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1
MINISTÉRIO DA DEFESA
EXÉRCITO BRASILEIRO
DEPARTAMENTO DE CIÊNCIA E TECNOLOGIA
INSTITUTO MILITAR DE ENGENHARIA
CURSO DE MESTRADO EM ENGENHARIA DE TRANSPORTES
ANA CAROLINA DA CRUZ REIS
PROPRIEDADES MECÂNICAS DE MISTURAS ASFÁLTICAS
RECICLADAS EM USINA PROTÓTIPO DE ESCALA REDUZIDA
Rio de Janeiro
2013
2
INSTITUTO MILITAR DE ENGENHARIA
ANA CAROLINA DA CRUZ REIS
PROPRIEDADES MECÂNICAS DE MISTURAS ASFÁLTICAS
RECICLADAS EM USINA PROTÓTIPO DE ESCALA REDUZIDA
Dissertação de Mestrado apresentada ao Curso de
Mestrado em Engenharia de Transportes do Instituto
Militar de Engenharia, como requisito parcial para a
obtenção do título de Mestre em Ciências em Engenharia
de Transportes.
Orientadores:
Prof. Antônio Carlos Rodrigues Guimarães – D.Sc.
Prof. Ben-Hur de Albuquerque e Silva – D.Sc.
Rio de Janeiro
2013
2
c 2013
INSTITUTO MILITAR DE ENGENHARIA
Praça General Tibúrcio, 80 - Praia Vermelha
Rio de Janeiro - RJ CEP: 22290-270
Este exemplar é de propriedade do Instituto Militar de Engenharia, que poderá incluí-lo
em base de dados, armazenar em computador, microfilmar ou adotar qualquer forma de
arquivamento.
É permitida a menção, reprodução parcial ou integral e a transmissão entre bibliotecas
deste trabalho, sem modificação de seu texto, em qualquer meio que esteja ou venha a ser
fixado, para pesquisa acadêmica, comentários e citações, desde que sem finalidade comercial
e que seja feita a referência bibliográfica completa.
Os conceitos expressos neste trabalho são de responsabilidade do(s) autor(es) e do(s)
orientador(es).
666.893 Reis, Ana Carolina da Cruz
R375p Propriedades Mecânicas de Misturas Asfálticas Recicladas em
Usina Protótipo de Escala Redizida / Ana Carolina da Cruz Reis;
orientada por Antonio Carlos Rodrigues Guimarães e Ben-Hur de
Albuquerque e Silva.-Rio de Janeiro: Instituto Militar de Engenharia,
2013.
114p.: il.
Dissertação (mestrado). – Instituto Militar de Engenharia – Rio de
Janeiro, 2013.
1. Engenharia de Transportes – teses, dissertações. 2. Transportes
- Infraestrutura. 3. Transportes – Inovação Tecnológica. 4. Transportes
- Misturas Asfálticas Recicladas. I. Guimarães, Antonio Carlos
Rodrigues Guimarães. II. Silva, Ben-Hur de Albuquerque. III. Título.
IV. Instituto Militar de Engenharia.
CDD 666.893
3
INSTITUTO MILITAR DE ENGENHARIA
ANA CAROLINA DA CRUZ REIS
PROPRIEDADES MECÂNICAS DE MISTURAS ASFÁLTICAS
RECICLADAS EM USINA PROTÓTIPO DE ESCALA REDUZIDA
Dissertação de Mestrado apresentada ao Curso de Mestrado em Engenharia de
Transportes do Instituto Militar de Engenharia, como requisito parcial para a obtenção do
título de Mestre em Ciências em Engenharia de Transportes.
Orientadora: Prof. Antônio Carlos Rodrigues Guimarães - D. Sc.
Prof. Ben-Hur de Albuquerque e Silva - D. Sc.
Aprovada em 26 de Abril de 2013 pela seguinte Banca Examinadora:
___________________________________________________________________
Maj Antonio Carlos Rodrigues Guimarães - D.Sc. do IME - Presidente
___________________________________________________________________
Maj Ben-Hur de Albuquerque e Silva - D.Sc. do IME
___________________________________________________________________
Ten Cel Luiz Antônio Vieira Carneiro – D.Sc. do IME
___________________________________________________________________
Profª. Michéle Dal Toé Casagrande – D.Sc. da PUC/RJ
___________________________________________________________________
Drª. Prepredigna Delmiro Elga Almeida da Silva – D.Sc. IPR/DNIT
Rio de Janeiro
2013
4
Dedico este trabalho a Deus, meu mestre e meu guia.
Aos meus pais, à minha amada família e ao namorado,
porque sem eles eu não sou nada.
5
AGRADECIMENTOS
A Deus: pela vida, por iluminar minha inteligência, e pela capacitação para concluir este
trabalho.
Aos meus pais, Francisco e Ilma, pelo apoio incondicional; por acreditarem e
embarcarem comigo na realização dos meus sonhos. Meus eternos heróis, amo muito vocês.
Ao meu irmão, Marcos Vinícius, pela amizade, carinho e companheirismo.
Aos meus avós, paternos e maternos (in memoriam), pelos exemplos e valores deixados,
se tornaram à minha pessoa lindas referências.
Ao namorado, Max Paiva – companheiro, cúmplice e amigo –, por dividir comigo nossa
linda história de amor.
Aos tios e tias, primos e primas, pelas orações e presença, somadas à minha caminhada.
Aos amigos e irmãos em Cristo, pelas orações, pelas conversas, pelos conselhos. Vocês
marcaram minha vida para sempre.
Ao Instituto Militar de Engenharia, pela oportunidade de formação acadêmica.
Aos meus orientadores, Maj Guimarães e Maj Ben-Hur, por toda a dedicação e
orientação, pelo incentivo; criatividade e apoio; amizade e companheirismo; pelas críticas
construtivas, sugestões, esclarecimentos e comentários sempre pertinentes e essenciais para o
desenvolvimento e conclusão desta dissertação. O trabalho dos senhores foi a chave de
entrada para trilhar brilhantes caminhos durante a minha pesquisa. O meu muito obrigada por
este esplendoroso sonho conquistado.
Ao Maj. Guimarães, em especial, pela disponibilidade e paciência de sempre; pela
confiança; e, em especial, pelas palavras de ânimo nos momentos difíceis e a amizade
conquistada.
Aos técnicos de laboratório, Sr. Jorge, Daniel Batista e Claudenny, por não medirem
esforços para me ajudarem. Aos colegas da COPPE e à querida professora Laura Motta, que
abriu as portas dos laboratórios de Pavimentos da COPPE para somar neste trabalho.
Agradeço ainda a todos os professores da PGT, funcionários e alunos do Instituto Militar
de Engenharia, que contribuíram significativamente para a realização desta pesquisa.
A SOMA Engenharia, pelo apoio e disponibilidade; a Juliana Nasser e ao sr. Cláudio
Nasser, pela confiança.
Aos membros da banca, pela gentileza em aceitar o convite para examinarem este
trabalho.
6
A todos os meus colegas de Mestrado pela amizade, companheirismo, conversas,
conselhos e trocas de conhecimentos. Em especial, aos meus amigos Henry Córdova, Adriana
Reis, Graziella Pires, Claudenny, Priscila Miranda, Kíssyla Ávila, Bárbara Elis e Symone
Monteiro.
7
Ser sábio é melhor do que ser forte; o
conhecimento é mais importante do que a
força. Afinal, antes de entrar numa batalha, é
preciso planejar bem, e, quando há muitos
conselheiros, é mais fácil vencer.
Jesus Cristo.
