apresenta os valores médios, máximos, mínimos e os desvios

padrões da estabilidade sem imersão – ou seja, da estabilidade com

condicionamento em estufa – das misturas analisadas. A Tabela 5.18 apresenta a

mesma análise da tabela anterior para estabilidade com imersão – ou seja,

estabilidade com condicionamento em banho-maria – das misturas analisadas.

TABELA 5.17 Valores médios, máximos, mínimos e os desvios padrões da

estabilidade sem imersão das misturas avaliadas.

ESTABILIDADE SEM IMERSÃO (kgf) Mistura %

Resíduo N Média Mínimo Máximo Desvio-Padrão

1 0 5 459,14 330,51 606,19 100,40 2 5 5 450,56 361,10 564,59 74,96 3 10 5 452,94 378,51 623,66 98,17 4 15 5 528,71 372,70 625,14 47,93 5 20 5 482,84 403,53 643,92 97,46 6 25 5 526,45 318,98 684,46 134,16 7 30 5 682,29 540,51 806,05 115,53 8 35 5 490,83 406,98 594,06 78,80 9 40 5 607,89 465,93 688,64 88,75

TABELA 5.18 Valores médios, máximos, mínimos e os desvios padrões da

estabilidade com imersão das misturas avaliadas.

ESTABILIDADE COM IMERSÃO (kgf) Mistura %

Resíduo N Média Mínimo Máximo Desvio-Padrão

1 0 5 608,60 533,88 660,98 49,67 2 5 5 613,85 516,41 755,20 94,85 3 10 5 609,83 521,68 724,29 83,39 4 15 5 572,51 482,87 659,67 78,07 5 20 5 681,21 538,55 910,37 151,64 6 25 5 684,13 589,36 794,17 85,74 7 30 5 637,66 496,36 846,51 129,15 8 35 5 611,15 494,22 749,41 103,69 9 40 5 648,36 580,80 703,06 51,01

A Figura 5.16 apresenta a variação das estabilidades sem e com imersão em

função do acréscimo de resíduo na mistura.

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73

0 5 10 15 20 25 30 35 40

% de resíduo na mistura

300,0

400,0

500,0

600,0

700,0

800,0

900,0

1000,0

Est

abili

dade

(kgf

)

Sem imersão Com imersão Mínimo

FIGURA 5.16 Variação das estabilidades sem e com imersão em função da

porcentagem de resíduo da mistura.

Observa-se que à medida que o resíduo é adicionado à mistura, a

estabilidade tende a aumentar, até a porcentagem de 30% de resíduo. Isso pode ter

ocorrido devido ao aumento da viscosidade do CAP, ocasionado pelo aumento na

porcentagem de filler (Figura 5.11), tornando assim a mistura mais rígida.

Porém as misturas contendo 35% e 40% de resíduo apresentaram uma

redução da estabilidade. Isso pode ter ocorrido por a concentração de filler na

mistura estar acima da concentração crítica, gerando assim uma mistura quebradiça.

A estabilidade com imersão é maior que a estabilidade sem imersão devido

condicionamento da mesma (em água a 60 oC) provocar um envelhecimento

precoce na mistura, enrijecendo assim a camada externa do corpo de prova.

5.5.2.2 Resultados da Resistência à Tração por Compressão Diametral

A Tabela 5.19 apresenta os valores médios, máximos, mínimos e os desvios

padrões da resistência à tração por compressão diametral das misturas avaliadas. A

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74

Figura 5.17 apresenta a resistência à tração por compressão diametral com o

acréscimo de resíduo na mistura.

TABELA 5.19 Valores médios, máximos, mínimos e os desvios padrões da

resistência a tração por compressão diametral das misturas avaliadas.