8
SUMÁRIO
LISTA DE ILUSTRAÇÕES ................................................................................................... 10
LISTA DE TABELAS ............................................................................................................ 13
LISTA DE SIGLAS ................................................................................................................ 14
1 INTRODUÇÃO ................................................................................................... 18
1.1 Considerações Iniciais ........................................................................................... 18
1.2 Objetivo ................................................................................................................. 19
1.2.1 Objetivo Geral ....................................................................................................... 19
1.2.2 Objetivo Específico ............................................................................................... 19
1.3 Justificativa e Relevância ...................................................................................... 20
1.4 Estrutura ............................................................................................................... 20
2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA ........................................................................... 21
2.1 Reciclagem de Misturas Asfálticas ....................................................................... 21
2.2 Breve Histórico sobre a Reciclagem de Pavimentos ............................................. 25
2.3 Métodos de Reciclagem ........................................................................................ 27
2.3.1 Reciclagem a Frio .................................................................................................. 29
2.3.2 Reciclagem a Frio em Usina ................................................................................. 30
2.3.3 Reciclagem a Frio In Situ ...................................................................................... 31
2.3.4 Reciclagem a Quente ............................................................................................. 32
2.3.5 Reciclagem a Quente em Usina ............................................................................. 33
2.3.6 Reciclagem a Quente In Situ ................................................................................. 35
2.3.7 Reciclagem de Camadas do Pavimento ................................................................. 36
2.4 Protótipo J-1000 .................................................................................................... 37
2.5 Dosagem de Misturas Asfálticas ........................................................................... 41
2.5.1 Dosagem Marshall ................................................................................................. 42
2.5.2 Dosagem Superpave .............................................................................................. 43
2.6 Cimento Asfáltico de Petróleo (CAP) ................................................................... 46
2.6.1 Composição Química e Estrutural do CAP ........................................................... 47
9
2.7 Envelhecimento do CAP ....................................................................................... 50
2.7.1 Fatores Químicos e Reológicos sobre o Envelhecimento do CAP ....................... 55
2.7.2 Extração e Recuperação do CAP de Misturas Asfálticas ...................................... 59
2.7.3 Extração por Centrifugação ................................................................................... 59
2.7.4 Recuperação de Asfalto pelo Método Abson ........................................................ 60
3 MATERIAIS E MÉTODOS ............................................................................... 63
3.1 Caracterização dos Materiais Utilizados ............................................................... 63
3.1.1 Agregado Fresado .................................................................................................. 63
3.1.2 Agregados Convencionais ..................................................................................... 68
3.2 Ensaios de Densidades .......................................................................................... 72
3.3 Dosagem das Misturas Asfálticas Recicladas e Convencional ............................. 73
3.4 Caracterização do Cimento Asfáltico de Petróleo (CAP) ..................................... 75
3.5 Propriedades Mecânicas das Misturas ................................................................... 78
3.5.1 Resistência à tração ............................................................................................... 78
3.5.2 Módulo de Resiliência ........................................................................................... 79
3.5.3 Dano por Umidade Induzida ................................................................................. 81
4 RESULTADOS E DISCUSSÕES ...................................................................... 83
4.1 Dosagem Marshall das Misturas Asfálticas ......................................................... 83
4.2 Determinação dos Teores Ótimos de CAP ............................................................ 86
4.3 Caracterização Mecânica das Misturas Asfálticas ................................................ 90
4.3.1 Estabilidade Marshall ............................................................................................ 90
4.3.2 Resistência à Tração .............................................................................................. 94
4.3.3 Dano por Umidade Induzida ................................................................................. 95
4.3.4 Módulo de Resiliência ........................................................................................... 97
4.3.5 Trabalho de Campo ............................................................................................... 99
5 CONCLUSÕES ................................................................................................. 102
5.1 Sugestões para Pesquisas Futuras ........................................................................ 105
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ............................................................................... 106
10
LISTA DE ILUSTRAÇÕES
FIG. 2.1 Desnível de 10 cm entre a Pista e o Tampão de Ferro ........................................... 22
FIG. 2.2 Trator Pesado Equipado com Escarificador (Ripper) ............................................ 25
FIG. 2.3 Recicladora usada em Obras Executadas pelo Exército Brasileiro ....................... 26
FIG. 2.4 Máquina fresadora ................................................................................................. 26
FIG. 2.5 Equipamento para Fresagem a Frio ....................................................................... 28
FIG. 2.6 Esquema de uma Usina de Solos ........................................................................... 30
FIG. 2.7 Usina Misturadora a Frio ....................................................................................... 31
FIG. 2.8 Esquema de Reciclagem a Frio In Situ .................................................................. 32
FIG. 2.9 Representação Esquemática de uma Usina de Asfalto Vertical (Batch Plant) ...... 34
FIG. 2.10 Representação Esquemática de uma Usina de Asfalto do Tipo Drum Mixer ....... 35
FIG. 2.11 Reciclagem a Quente In Situ com Fresagem a Quente .......................................... 36
FIG. 2.12 Aspecto Geral do Protótipo J-1000 e tambor anexo de CAP ................................ 38
FIG. 2.13 Vista das Paletas Misturadoras e Aspecto Homogêneo da Mistura – J-1000 ........ 39
FIG. 2.14 Vistas da Usina Piloto de Reciclagem de Misturas Asfálticas – Tipo I ................ 39
FIG. 2.15 Vistas da Usina de Reciclagem de Misturas Asfálticas – Tipo II .......................... 40
FIG. 2.16 Planta da Usina de Reciclagem em Escala Real .................................................... 40
FIG. 2.17 Ilustração Esquemática e Exemplo de Compactador Giratório Superpave (CGS) 44
FIG. 2.18 Fluxograma da Dosagem Superpave ..................................................................... 46
FIG. 2.19 Separação Química do Ligante Asfáltico Segundo Cobertt .................................. 48
FIG. 2.20 Estrutura Hipotética de uma Molécula de Asfalteno Segundo Yen ...................... 48
FIG. 2.21 Representação do Modelo de Micelas de Yen ....................................................... 49
FIG. 2.22 Comportamento do CAP em Função do Tempo de Aplicação de Carga .............. 50
FIG. 2.23 Envelhecimento do Ligante Asfáltico nas Etapas de Construção e de Utilização do
Pavimento .............................................................................................................. 53
FIG. 2.24 Alterações na Composição Química do CAP após Usinagem, Aplicação Durante a
Vida de Serviço ..................................................................................................... 57
FIG. 2.25 Rotarex para Extração de CAP .............................................................................. 60
FIG. 2.26 Representação do Destilador Abson (Sox-Let) ..................................................... 61
FIG. 2.27 Representação do Destilador Abson (Rotavapor) .................................................. 61
FIG. 3.1 Material Fresado Utilizado no Presente Trabalho ................................................. 64
11
FIG. 3.2 Peneiramento Inicial na Peneira de Abertura #3/4 do Agregado Fresado ............. 65
FIG. 3.3 Distribuição Granulométrica do Agregado Fresado sem Extração do Ligante
Asfáltico ................................................................................................................ 66
FIG. 3.4 Gráfico da Distribuição Granulométrica do Agregado Fresado após Extração do
Ligante Asfáltico ................................................................................................... 67
FIG. 3.5 Borracha Moída de Pneu de Granulometria Fina .................................................. 68
FIG. 3.6 Distribuição Granulométrica Média da Brita 0 ...................................................... 70
FIG. 3.7 Distribuição Granulométrica Média da Brita 1 ...................................................... 71
FIG. 3.8 Distribuição Granulométrica Média do Pó de Pedra ............................................. 71
FIG. 3.9 Distribuição Granulométrica Média do Fíler (Cal Hidratada) ............................... 71
FIG. 3.10 Distribuição Granulométria Média da Borracha Moída ........................................ 72
FIG. 3.11 Compactação dos Corpos-de-Prova e CPs após Compactação ............................. 73
FIG. 3.12 Usinagem de Misturas a Quente usando o Protótipo J-1000 ................................. 74
FIG. 3.13 Rotavapor Utilizado na Destilação dos Corpos-de-Prova ..................................... 76
FIG. 3.14 Equipamento Utilizado para Destilação em Presença de CO2 Laboratório do IME
............................................................................................................................... 77
FIG. 3.15 Ensaio de Resistência à Tração por Compressão Diametral .................................. 78
FIG. 3.16 Ensaio de Módulo de Resiliência........................................................................... 80
FIG. 3.17 Corpos-de-Prova Aplicando-se Vácuo e Banho de 60 °C ..................................... 81
FIG. 4.1 Enquadramento Granulométrico do Traço I – Laboratório e Campo, faixa C DNIT
............................................................................................................................... 84
FIG. 4.2 Enquadramento Granulométrico do Traço II – Laboratório e Campo, faixa C DNIT
............................................................................................................................... 85
FIG. 4.3 Enquadramento Granulométrico do Traço III – Laboratório e Campo, faixa C
DNIT ..................................................................................................................... 86
FIG. 4.4 Gráficos dos Parâmetros Volumétricos e Estabilidade Marshall para Misturas do
Traço I – Laboratório e Campo ............................................................................. 88
FIG. 4.5 Gráficos dos Parâmetros Volumétricos e Estabilidade Marshall para Misturas do
Traço II – Laboratório e Campo ............................................................................ 88
FIG. 4.6 Gráficos dos Parâmetros Volumétricos e Estabilidade Marshall para Misturas do
Traço III – Laboratório e Campo .......................................................................... 89
FIG. 4.7 Equipamento para Determinação da Máxima Densidade Medida (Gmm) ............ 89
FIG. 4.8 Volume de Vazios em Função de cada Mistura Estudada ..................................... 92
12
FIG. 4.9 Relação Betume Vazios em Função de cada Mistura Estudada ............................ 92
FIG. 4.10 Vazios do Agregado Mineral em Função de cada Mistura Estudada .................... 93
FIG. 4.11 Estabilidade Marshall em Função de cada Mistura Estudada ................................ 93
FIG. 4.12 Resultados dos Ensaios de Resistência à Tração ................................................... 95
FIG. 4.13 Resistência à Tração sem Condicionamento e com Condicionamento ................. 96
FIG. 4.14 Resistência à Tração Retida (RTu/RT) ................................................................... 96
FIG. 4.15 Resultados do Ensaio de Módulo de Resiliência ................................................... 98
FIG. 4.16 Acompanhamento da Pesagem dos Agregados e da Temperatura da Mistura ...... 99
FIG. 4.17 “Bolas” de Massa Asfáltica ................................................................................. 100
FIG. 4.18 Compactação do Asfalto com “bolas” de Concreto Asfáltico ............................. 100
FIG. 4.19 Compactação Manual dos Corpos-de-Prova em Campo ..................................... 101
13
LISTA DE TABELAS
TAB. 2.1 Organização Hierárquica do Método Superpave ................................................... 45
TAB. 2.2 Mudanças na Composição Química dos Ligantes Asfálticos após Ensaios de
Envelhecimento ..................................................................................................... 56
TAB. 2.3 Mudanças nos Ensaios Convencionais dos Ligantes Asfálticos após Ensaios de
Envelhecimento ..................................................................................................... 58
TAB. 3.1 Granulometria do Agregado Fresado sem Extração do Ligante ............................ 65
TAB. 3.2 Granulometria do Agregado Fresado após Extração do Ligante ........................... 66
TAB. 3.3 Teor de Ligante do Agregado Fresado ................................................................... 67
TAB. 3.4 Densidade Real do Agregado Fresado ................................................................... 68
TAB. 3.5 Granulometria da Brita 0 ........................................................................................ 69
TAB. 3.6 Granulometria da Brita 1 ........................................................................................ 69
TAB. 3.7 Granulometria do Pó de Pedra ............................................................................... 70
TAB. 3.8 Granulometria do Fíler Cal Hidratada .................................................................... 70
TAB. 3.9 Densidade dos Agregados Convencionais ............................................................. 72
TAB. 3.10 Teores de ligante usados para a determinação do teor ótimo de CAP ................... 73
TAB. 3.11 Misturas Asfálticas Dosadas para cada Traço ........................................................ 74
TAB. 3.12 Caracterização do CAP Utilizado na Presente Pesquisa ........................................ 75
TAB. 3.13 Caracterização do CAP após Envelhecimento (Extração Abson) .......................... 77
TAB. 4.1 Enquadramento Granulométrico do Traço I – Laboratório e Campo .................... 83
TAB. 4.2 Enquadramento Granulométrico do Traço II – Laboratório e Campo ................... 84
TAB. 4.3 Enquadramento Granulométrico do Traço III – Laboratório e Campo .................. 85
TAB. 4.4 Resultado da Dosagem Marshall para o Traço I de Laboratório e Campo ............ 87
TAB. 4.5 Resultado da Dosagem Marshall para o Traço II de Laboratório e Campo ........... 87
TAB. 4.6 Resultado da Dosagem Marshall para o Traço III de Laboratório e Campo .......... 87
TAB. 4.7 Teores Ótimos de CAP e Máxima Densidade Medida (Gmm) .............................. 90
TAB. 4.8 Parâmetros Volumétricos e Estabilidade Marshall das Misturas ........................... 91
TAB. 4.9 Resultados dos Ensaios de Resistência à Tração ................................................... 94
TAB. 4.10 Resultados dos Ensaios de Dano por Umidade Induzida ....................................... 95
TAB. 4.11 Módulos de Resiliência e Resistência à Tração das Misturas ................................ 97
TAB. 4.12 Resultados dos Ensaios Mecânicos Utilizando Material Fresado .......................... 98
14
LISTA DE SIGLAS
AASHTO (American Association of State Highway and Transportation Officials)
– Associação Norte-Americana de Órgãos Oficiais Rodoviários e de
Transporte
ABNT Associação Brasileira de Normas Técnicas
AR Agente Rejuvenescedor
ARRA (The Asphalt Recycling and Reclaiming Association) – Associação de
Reciclagem Asfáltica dos Estados Unidos
ASTM (American Society for Testing and Materials) – Sociedade Americana
para Testes e Materiais
CA Concreto Asfáltico
Ca Cálcio
CAP Cimento Asfáltico de Petróleo
CBUQ Concreto Betuminoso Usinado a Quente
CGS Compactador Giratório Superpave
Co Cobalto
CO2 Gás Carbônico
COPPE Instituto Alberto Luiz Coimbra de Pós-Graduação e Pesquisa de
Engenharia
CP Corpo-de-Prova
Cu Cobre
DER Departamento de Estradas de Rodagem
DNER Departamento Nacional de Estradas de Rodagem
Fe Ferro
FDR (Full Deph Reclamation) – Reciclagem Profunda
IME Instituto Militar de Engenharia
LVDT (Linear Variable Differential Transformer) – Transformador de
Diferencial Variável Linear
Mg Magnésio
MR Módulo Resiliente
Na Sódio
15
NBR Norma Brasileira
Ni Níquel
PGT Pós-Graduação em Engenharia de Transportes
RBV Relação Betume Vazios
RT Resistência à Tração
RTT Resistência à Tração Retida por Umidade Induzida
RTu Resistência à Tração por Umidade Induzida
SARA Saturados Aromáticos Resinas e Asfaltenos
SHRP (Strategic Highway Research Program) – Programa de Pesquisas
Rodoviárias Estratégicas dos Estados Unidos
Sn Estanho
Ti Titânio
UFRJ Universidade Federal do Rio de Janeiro
V Vanádio
VAM Volume de Vazios no Agregado Mineral
Vv Volume de Vazios
Zn Zinco
16
RESUMO
As misturas asfálticas recicladas a quente podem se encaixar entre os materiais
alternativos, por trabalharem com asfaltos duros além de ter ganhos com matéria-prima
ambientalmente amigável e de baixo custo. Um dos principais problemas a serem resolvidos
nas atividades práticas de reciclagens de concretos asfálticos é a necessidade frequente da
adição de novos agregados pétreos ao material fresado para obtenção do enquadramento
granulométrico da mistura asfáltica obtida (reciclada). O presente trabalho apresenta o
comportamento mecânico de misturas asfálticas recicladas determinadas primeiramente em
laboratório e posteriormente em campo, utilizando-se a usina protótipo de escala reduzida,
com usinagem a quente. O método de dosagem adotado para este estudo foi a dosagem
Marshall, tendo sido usado um ligante asfáltico 30/45 convencional. Para a caracterização do
ligante asfáltico, do ligante extraído e recuperado das misturas recicladas em campo
utilizando o protótipo, foram utilizados os ensaios tradicionais baseados na penetração, na
viscosidade brookfield e no ponto de amolecimento. As misturas asfálticas foram dosadas
sem a adição de material fresado, com uma taxa de 100% de material fresado proveniente de
rodovias do interior do Rio de Janeiro. As misturas asfálticas recicladas tiveram as
propriedades mecânicas, tais como módulo de resiliência, resistência à tração e dano por
umidade induzida determinadas em laboratório. Misturas asfálticas dosadas em laboratório
foram comparadas com misturas produzidas em campo, na usina protótipo J-1000, em termos
de propriedades mecânicas, tendo sido obtida boa correlação de resultados. Foi pesquisado o
efeito do envelhecimento do ligante na usina protótipo por meio da extração do ligante, de
misturas compactadas no campo, pelo processo Abson, tendo sido obtidos resultados
satisfatórios. Em termos gerais, conclui-se que o equipamento protótipo em escala reduzida –
equipamento J-1000 – foi capaz de reproduzir com boa acurácia as misturas projetadas em
campo.
17
ABSTRACT
The recycled hot mix asphalt can fit between alternative materials for working with hard
asphalt in addition to gains raw material environmentally friendly and inexpensive. One of the
main problems to be solved in the practical activities of recycling of asphalt concrete is the
need for frequent addition of new rock aggregates the milled material to obtain the
granulometric framing of asphalt mixture obtained (recycled). This paper presents the
mechanical behavior of recycled asphalt mixtures determined primarily in the laboratory and
then in the field, using a small-scale prototype plant with hot machining. The assay was
adopted for this study the dose Marshall, having been used asphalt binder 30/45 standard. For
the characterization of the asphalt binder, the binder extracted and recovered from recycled
mixtures in the field using the prototype, we used the traditional assays based on penetration,
brookfield viscosity and softening point. The asphalt mixtures were measured without the
addition of milled material, with a rate of 100% milled material from the interior roads of Rio
de Janeiro. The recycled asphalt mixtures had the mechanical properties such as resilient
modulus, tensile strength and moisture damage induced in certain laboratory. Dosed asphalt
mixtures in the laboratory were compared with mixtures field produced in the prototype plant
J-1000 in terms of mechanical properties, good correlation has been obtained results. Has
evaluated the effect of aging of the binder in the prototype plant by extracting the binder
mixtures compacted in the field, the process Abson, satisfactory results have been obtained. In
general, it is concluded that the prototype equipment on a reduced scale equipment - J-1000 -
was able to reproduce with good accuracy mixtures projected onto the field.
18
1 INTRODUÇÃO
1.1 CONSIDERAÇÕES INICIAIS
O Brasil é um país de dimensões continentais, tendo malhas rodoviária, ferroviária e
hidroviária ainda insuficientes para atender à demanda por transportes de passageiros e de
carga. Há, portanto, a necessidade de construção de vias nesses modais, além da realização de
melhorias e adequações nas vias existentes. Essa necessidade se torna mais latente porque o
crescimento econômico, dependente de maior competitividade no mercado internacional, fica
limitado quando não se possui uma malha extensa, de qualidade, que, consequentemente, não
oferece um baixo custo de operação (CARVALHO, 2012).
No Brasil, estudos e pesquisas vêm desenvolvendo e inovando técnicas de agregados
alternativos em misturas asfálticas, abrindo caminhos para que sejam utilizados em obras de
pavimentação por todo o país. A técnica que incorpora agregados alternativos à produção de
revestimentos asfálticos vem sendo utilizada em diversas obras de estradas do país, obtendo
satisfatórios resultados, os quais têm incentivado pesquisas ambientalmente corretas, com a
busca de novas tecnologias e de agregados alternativos para a engenharia de pavimentação
(REIS & GUIMARÃES, 2012a).
Com a preocupação mundial quanto ao desenvolvimento sustentável e a implantação, no
Brasil, da Política Nacional de Meio Ambiente, as obras de infraestrutura tiveram que adequar
as suas atividades desde as fases de planejamento até a implantação da obra, além das fases de
conservação e de restauração, após a deterioração das rodovias, seja em função do excesso de
peso dos veículos, ou de má execução das obras, ou mesmo pelo desgaste natural da vida útil
dos pavimentos.
O ligante asfáltico do revestimento envelhece por oxidação durante a vida útil de serviço
de um pavimento e, principalmente, durante sua usinagem. Essa oxidação ocorre com maior
velocidade nas camadas superficiais, devido a uma maior exposição a elementos que alteram
as características do ligante (ROBERTS et al., 1996).
19
O efeito da temperatura e das demais condições climáticas, nos pavimentos asfálticos,
causa o seu envelhecimento, que leva a um enrijecimento da mistura betuminosa. Com o
passar do tempo, o asfalto se torna mais duro e quebradiço até chegar a um ponto em que é
preciso fazer a recuperação do revestimento (LIMA, 2003).
A reciclagem dos materiais de construção de pavimentos atinge todos os objetivos
técnicos, sociais e econômicos ao prover rodovias seguras e eficientes, ao mesmo tempo em
que reduz o impacto ambiental, apresentando menor consumo de energia quando comparada
com a restauração convencional dos pavimentos. Uma vez que o custeio da manutenção, da
restauração e da reconstrução de rodovias terá que competir com o de outros gastos públicos,
a inovação requer que se faça mais com menos (BONFIM, 2001).
1.2 OBJETIVO
1.2.1 OBJETIVO GERAL
Esta dissertação tem como objetivo apresentar uma análise comparativa dos
comportamentos físico e mecânico de misturas asfálticas produzidas a partir da reciclagem de
concreto asfáltico elaborada em laboratório e usinada no campo com um equipamento
protótipo em escala reduzida (J-1000), para fins de validação desse protótipo.
1.2.2 OBJETIVO ESPECÍFICO
O objetivo específico deste trabalho é desenvolver, em laboratório, traços de misturas
asfálticas com agregado reciclado; e, em campo – utilizando a usina protótipo denominada J-
1000 –, desenvolver misturas asfálticas com traços dosados em laboratório, moldando corpos-
de-prova com soquete Marshall. Avaliar comparativamente o comportamento mecânico das
misturas elaboradas em laboratório e em campo, considerando o equipamento J-1000, para
fim de verificação da capacidade do equipamento na reprodução dos traços de laboratório.