RESISTÊNCIA À TRAÇÃO POR COMPRESSÃO DIAMETRAL (MPa) Mistura %

Resíduo N Média Mínimo Máximo Desvio-Padrão

1 0 3 0,436 0,398 0,462 0,034 2 5 3 0,410 0,401 0,428 0,015 3 10 3 0,390 0,385 0,396 0,005 4 15 3 0,386 0,359 0,416 0,029 5 20 3 0,360 0,327 0,383 0,029 6 25 3 0,369 0,355 0,393 0,021 7 30 3 0,376 0,372 0,381 0,006 8 35 3 0,361 0,349 0,373 0,017 9 40 3 0,377 0,369 0,381 0,007

0 5 10 15 20 25 30 35 40

% de resíduo na mistura

0,30

0,35

0,40

0,45

0,50

0,55

0,60

0,65

0,70

0,75

Res

istê

ncia

à tr

ação

(MP

a)

Resistência à tração (MPa) Mínimo

FIGURA 5.17 Variação da resistência à tração por compressão diametral em função

da porcentagem de resíduo da mistura.

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75

Os valores obtidos na resistência à tração das misturas contendo resíduo se

encontram abaixo do valor mínimo especificado pelo DNIT, mas próximos ao valor

obtido na mistura convencional.

Observa-se que à medida que o resíduo é adicionado à mistura, a resistência

à tração por compressão diametral tende a diminuir. Esse comportamento não

condiz com os dados obtidos na estabilidade Marshall. Ele pode ter ocorrido por

haver um decréscimo do volume de vazios do agregado mineral com o aumento de

resíduo na mistura ou por a concentração de filler na mistura estar acima da

concentração crítica, gerando assim uma mistura muito rígida e quebradiça.

5.5.3 Resultados da Susceptibilidade das Misturas à Umidade

A susceptibilidade das misturas à umidade é obtida através da relação entre a

resistência à tração por compressão diametral com confinamento e a resistência

sem confinamento. A Figura 5.18 apresenta essa relação em função do acréscimo

de resíduo na mistura.

0 5 10 15 20 25 30 35 40

% de resíduo na mistura

0,55

0,60

0,65

0,70

0,75

0,80

0,85

0,90

0,95

RR

T

RRT Mínimo

FIGURA 5.18 Variação da relação de resistência à tração (RRT) em função da

porcentagem de resíduo da mistura.

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76

Os resultados indicam que se pode empregar até 25% de resíduo em

substituição aos agregados convencionais, sem comprometer o comportamento da

mistura avaliada, no que se refere à susceptibilidade da mesma à umidade.

Observa-se que à medida que o resíduo é adicionado à mistura, a RRT tende

a diminuir. Isso ocorreu devido ao aumento de materiais de má adesividade ao CAP

50/70 (Figura 4.11) nas misturas ou devido ao aumento da concentração de filler

além da crítica, proporcionando assim uma mistura de comportamento quebradiço

diante de fortes cargas do tráfego e muito sensíveis às variações de temperatura.

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77

CAPÍTULO 6

CONCLUSÕES E RECOMENDAÇÕES

6.1 CONCLUSÕES 6.1.1 Resíduo

O resíduo grosso oriundo do beneficiamento de caulim possui grãos dos mais

variados diâmetros, sendo assim, pode substituir parte de todos os agregados

convencionais e do filler em uma mistura asfáltica.

A composição mineralógica do resíduo indica que o mesmo possui os

mesmos minerais presentes na composição de agregados convencionais utilizados

em pavimentação.

6.1.2 Misturas Contendo Resíduo

A granulometria e o arranjo interno dos agregados de uma mistura exercem

grande influência no seu comportamento volumétrico e mecânico.

O incremento de resíduo nas misturas estudadas ocasionou um aumento do

volume de vazios e do volume de vazios do agregado mineral, e uma redução da

densidade aparente e da relação de betume vazios.

Os resultados da composição volumétrica indicam que se pode empregar até

30% de resíduo em substituição aos agregados convencionais, para as misturas

avaliadas, segundo a especificação ES 031/2006 do DNIT.

O incremento de resíduo nas misturas estudadas ocasionou um aumento da

estabilidade e uma redução da resistência à tração.

Os valores obtidos na resistência à tração das misturas contendo resíduo se

encontram abaixo do valor mínimo especificado pelo DNIT, mas próximos ao valor

obtido na mistura convencional.