Analisar o grau de envelhecimento do ligante asfáltico, durante a fase de usinagem, com o
equipamento J-1000, através da extração do ligante da mistura pelo método Abson, seguindo
caracterização tradicional.
20
1.3 JUSTIFICATIVA E RELEVÂNCIA
A principal justificativa para a realização desta dissertação desdenha a importância de se
reciclar o concreto asfáltico fresado disposto de forma inadequada, o que contribui
negativamente para o meio ambiente, e se torna um passivo ambiental, sem destino adequado.
A utilização da usina de reciclagem de concreto asfáltico denominada J-1000 é uma inovação
tecnológica cujo desempenho será avaliado neste estudo de acordo com os objetivos que
viabilizam a produção de uma mistura com características satisfatórias, trazendo ainda uma
inovação tecnológica para a engenharia rodoviária em obras de pavimentação por todo o país.
1.4 ESTRUTURA
A presente dissertação está estruturada da seguinte forma:
Capítulo 1 – Introdução: Neste capítulo são apresentadas as considerações iniciais sobre
o tema proposto, o objetivo, a justificativa, a relevância, e a composição da dissertação.
Capítulo 2 – Fundamentação teórica: Neste capítulo são apresentadas definições e
considerações pertinentes à reciclagem de concreto asfáltico, ao envelhecimento do ligante
asfáltico, e os aspectos gerais sobre o equipamento J-1000, objeto de estudo nesta pesquisa.
Capítulo 3 – Materiais e Métodos: Neste capítulo apresentam-se os materiais utilizados
e os procedimentos experimentais adotados no desenvolvimento da presente pesquisa.
Capítulo 4 – Resultados e discussões: Neste capítulo são apresentados os resultados e a
discussão a respeito dos ensaios de dosagens e dos ensaios mecânicos realizados.
Capítulo 5 – Conclusões: Neste último capítulo são apresentadas as conclusões e
algumas sugestões para a elaboração de trabalhos futuros.
21
2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
2.1 RECICLAGEM DE MISTURAS ASFÁLTICAS
A deterioração de estruturas de pavimentos rodoviários ocorre gradualmente, com a
deterioração de seus componentes físicos, ocasionando a queda de sua serventia ao longo do
tempo (SACHET, 2007). Esse processo é acionado pela ação repetida das cargas de serviço,
pelas intempéries, e pelas alterações físicas e químicas naturais dos materiais. O controle da
degradação dos pavimentos é efetuado pela especificação dos materiais, pelo
dimensionamento estrutural e pela própria concepção da estrutura.
TUCHUMANTEL JR. (1988) afirma que, durante muitos anos, os órgãos responsáveis
pela manutenção de estradas, em todo o mundo, mantinham a rede de estradas pela adição de
camadas sucessivas de concretos asfálticos sobre pistas de concreto de cimento Portland ou
concreto asfáltico, procurando estender, o máximo possível, a vida útil das estradas, com os
recapeamentos periódicos. No entanto, com a adição subsequente de camadas de
recapeamento, vão surgindo problemas com relação à altura útil em túneis, sob viadutos,
altura de meio-fio e defensas, bem como problemas de drenagem e formação de degraus nos
acostamentos.
A técnica de promover a melhoria do pavimento com coberturas asfálticas adicionais,
através de uma ou mais camadas, principalmente em vias urbanas, se torna inadequada e
ineficiente, ocasionando, entre outros fatores, um desnível. Cita-se um exemplo: entre a pista
e o tampão de ferro, um desnível obtido como resultado de dois recapeamentos sucessivos
pode causar, além de acidentes, desconforto para usuários da via.
Os métodos de restauração de superfície mais empregados, hoje em dia, são a execução
de camada asfáltica adicional sobre o revestimento existente; e a fresagem com recomposição
do revestimento asfáltico. Uma outra alternativa para a recuperação dos pavimentos
deteriorados é a técnica de reciclagem, que consiste no reaproveitamento dos materiais
existentes no pavimento (DAVID, 2006).
22
A técnica de reciclar pavimentos consiste basicamente na reabilitação, por meio da qual
toda a camada do pavimento existente (ou parte dela) é reaproveitada na construção de uma
nova camada, incorporando-se ou não novos materiais, o que permite a obtenção de um
pavimento com características semelhantes ou superiores às do pavimento antigo. Uma nova
camada é colocada em substituição à antiga, evitando-se, com isso, a sobreposição de
camadas (SOUZA, 2009).
FIG. 2.1 - Desnível de 10 cm entre a Pista e o Tampão de Ferro (BONFIM, 2001)
BERNUCCI et al. (2006) sintetizam sobre a reciclagem de pavimentos afirmando que:
“Entende-se por reciclagem de pavimentos o processo de reutilização de misturas asfálticas
envelhecidas e deterioradas para produção de novas misturas, aproveitando os agregados e
ligantes remanescentes, provenientes da fresagem, com acréscimo de agentes
rejuvenescedores, espuma de asfalto, Cimento Asfáltico de Petróleo (CAP) ou Emulsão
Asfáltica de Petróleo (EAP) novos, quando necessários, e também com adição de
aglomerantes hidráulicos”.
A técnica da reciclagem de revestimentos asfálticos permite reaproveitar um revestimento
asfáltico em condição deteriorada, através da fresagem e a subsequente mistura a novos
agregados e ligantes asfálticos (SILVEIRA, MOREIRA & SOARES, 2003). A tecnologia
usada para reciclar o pavimento deve ser capaz de produzir material que assegure as
propriedades apresentadas pelo material que o originou, garantindo que problemas ocorridos
anteriormente não mais se apresentem – e nisso reside a sua importância (SACHET, 2007).
23
A utilização da técnica de reciclagem possui vantagens tais como a economia de
materiais pétreos e a preservação ambiental. Fazendo-se desnecessária a utilização de novos
materiais pétreos e asfálticos, a técnica viabiliza economicamente a obra. Quando se trata de
reciclagem, a questão ambiental procura ser sempre assegurada; e, seguindo a mesma
especulação, a reciclagem de pavimentos evita o abuso das áreas de exploração, ocasionando
a redução de exploração nas jazidas. Segundo SUZUKI et al. (2004), a evolução tecnológica
da reciclagem é realizada em harmonia com o meio ambiente, de forma que o material
retirado seja reutilizado, não havendo desperdício de materiais.
O ASPHALT INSTITUTE (1989) afirma que, mesmo em locais de ocorrência abundante
de agregados pétreos, a reciclagem se faz necessária, podendo reduzir o custo devido ao
transporte de materiais. Outro fator que torna a reciclagem atrativa é quando não se dispõe de
local adequado para depositar o material removido do pavimento deteriorado, principalmente
devido a restrições impostas pela legislação ambiental (DAVID, 2006).
As regiões Norte e Nordeste do Brasil, por não possuírem quantidades significativas de
aglomerados rochosos, são um exemplo do uso de técnicas de agregados alternativos, o que
desencadeia estudos e pesquisas sobre tais técnicas na região, explorando-se o uso de
agregados tipicamente locais. Segundo GUIMARÃES & DORNELLAS (2010), a utilização
de laterita da Amazônia, em rodovias no norte do país, apresentou resultados físicos e
mecânicos satisfatórios para o emprego dessas lateritas, sendo o trecho da BR 319/AM lote C,
pavimentado e monitorado.
Trabalhos recentes mostram que as misturas com materiais reciclados têm apresentado
um desempenho similar e, em alguns casos, superior ao das misturas asfálticas convencionais,
quando se comparam as suas propriedades mecânicas. Além disso, permitem uma
significativa diminuição no tempo de execução das obras de restauração de vias (LIMA,
2003).
BALAGUER (2012) ressalta que a técnica de asfalto modificado com borracha moída de
pneus – o asfalto borracha, pelo processo continuous blend –, se coloca como uma das
ferramentas para atender aos requisitos de qualidade para as rodovias brasileiras, pois conta
com a experiência de sucesso que essa mistura obteve nos últimos 40 anos em rodovias
americanas, principalmente em regiões de temperaturas altas e grande insolação, como o
Brasil e também o estado do Rio de Janeiro. O processo continuous blend de produção do
asfalto borracha utilizado em obra, foi executado pela primeira vez no Brasil na restauração
24
do concreto asfáltico da rodovia RJ-122, e trouxe um caráter inovador às obras de
pavimentação.
Estima-se atualmente que cerca de 27 milhões de toneladas de ligante asfáltico e meio
bilhão de toneladas de agregados sejam consumidos a cada ano na construção e manutenção
de rodovias nos Estados Unidos (PETERSON et al., 1994).
A utilização de todo o material proveniente de pavimentos antigos sustentaria obras de
pavimentação, dando destino adequado e ambientalmente correto aos materiais que, em
consideráveis quantidades, são descartados, sem reaproveitamento, e ainda sem a asseguração
da questão ambiental, quando dispostos em locais inadequados, como beiras estradais e
proximidades de bacias hidrográficas.
LIMA (2003) afirma que:
“Outras vantagens do uso da reciclagem de pavimentos estão relacionadas à economia de
energia em relação às tradicionais técnicas de construção de pavimentos, a manutenção do
perfil geométrico existente, evitando a sobreposição de revestimentos que alteram o greide
da via, a preservação de boa parte dos dispositivos de drenagens superficiais durante os
serviços de reconstrução do pavimento existente, a correção de defeitos superficiais no
revestimento, e a possibilidade de correção do perfil transversal e/ou longitudinal de uma
via sem a necessidade de intervenção nas camadas do pavimento. Da mesma forma, podem
ser evitados problemas relacionados com a altura livre em passagens inferiores de túneis e
viadutos devido aos recapeamentos sucessivos”.
A reciclagem surgiu devido à necessidade de proteger o meio ambiente. Decorrente disso,
pontos positivos notáveis se apresentam, tais como: a redução do consumo de recursos
naturais; a economia no custo da produção, devido, em primeiro lugar, à redução no consumo
de energia, associado à preparação de matérias-primas a serem incorporadas nos produtos
finais, e, em segundo lugar, à redução na exploração de jazidas, reutilizando-se material da
estrutura existente.
Segundo DAVID (2006) outro motivo para o uso da reciclagem é o conjunto de restrições
impostas por legislações de controle ambiental, que estão sendo implantadas
progressivamente em todos os países do mundo, e que estabelecem a redução da deposição de
resíduos, da emissão de gases poluentes e da exploração de fontes de materiais não-
renováveis. Todavia, SILVA (2011b) declara que o termo “reciclagem” se destacou no final
dos anos 80 quando foi constatado que as fontes de petróleo e de outras matérias-primas não-
renováveis estavam se esgotando rapidamente, e começava a existir a preocupação ambiental
quanto à disposição final dos resíduos.
25
Fazendo-se uma análise global quanto ao emprego da técnica de reciclagem de
pavimentos observa-se que a reciclagem, nos Estados Unidos e na Europa, conforme dados
publicados por HOLTZ & EIGHMY (2000), resulta em aproveitamento de elevada
porcentagem de material recuperado dos pavimentos com revestimento asfáltico.
FILHO (2003) afirma que a reciclagem de pavimentos no Brasil é uma atividade em
franco desenvolvimento, devendo ser cada vez mais estimulada pelos órgãos governamentais,
haja vista que o país possui uma rede pavimentada de dezenas de milhares de quilômetros.
2.2 BREVE HISTÓRICO SOBRE A RECICLAGEM DE PAVIMENTOS
As primeiras rodovias foram construídas a partir da invenção da roda, há mais de 5.000
anos, quando constatou-se a necessidade da utilização de materiais mais resistentes em sua
construção (PREGO, 2001).
A partir da crise do petróleo, na década de 70, com a escassez de materiais asfálticos e a
crise econômica internacional, os técnicos rodoviários internacionais, em conjunto com os
organismos de fomento, voltaram-se para a ideia de reprocessar os materiais de pavimentação
de pistas deterioradas, por meio da reciclagem, de forma a restaurar as condições de
trafegabilidade de vias em níveis satisfatórios, tanto do ponto de vista técnico quanto do
financeiro (BONFIM, 2001).
Inicialmente, a reciclagem era realizada com equipamentos manuais com dispositivos de
lâminas e escarificadores (Figura 2.2), para a retirada do material da pista. Atualmente,
utilizam-se máquinas recicladoras (Figura 2.3), e fresadoras (Figura 2.4).
FIG. 2.2 Trator Pesado Equipado com Escarificador (Ripper) (COSTA & PINTO, 2011)
26
FIG. 2.3 Recicladora usada em obras executadas pelo Exército Brasileiro
COSTA & PINTO (2011) afirmam ainda que o princípio básico de ambas as máquinas é
o mesmo: fragmentar, triturar e retirar a camada antiga do pavimento e, assim, reutilizá-la,
através da combinação com materiais novos, obtendo-se uma nova camada.
FIG. 2.4 Máquina fresadora (COSTA & PINTO, 2011)
KANDHAL (1997) declara que o uso das técnicas de reciclagem de pavimentos
asfálticos data do início do século passado, mais precisamente por volta de 1915. O uso do
CAP na reciclagem de pavimentos é anterior aos anos 30, quando apareceram as primeiras
máquinas de fresagem nos Estados Unidos, desenvolvidas por um empreiteiro de Utha
(TERREL & FRITCHEN, 1978).
27
CASTRO (2003) afirma que a reciclagem foi empregada pela primeira vez, no Brasil, em
1960, pela Prefeitura Municipal da cidade do Rio de Janeiro. Os revestimentos asfálticos das
ruas eram removidos com a utilização de marteletes e transportados para serem remisturados
em usina.
No Brasil, os anos de 1985 e 1986 foram marcos na tentativa de introdução dos processos
de reciclagem de misturas asfálticas a quente, com obras da Via Anhanguera, em São Paulo
(BALBO & BODI, 2004; CAMPOS, 1987). Ainda na década de 80, foi realizada, pelo
Departamento Nacional de Estradas de Rodagem (DNER), a reciclagem a quente in situ, na
rodovia Presidente Dutra, em trechos localizados no estado do Rio de Janeiro e de São Paulo
(DNER, 1996).
Alguns trechos experimentais utilizando reciclagem a frio em usina foram executados
ainda na década de 80, na rodovia Anchieta; e na década de 90, na rodovia do Açúcar, pelo
Departamento de Estradas de Rodagem (DER) do estado de São Paulo (PARANHOS &
TUCHUMANTEL, 1992).
2.3 MÉTODOS DE RECICLAGEM
Diversas técnicas de reciclagem foram desenvolvidas para a situação do pavimento
existente. Neste trabalho, serão descritas, de uma forma generalizada, os principais métodos
de reciclagem de pavimentos flexíveis, que pode ser realizada a frio ou a quente, com
processamento em usina ou in situ.
A primeira etapa da reciclagem consiste na fresagem do pavimento existente, de acordo
com a profundidade especificada em projeto. Segundo BONFIM (2001), a origem do termo
“fresagem” remonta à técnica de desbaste ou corte de metais, ou de outras peças, por
intermédio de uma engrenagem motora constituída de um cortador giratório de ângulos
diversos, ou de várias fresas, em movimento giratório contínuo.
BERNUCCI et al. (2006) detalham que a fresagem é a operação de corte, por uso de
máquinas especiais, de parte ou de todo o revestimento asfáltico existente em um trecho de
via, ou até englobando outra camada do pavimento, como forma de restauração da qualidade
ao rolamento da superfície, ou como melhoria da capacidade de suporte.
28
A fresagem proporciona o corte do pavimento, podendo ser realizada a frio ou a quente,
resultando em partículas de dimensões finais dependentes da profundidade do corte; da
velocidade do avanço da máquina; do sentido de rotação do cilindro fresador; da qualidade do
material; do teor do asfalto; das condições de revestimento; e das condições ambientais
(BONFIM, 2001; DNER, 1996). A Figura 2.5 ilustra a fresagem a frio:
FIG. 2.5 Equipamento para Fresagem a Frio (KANDHAL & MALLICK, 1997)
O material fresado pode ser transportado para ser reciclado em usina ou pode ser
reciclado no próprio local, tratando-se, respectivamente, de reciclagem em usina e reciclagem
in situ. O pavimento reaproveitado pode ser processado a quente ou a frio.
O agregado fresado é constituído por grumos de agregados cobertos ou parcialmente
recobertos por asfalto envelhecido a eles aderido, o que confere características bastante
peculiares devido à sua composição (SILVA, 2011a). De acordo com ARRA (2001), existem
três vertentes de definição desse material: (i) considerado agregado negro, no qual o agregado
fresado é tratado como um agregado, e o ligante oxidado presente nos grumos não é
considerado na dosagem; (ii) o asfalto aderido é passível de regeneração até a consistência
original ou próxima a ela, por incorporação de agentes rejuvenescedores; e, por fim, a mais
aceita, (iii) relativo grau de amolecimento do asfalto, de difícil mensuração, mas que interfere
no resultado de ensaios de comportamento mecânico.
A Associação de Reciclagem Asfáltica dos Estados Unidos (The Asphalt Recycling and
Reclaiming Association – ARRA), define cinco categorias principais de diferentes métodos de
reciclagem (KANDHAL & MALLICK, 1997):
Reciclagem a frio (Cold planning);
Reciclagem a quente (Hot recycling);
29
Reciclagem a quente in situ (Hot in place recycling);
Reciclagem a frio in situ (Cold in place recycling);
Reciclagem de camadas do pavimento (Full depth reclamation).
As técnicas norte-americanas não variam significativamente das empregadas na
comunidade europeia, que restaura seus pavimentos por meio de reciclagem com maior
frequência que nos Estados Unidos, respeitadas as devidas proporções.
2.3.1 RECICLAGEM A FRIO
A reciclagem a frio é definida como um processo em que o material removido do
pavimento é combinado com ligante asfáltico novo e/ou agentes de reciclagem, e agregado
virgem (se necessário), produzindo misturas asfálticas a frio, no local ou em usina, para serem
utilizadas como camada de base (ASPHALT INSTITUTE, 1989). Sobre essa camada, aplica-
se um tratamento superficial ou uma mistura asfáltica, como microrrevestimento asfáltico ou
concreto asfáltico, com a função de proteger a camada reciclada dos danos causados pela água
e da abrasão provocada pelo tráfego (KANDHAL & MALLICK, 1997).
MOMM & DOMINGUES (1995) afirmam que, quando o reprocessamento dos materiais
de pavimentação ocorre sem o dispêndio de energia para o seu aquecimento, essa técnica é
designada de reciclagem a frio. Poderão ser adicionados materiais betuminosos (emulsão
asfáltica), agregados, agentes rejuvenescedores ou estabilizantes químicos. A mistura final
será utilizada como camada de base, e deverá ser revestida com um tratamento superficial ou
uma mistura asfáltica nova a quente, antes de ser submetida à ação direta do tráfego
(CASTRO, 2003).
A reciclagem a frio pode ainda ser realizada com o apoio de usinas móveis, sistema
similar às usinas estacionárias montadas nas proximidades dos trechos em execução, que
permitem trabalho com misturas a frio. Segundo PINTO (2002), esses equipamentos
trabalham por meio de geradores, permitindo independência da rede pública de energia, e
produzindo misturas de alta qualidade.
30
2.3.2 RECICLAGEM A FRIO EM USINA
Na reciclagem a frio, em usina estacionária, a mistura do material é realizada em usinas
de solos (Figura 2.6) e o processo básico de operação é a retirada do material antigo, pela
fresagem; e o posterior transporte do material fresado para a usina de solos, a fim de processar
a mistura com os agregados novos e, se necessário, adicionar material de enchimento e agente
rejuvenescedor emulsionado. BONFIM (1999) ressalta que essa técnica é muito utilizada em
países europeus e a porcentagem de reaproveitamento do material fresado pode atingir cerca
de 90%.
FIG. 2.6 Esquema de uma Usina de Solos (DNER, 1994d).
A reciclagem em usina móvel (Figura 2.7) pode produzir misturas de alta qualidade com
material granular virgem e também com material fresado. Essa usina permite a execução de
misturas com espuma de asfalto destinadas à camada de base, além de possibilitar também a
execução de misturas com emulsão e/ou cimento (WIRTGEN, 1999).