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78

Por o resíduo ser formado por pedras de quartzo, o mesmo não apresenta

boa adesividade, comprometendo assim a suscetibilidade das misturas à umidade.

Os resultados indicam que se pode empregar até 25% de resíduo em substituição

aos agregados convencionais, nas misturas estudadas, no que se refere à

susceptibilidade das mesmas à umidade.

6.2 RECOMENDAÇÕES

Para estudos futuros, este trabalho recomenda:

classificar o resíduo utilizado quanto ao seu risco potencial ao meio ambiente e à

saúde pública;

empregar uma mistura convencional mais simples, com menor quantidade de

agregados envolvidos e apenas um tipo de filler;

empregar uma mistura convencional que atenda às especificações do DNIT;

fazer a dosagem de ligante ideal para cada mistura e avaliar o comportamento

das mesmas;

realizar ensaios que complementem a avaliação do comportamento mecânico

das misturas estudadas, como: módulo de resiliência e fadiga por compressão

diametral a tensão controlada;

executar e observar o comportamento de um trecho experimental utilizando o

resíduo grosso de caulim em substituição à parte dos agregados da mistura

asfáltica.

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79

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ANEXO 1

CURVAS GRANULOMÉTRICAS DAS MISTURAS ESTUDADAS

0,0%

10,0%

20,0%

30,0%

40,0%

50,0%

60,0%

70,0%

80,0%

90,0%

100,0%

0,01 0,10 1,00 10,00 100,00

Diâmetro dos Grãos (mm)

Porc

enta

gem

que

pas

sa

Mistura com 5% de resíduo

Máximo

Mínimo

0,0%

10,0%

20,0%

30,0%

40,0%

50,0%

60,0%

70,0%

80,0%

90,0%

100,0%

0,01 0,10 1,00 10,00 100,00

Diâmetro dos Grãos (mm)

Porc

enta

gem

que

pas

sa

Mistura com 10% de resíduo

Máximo

Mínimo

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0,0%

10,0%

20,0%

30,0%

40,0%

50,0%

60,0%

70,0%

80,0%

90,0%

100,0%

0,01 0,10 1,00 10,00 100,00

Diâmetro dos Grãos (mm)

Porc

enta

gem

que

pas

sa

Mistura com 15% de resíduo

Máximo

Mínimo

0,0%

10,0%

20,0%

30,0%

40,0%

50,0%

60,0%

70,0%

80,0%

90,0%

100,0%

0,01 0,10 1,00 10,00 100,00

Diâmetro dos Grãos (mm)

Porc

enta

gem

que

pas

sa

Mistura com 20% de resíduo

Máximo

Mínimo

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0,0%

10,0%

20,0%

30,0%

40,0%

50,0%

60,0%

70,0%

80,0%

90,0%

100,0%

0,01 0,10 1,00 10,00 100,00

Diâmetro dos Grãos (mm)

Porc

enta

gem

que

pas

sa

Mistura com 25% de resíduo

Máximo

Mínimo

0,0%

10,0%

20,0%

30,0%

40,0%

50,0%

60,0%

70,0%

80,0%

90,0%

100,0%

0,01 0,10 1,00 10,00 100,00

Diâmetro dos Grãos (mm)

Porc

enta

gem

que

pas

sa

Mistura com 30% de resíduo

Máximo

Mínimo

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0,0%

10,0%

20,0%

30,0%

40,0%

50,0%

60,0%

70,0%

80,0%

90,0%

100,0%

0,01 0,10 1,00 10,00 100,00

Diâmetro dos Grãos (mm)

Porc

enta

gem

que

pas

sa

Mistura com 35% de resíduo

Máximo

Mínimo

0,0%

10,0%

20,0%

30,0%

40,0%

50,0%

60,0%

70,0%

80,0%

90,0%

100,0%

0,01 0,10 1,00 10,00 100,00

Diâmetro dos Grãos (mm)

Porc

enta

gem

que

pas

sa

Mistura com 40% de resíduo

Máximo

Mínimo