31
FIG. 2.7 Usina Misturadora a Frio (WIRTGEN, 1999).
Essa usina dispõe de instalação elétrica por meio de um gerador, que torna seu uso
independente, não necessitando de rede pública, e de um microprocessador para dosagem e
controle da mistura. Dessa forma, a usina possibilita a pré-fabricação a frio de misturas de
materiais para uso como camadas de base ou de rolamento. Sendo instalada perto da obra,
pode-se economizar tempo e a mistura é facilmente transportada por meio de caminhões até o
local desejado. Os agregados não necessitam de estar secos e nem aquecidos. Por outro lado,
essas usinas, por serem a frio, não aproveitam a importante propriedade do ligante asfáltico de
variar sua viscosidade com o aquecimento, que proporciona melhor ligação agregado-ligante.
Na pista, a operação prossegue com o espalhamento e a compactação da camada por meio
de acabadoras convencionais, seguida da compactação final, feita com rolos compactadores
(PINTO, 2002).
2.3.3 RECICLAGEM A FRIO IN SITU
A reciclagem a frio in situ é definida como uma técnica em que os materiais existentes no
pavimento são reutilizados no próprio local (Figura 2.8). Os materiais são misturados sem
aplicação de aquecimento. A operação é realizada utilizando máquinas de reciclagem, as
quais evoluíram de máquinas fresadoras e estabilizadoras de solo para as atuais recicladoras.
São máquinas especializadas e apresentam capacidade de reciclar uma camada espessa de
pavimento numa simples passada.
32
FIG. 2.8 Esquema de Reciclagem a Frio In Situ (WIRTGEN, 1999).
Segundo KANDHAL & MALLICK (1997), a técnica de reciclagem a frio in situ pode
ser desenvolvida de duas maneiras: parcial e total. Na reciclagem total, o revestimento
asfáltico, com a camada granular, é reciclado; enquanto que na reciclagem parcial é reciclado
somente o revestimento asfáltico, ou parte desse.
As máquinas mais modernas, além de fresar/reciclar o material asfáltico, também já
possuem, acoplada à parte traseira, uma mesa acabadora. Outras constituem unidades
múltiplas (fresadoras, classificadoras do material extraído e recicladoras), montadas sobre
chassi de caminhão, sendo, neste caso, a massa espalhada com vibro-acabadora convencional
(ABEDA, 2001).
2.3.4 RECICLAGEM A QUENTE
O uso de reciclagem a quente teve início na Índia e em Singapura, no início da década de
30 (NICHOLLS, 1996). No entanto, sua utilização em larga escala só teve desenvolvimento
na década de 70, com o aumento dos custos de construção rodoviária decorrente da alta do
preço do petróleo (ROBERTS et al., 1996).
33
Entende-se por reciclagem de pavimentos em usina a quente o processo pelo qual os
materiais provenientes de revestimentos deteriorados são misturados a quente, em usina, com
agregados novos, em proporções adequadas. Esse processo tem por objetivo produzir uma
nova mistura asfáltica a quente que atenda aos requisitos de qualidade, resistência e
durabilidade exigidos para a camada em que será utilizada (IBARRA, 2003).
KANDHAL & MALLICK (1997) definem a reciclagem a quente como um método pelo
qual o revestimento asfático fresado é misturado a quente com agregado virgem, asfalto e/ou
agente rejuvenescedor e/ou agente de reciclagem para produzir uma mistura asfáltica
reciclada a quente. O processo pode ser realizado em usina ou in situ.
2.3.5 RECICLAGEM A QUENTE EM USINA
A mistura reciclada pode ser produzida em usinas gravimétricas (bath plants), conforme
demonstrado na Figura 2.9, ou em usinas horizontais (drum mixer), conforme a Figura 2.10
(ASPHALT INSTITUTE, 1989). São utilizados geralmente de 10 a 35% de material reciclado
para a composição da mistura reciclada nas usinas gravimétricas, ao passo que em algumas
situações utilizam-se até 50%. A limitação da quantidade de utilização do material está
relacionada, principalmente, com problemas gerados no aquecimento da mistura e também ao
enquadramento granulométrico (SHELL, 2003).
As usinas gravimétricas consistem basicamente em um depósito para armazenar os
agregados, um secador para retirar a umidade, um depósito para o material fresado, um
elevador para transportar o material para a parte superior da torre, onde serão separados
através de peneiras vibratórias. Segundo o ASPHALT INSTITUTE (1989), a quantidade de
material fresado a ser adicionada à mistura reciclada depende de três fatores: teor de umidade,
temperatura desejada para a mistura asfáltica, e temperatura dos agregados novos previamente
aquecidos. Se a temperatura do material fresado for próxima à temperatura ambiente, e se o
seu teor de umidade for mínimo, é possível utilizar 50% de material fresado na nova mistura
asfáltica reciclada, utilizando esse tipo de usina.
34
FIG. 2.9 Representação Esquemática de uma Usina de Asfalto Vertical (Batch Plant)
(LIMA, 2003)
A usina do tipo drum mixer possui cinco etapas principais: depósitos para estocagem dos
agregados, tanque de suprimento de asfalto, tambor misturador, silos de armazenagem da
mistura pronta e equipamento de controle de emissões poluentes. Os materiais agregados
estocados são dosados conforme o projeto de mistura e transportados através de esteiras até o
tambor, onde procede o aquecimento necessário para a mistura atingir a temperatura
necessária.
O material fresado incorpora-se à mistura na porção média do tambor por intermédio de
correia transportadora do local onde está estocado até o colar adaptado no tambor para essa
finalidade. A entrada do material fresado na porção média do tambor ocorre para evitar um
superaquecimento. Após a mistura de agregado e fresado, no interior do tambor, adiciona-se
asfalto novo e agente rejuvenescedor (se necessário for), na parte final do tambor misturador.
Com a mistura pronta, é feito o seu transporte até os silos de armazenagem, onde são
abastecidos os veículos transportadores da mistura (USACE, 2000). Usinas do tipo drum
mixer permitem que sejam aproveitados até 70% de material fresado na mistura reciclada
(ASPHALT INSTITUTE, 1989).
35
FIG. 2.10 Representação Esquemática de uma Usina de Asfalto do Tipo Drum Mixer
(LIMA, 2003)
2.3.6 RECICLAGEM A QUENTE IN SITU
O método de reciclagem a quente in situ consiste na fresagem do revestimento asfáltico e
na mistura a quente no local com ligante asfáltico novo e/ou agente rejuvescedor e/ou agente
de reciclagem, agregado e/ou mistura asfáltica (para correção da granulometria), e posterior
distribuição da mistura reciclada (DAVID, 2006).
DNER (1996) cita dois tipos de procedimentos: o primeiro consiste na utilização de um
equipamento móvel de misturas recicladas em que a fresagem do revestimento asfáltico é
realizada a frio e a mistura é processada a quente. Caso seja necessária a adição de agregado,
esse deve ser espalhado sobre o pavimento, antes da fresagem. Já o segundo procedimento
consiste no pré-aquecimento da superfície, seguido da utilização de um equipamento que
conjuga unidades fresadoras com câmaras de aquecimento, que efetua a fresagem a quente do
revestimento existente. Se houver necessidade, pode-se adicionar agregados novos ou mistura
asfáltica nova no silo frontal da unidade recicladora. Após a mistura dos materiais, é realizado
o espalhamento e a posterior compactação da mistura reciclada. A Figura 2.11 apresenta a
sequência de operação da reciclagem a quente in situ.
36
FIG. 2.11 Reciclagem a Quente In Situ com Fresagem a Quente (LIMA, 2003)
LIMA (2003) afirma que existem três processos básicos de reciclagem a quente in situ:
(i) escarificação com aquecimento (heater-scarification), no qual o pavimento é aquecido,
escarificado, rejuvenescido, nivelado, reperfilado e compactado; (ii) repavimentação
(repaving), em que é utilizado o mesmo procedimento citado acima, com a adição de uma
nova camada de mistura asfáltica de pouca espessura sobre a superfície reciclada; (iii)
remixing, processo similar aos anteriores, porém com um aquecimento mais efetivo, que
permite a colocação de revestimento mais espesso, e promove uma melhoria do revestimento
já existente, com correções na granulometria do agregado ou ajustes das propriedades do
ligante.
2.3.7 RECICLAGEM DE CAMADAS DO PAVIMENTO
A reciclagem que incorpora as camadas do pavimento à camada asfáltica do
revestimento, com ou sem adição de novos materiais, e produz uma nova camada de base
estabilizada tem sido indicada na reabilitação de pavimentos deteriorados. Essa técnica nada
mais é que uma variação do método de reciclagem a frio, diferenciando-se desse pelo fato de
incorporar diferentes tipos de aditivos, tais como: cal hidratada, cimento, agregados,
emulsões, agentes químicos, etc. Esses aditivos têm por finalidade dotar o pavimento já
existente de características físicas próprias de um pavimento novo (ARAÚJO et al. , 2001).
37
Estudos realizados por SOARES et al. (1999) e SOARES et al. (2000) mostram que a
incorporação de brita às camadas de base tem quase sempre aumentado o desempenho quanto
à deformação permanente, porém não indicando necessariamente aumento de módulo de
resiliência.
ARRA (2001) declara que a reciclagem profunda (FDR – Full Depth Reclamation)
permite que mais camadas, maiores espessuras sejam contempladas pelo processo, desde que
inseridas no parâmetro do projeto. Essa técnica comporta processos de estabilização e
regularização de camadas de base e sub-base, e ainda a alteração nas espessuras das camadas
constituintes do pavimento, o que amplia a capacidade da reciclagem, quando existem
deficiências estruturais envolvidas. A escolha do método de reciclagem a ser adotado para a
reabilitação de pavimentos depende dos tipos de defeitos que são apresentados, sua extensão e
severidade (LIMA, 2003).
2.4 PROTÓTIPO J-1000
O mercado de engenharia como um todo tem progredido em técnica e tecnologia,
aperfeiçoado métodos já utilizados e conquistado métodos inovadores. O crescimento da
engenharia de pavimentos traz consigo a execução de obras por todo o mundo. Em nosso país,
uma crescente demanda vem desencadeando a execução de obras de pavimentação e trazendo
novos instrumentos, novos equipamentos e métodos que têm se destacado com tecnologias de
ponta (REIS & GUIMARÃES, 2011).
A obtenção de uma mistura asfáltica envolve a associação de agregados e ligantes
asfálticos em proporções predeterminadas no projeto de dosagem para produzir uma massa
homogênea, de acordo com especificações e critérios adotados. Procedimentos são realizados
em instalações apropriadas, conhecidas como usinas de asfalto, visto que se tratam de usinas
para a produção de misturas asfálticas a quente (BERNUCCI et al., 2007).
38
A usina protótipo para reciclagem de misturas asfálticas, denominada J-1000,
desenvolvida para pesquisas preliminares de reciclagem de concreto asfáltico com total
reaproveitamento do material fresado, possui características semelhantes às de uma usina
convencional, todavia adaptada para fins de reciclagem. O equipamento J-1000 consiste
basicamente em uma peça cilíndrica sustentada por uma placa aquecedora cuja temperatura
média é de aproximadamente 160 C. Nas figuras 2.12 e 2.13 são apresentados aspectos
gerais do J-1000, que serão especificados a seguir.
FIG. 2.12 Aspecto Geral do Protótipo J-1000 e tambor anexo de CAP
O protótipo possui em seu interior um sistema de hastes giratórias de formas variadas
(Figura 2.13), responsável pela homogeneização da mistura, que, em funcionamento, atinge
velocidade satisfatória à homogeneização. A sequência de operações executadas no
equipamento concede-se da seguinte forma: primeiramente, a amostra de material fresado é
introduzida, já com o equipamento em funcionamento, para que seja homogeneizada e
aquecida. Na fase de aquecimento, é possível verificar que parte do ligante que envolve o
agregado fresado dele começa a se descolar. Em seguida, é adicionada à mistura a borracha
(quando utilizada na mistura) e o fíler (cal hidratada); e, posteriormente à segunda etapa, é
acrescentado o CAP, o qual é aquecido à temperatura de projeto em um dispositivo anexo ao
equipamento J-1000.
Todos os compostos são misturados, por um período médio de tempo de trinta minutos, a
fim de garantir a completa homogeneização da massa, mantendo-se a temperatura controlada.
Após a produção da mistura, o processo tem sequência com a descarga da massa, por
gravidade, por meio de um dispositivo de descarte, acionado por uma alavanca localizada na
parte inferior da placa do equipamento.
39
A capacidade de produção do protótipo é da ordem de 10 ton/hora, somando todos os
componentes de uma mistura reciclada; e a fonte de energia que o sustenta é elétrica. Vale
lembrar que se trata de um protótipo em escala reduzida, sendo que o equipamento de grande
porte poderá ter uma produção compatível com as usinas drum mixer tradicionais.
FIG. 2.13 Vista das Paletas Misturadoras e Aspecto Homogêneo da Mistura – J-1000
As Figuras 2.14 e 2.15 mostram usinas de reciclagem de misturas asfálticas em escala
real, as quais estão em fase de instalações. Essas usinas de reciclagem possuem as mesmas
características estruturais e mecânicas do protótipo J-1000, porém a capacidade de usinagem
de misturas asfálticas recicladas é de uma usina convencional (média de 60 e 100 ton/hora,
respectivamente).
FIG. 2.14 Vistas da Usina Piloto de Reciclagem de Misturas Asfálticas – Tipo I (REIS &
GUIMARÃES, 2012a)
40
FIG. 2.15 Vistas da Usina de Reciclagem de Misturas Asfálticas – Tipo II (REIS &
GUIMARÃES, 2012b)
Alguns aspectos diagnosticados no protótipo foram corrigidos para as usinas
convencionais, tais como: a mudança da energia de sustentação, que, no protótipo, é elétrica,
e, nas usinas convencionais de reciclagem, é a gás; o controle da temperatura para a mistura,
no processo de homogeneização da massa, que é feito por meio da fixação da tampa sob a
usina, assegurando a temperatura no interior do equipamento com sitema acoplado para o
controle; além disso, foi feita a introdução dos silos dosadores, da correia transportadora de
agregados, e do depósito de estocagem do agregado fresado (com cobertura adequada, de
acordo com a Figura 2.16).
FIG. 2.16 Planta da Usina de Reciclagem em Escala Real
41
2.5 DOSAGEM DE MISTURAS ASFÁLTICAS
O sucesso do revestimento asfáltico depende da obtenção de uma mistura com uma ótima
graduação de agregados e do teor ótimo de ligante asfáltico, de modo a ser durável e resistente
a fraturas e desagregações, sem se tornar instável devido à ação do tráfego e às condições
climáticas. Para se obter uma mistura com tais características e imprescindível um bom
projeto de dosagem em laboratório de misturas (ALBUQUERQUE, 2005).
O primeiro procedimento de dosagem de mistura asfáltica foi desenvolvido por Prevost
Hubbard e F. C. Field, nos Estados Unidos, em 1920, conhecido por método HubbardField.
Foi concebido para a dosagem da mistura areia-asfalto. Consiste em determinar a carga
máxima resistida por um corpo-de-prova de 50,8mm de diâmetro por 25,4mm de altura,
forçado a atravessar um orifício de 47,5mm de diâmetro. Essa carga é considerada o valor da
estabilidade Marshall, e o ensaio acarreta um tipo de ruptura correspondente ao cisalhamento
(SENÇO, 2001).
O principal objetivo da dosagem de misturas asfálticas é produzir uma mistura que
possua trabalhabilidade satisfatória e a melhor combinação possível das seguintes
características (ASPHALT INSTITUTE, 1997):
estabilidade: resistência à ação do tráfego sem sofrer distorções ou
deslocamentos;
durabilidade: resistência à desagregação pela ação do tráfego e/ou intemperismo;
flexibilidade: resistência à flexão sob ação de carga repetida, sem ocorrência de
fissuras;
impermeabilidade: resistência à penetração e à percolação de água; e
resistência ao atrito.
Alguns métodos de dosagem já são conhecidos e executados. Dentre os métodos de
dosagem, destacam-se Marshall, Hveem, e SUPERPAVE (criado recentemente pelo Strategic
Highway Research Program, SHRP, dos Estados Unidos).
42
2.5.1 DOSAGEM MARSHALL
A metodologia Marshall foi desenvolvida na década de 40 por Bruce Marshall, do
Departamento de Transporte do Estado do Mississipi (EUA). Esse método foi baseado em um
experimento laboratorial que faz a dosagem de uma mistura asfáltica de forma a atender a
especificações tais como: estabilidade, fluência e parâmetros volumétricos. Porém, acredita-se
que a compactação executada em laboratório (por impacto) não simula adequadamente a que
ocorre no pavimento. Outro fato é que a resistência ao cisalhamento do CBUQ também não é
simulada adequadamente pela estabilidade Marshall (NASCIMENTO, 2011).
A norma DNER-ME 43/95 (DNER, 1995a), que trata do método de dosagem Marshall,
recomenda o esforço de compactação de 50 golpes para a pressão de pneu até 7Kgf/cm², e de
75 golpes para a pressão de 7Kgf/cm², a 14 Kgf/cm². Não há, na norma, nenhuma
recomendação com relação à frequência de aplicação dos golpes. Esse aspecto se verifica
também na norma ASTM D 5581 (ASTM, 2001c), assim como nas especificações da
AASHTO referentes ao método Marshall (BERNUCCI et al., 2007).
Os métodos de ensaio do DNER (1995a) e ABNT (1993) fixam os procedimentos para o
ensaio Marshall, que consiste basicamente nos seguintes passos (ROHDE, 2007):
1. Preparação dos corpos-de-prova: na preparação para o ensaio, o agregado e o
asfalto são aquecidos separadamente e, então, misturados. A mistura é colocada
no molde aquecido e compactada com 50 ou 75 golpes em cada face do corpo-
de-prova, com um soquete de 4.540 g, caindo de uma altura de 457,2 mm. São
avaliados cinco teores de ligantes, empregando três amostras para cada
porcentagem estudada, de modo a tornar possível a escolha do teor de ligante de
projeto.
2. Método de ensaio: em síntese, o ensaio Marshall é executado com amostras
cilíndricas de aproximadamente 102 mm de diâmetro e 63,5 mm de altura. Os
corpos-de-prova são deixados em repouso, ao ar livre, durante 12 horas, e
extraídos dos moldes. São então pesados (ao ar e imersos em água) para a
obtenção dos elementos necessários ao cálculo de suas características físicas. As
amostras são imersas em água a 60º C, por um período de 30 a 40 minutos, e em
seguida são submetidas ao ensaio para a determinação de suas características
mecânicas (estabilidade e fluência).
43
3. Curvas típicas: dos dados obtidos e calculados, são traçados as curvas de variação
da densidade, a estabilidade, a fluência, o volume de vazios (VV), o volume de
vazios nos agregados minerais (VAM) e a relação betume vazios (RBV), em
função das porcentagens de ligantes analisadas.
Na concepção do método Marshall, a compactação manual foi a única utilizada.
Posteriormente, a compactação automática foi desenvolvida, poupando esforço do operador e
também evitando dua influência durante a aplicação dos golpes. No entanto, já foi constatado
que geralmente corpos-de-prova compactados manualmente apresentam densidades maiores
que corpos-de-prova compactados automaticamente. Para levar em conta a diferença entre os
resultados das compactações manual e automática, o método da AASHTO requer que, quando
do uso de compactação automática, que seja calibrada para que os resultados sejam
compatíveis com os da compactação manual (KANDHAL & KOEHLER, 1985).
Apesar da existência de normas ABNT e DNER preconizando o Marshall, existe uma
significativa dispersão dos resultados e, entre os diversos fatores que causam essa dispersão,
citam-se a forma de compactação dos corpos-de-prova; as características dos equipamentos
usados; e as condições operacionais do processo, o que caracteriza ainda uma variabilidade de
resultados sob condições idênticas de materiais (BERNUCCI et al., 2007).
Atualmente, no laboratório de ligantes do IME, ainda é utilizado o método Marshall para
dosagem de misturas. Porém, adotam-se alguns critérios superpave, como a utilização da
máxima densidade da mistura (Gmm), em vez da densidade máxima teórica, e,
eventualmente, o envelhecimento da massa antes da compactação.
2.5.2 DOSAGEM SUPERPAVE
A maioria das misturas asfálticas a quente produzidas nos Estados Unidos entre 1940 e
1990 foi dosada utilizando as metodologias Marshall e Hveem (ROBERTS et al., 1996).
Desde 1993, porém, as universidades e departamentos de transportes norte-americanos vêm
utilizando a metodologia Superpave (Superior Performance Asphalt Pavements).
44
Na pesquisa SHPR (Programa Estratégico de Pesquisa Rodoviária), várias mudanças
foram realizadas. Foi proposta uma nova metodologia distinta que consiste basicamente em
estimar um teor provável de projeto através da fixação do volume de vazios e do
conhecimento da granulometria dos agregados disponíveis (BERNUCCI et al., 2007).
Nos anos 50, John L. McRae, do Corpo de Engenheiros do Exército Americano,
desenvolveu um compactador por amassamento giratório, uma vez que as pesquisas daquela
época indicavam que a compactação por impacto Marshall não simulava apropriadamente as
densidades das misturas nas trilhas das rodas sob tráfego pesado. Ele acreditava que as
propriedades mecânicas das amostras produzidas pelo impacto do soquete Marshall não
simulavam as propriedades das amostras extraídas dos pavimentos (HARMAN,
BUKOWSKI, & MONTIER, 2002).
A metodologia Superpave foi desenvolvida em 1987 pelo SHRP americano. Os
pesquisadores do SHRP desejavam um equipamento que compactasse a mistura betuminosa
de modo que as densidades finais fossem aquelas obtidas no pavimento através de condições
reais de clima e carregamento. Além disso, o compactador deveria fornecer uma medida de
compatibilidade, de modo a identificar problemas de compactação e prever o comportamento
de misturas potencialmente frágeis (MOTTA, 1996).
A maior diferença entre os dois procedimentos de dosagem analisados é a forma de
compactação. Enquanto na dosagem Marshall a compactação é feita por impacto (golpes), na
dosagem Superpave é realizada por amassamento (giros). Os esforços de compactação em
Ninicial e Nmáximo são usados para avaliar a compatibilidade da mistura, enquanto o Nprojeto é
utilizado para selecionar o teor de ligante de projeto.
FIG. 2.17 Ilustração Esquemática e Exemplo de Compactador Giratório Superpave (CGS)
(BERNUCCI et al., 2007)
45
No procedimento Superpave-SHRP, há três níveis de projeto de mistura, dependendo do
tráfego e da importância da rodovia, conforme indicado na Tabela 2.1. Dependendo do
tráfego, o projeto de mistura pode estar completo após o projeto volumétrico (Nível 1).
Valores de tráfego (número N) sugeridos como limites entre os diferentes níveis são 106 e 10
7.
Nos Níveis 2 e 3, ensaios baseados em desempenho são conduzidos para otimizar o projeto, a
fim de resistir a falhas como deformação permanente, trincamento por fadiga e trincamento a
baixa temperatura (BERNUCCI et al., 2007).
TAB. 2.1 Organização Hierárquica do Método Superpave
Nível 1 2 3
Critério Volumétrico Volumétrico
Ensaio de previsão de
desempenho a uma
temperatura
Volumétrico
Ensaios de previsão de
desempenho a três
temperaturas
N (AASHTO) < a
Fonte: BERNUCCI et al., (2007)
A determinação do teor de projeto da metodologia Superpave segue alguns passos,
conforme se descreve a seguir ( (BERNUCCI et al., 2007).
1. Primeiro passo: consiste na escolha de três composições granulométricas com os
materiais à disposição. Em seguida, faz-se a compactação de corpos-de-prova
(CGS) com um teor de tentativa para cada mistura (dois corpos-de-prova por
mistura), obtido por meio de estimativas, usando-se a massa específica efetiva dos
agregados. Dessas misturas experimentais se obtêm as propriedades volumétricas
(Vv, VAM e RBV) após a compactação dos corpos-de-prova no compactador
giratório com o número de giros de projeto;
2. Segundo passo: consiste na seleção do teor de ligante asfáltico de projeto, e para
isso são confeccionados corpos-de-prova no teor de ligante estimado, conforme
descrito anteriormente. Outros corpos-de-prova devem ser confeccionados
considerando outros três teores, o teor estimado ±0,5% e +1%. Os corpos-de-
prova são novamente compactados no Nprojeto e as propriedades volumétricas
correspondentes obtidas. O teor final de projeto é aquele que corresponde a um
Vv = 4%. O fluxograma da dosagem em questão é ilustrado na Figura 2.18, sendo
os detalhes dos passos apresentados a seguir.
46
FIG. 2.18 Fluxograma da Dosagem Superpave (BERNUCCI et al., 2007)
2.6 CIMENTO ASFÁLTICO DE PETRÓLEO (CAP)
BERNUCCI et al. (2007) relatam que a técnica mais utilizada mundialmente para
pavimentação é a de revestimentos asfálticos. No Brasil, cerca de 97% das rodovias são
constituídas por pavimentos flexíveis, sendo o asfalto o principal componente das camadas de
rolamento e até de camadas intermediárias que constituem a estrutura da via. O uso intensivo
de asfalto em obras de pavimentação se dá principalmente devido à impermeabilização, à
durabilidade, à flexibilidade e à resistência contra a ação de intempéries.
O asfalto, ou ligante asfáltico, é obtido industrialmente pela destilação do petróleo bruto.
O petróleo é constituído por uma variedade de hidrocarbonetos, desde os mais elementares e
leves até os mais complexos e pesados, sendo que sua composição depende de sua origem.
Dentre os 1.300 tipos de petróleo bruto, apenas cerca de 10% podem produzir ligantes
asfálticos. Para a produção de asfalto, é necessário um petróleo bruto bastante pesado, cuja
densidade deve ser próxima de um (LAMONTAGNE, 2002).
47
Nas refinarias produtoras de asfalto, as unidades de destilação possuem duas torres: uma,
denominada atmosférica; e a outra, vácuo (IBP, 1994). O petróleo bruto inicialmente é
destilado sob pressão atmosférica a fim de que sejam separadas as frações mais voláteis (gás,
gasolina, diesel, nafta e querosene) das mais pesadas (óleo e asfalto). Em seguida, as frações
mais pesadas são submetidas à destilação a vácuo. O resíduo dessa destilação é denominado
resíduo asfáltico, e, se for enquadrado nas especificações brasileiras, passa a ter o nome de
Cimento Asfáltico de Petróleo (CAP). O CAP a temperaturas baixas é semissólido,
viscoelástico à temperatura ambiente, e líquido a altas temperaturas, e se enquadra em limites
de consistência para determinadas temperaturas estabelecidas em especificações que serão
mostradas mais adiante (SILVA, 2005; BERNUCCI et al., 2007).
2.6.1 COMPOSIÇÃO QUÍMICA E ESTRUTURAL DO CAP
O CAP constitui uma mistura complexa de hidrocarbonetos de massa molar e estrutura
química diferentes. Em sua composição, além de carbono, hidrogênio, oxigênio, nitrogênio e
enxofre, também podem estar presentes quantidades variáveis de Fe, Ni, V, Ca, Ti, Mg, Na,
Co, Cu, Sn, Zn (GLITA, 1988).
A composição química do asfalto tem influência no desempenho físico e mecânico das
misturas asfálticas, mas varia com o tipo de fracionamento a que se submete o ligante
asfáltico. Diante da complexidade de sua composição química, alguns pesquisadores
elaboraram métodos de separação dos ligantes segundo a sua solubilidade em solventes
específicos (COBERTT, 1969; ROSTLER, 1959). O método mais moderno atualmente
empregado, normalizado pela ASTM D 4124 (ASTM, 2001b), separa por cromatografia as
seguintes frações, S de saturados, A de aromáticos, R de resinas e A de asfaltenos, conhecidas
como SARA. Essa motodologia foi idealizada pelo químico Corbett (LEITE, 1999). O
esquema representado na Figura 2.19 mostra a separação química das frações do ligante
asfáltico idealizada por Cobertt.
48
FIG. 2.19 Separação Química do Ligante Asfáltico Segundo Cobertt (COBERTT, 1969)
SILVA (2005) afirma que, considerados um fator importante no que diz respeito às
propriedades do ligante asfáltico, sobretudo reológicas, os asfaltenos foram objeto de vários
estudos que tomaram por base desde sua solubilidade em diferentes solventes e sob diferentes
condições, até sua composição química e peso molecular. Segundo YEN, EDERMAN e
POLLACK (1961), a molécula hipotética de asfalteno, apresentada na Figura 2.20, é
constituída de anéis aromáticos condensados e substituídos por heterociclos, grupamentos
funcionais, metilas e cadeias alquilas.
FIG. 2.20 Estrutura Hipotética de uma Molécula de Asfalteno Segundo Yen (YEN,
EDERMAN & POLLACK, 1961)
49
O CAP é tradicionalmente considerado uma dispersão coloidal de asfaltenos em
saturados e aromáticos, conhecidos genericamente por maltenos, imersos em resinas, que são
como micelas diretas ou reversas, ou seja, grupos polares orientados para fora ou para o
centro (BERNUCCI et al., 2007; SILVA, 2011b).
Existem dois modelos estruturais propostos para o CAP: o modelo elaborado pelo corpo
de pesquisadores do SHRP (Strategic Highway Research Program), e o modelo de micelas de
Yen. Este último, o mais antigo, considera o ligante asfáltico composto por uma dispersão
coloidal de asfaltenos em saturados e aromáticos, conhecidos como maltenos, que, por sua
vez, são imersos em resinas, criando-se, assim, um equilíbrio moléculas-micelas-
aglomerados, conforme mostrado na Figura 2.21 (SILVA, 2011b).
FIG. 2.21 Representação do Modelo de Micelas de Yen (YEN, 1991)
O CAP é um material complexo que apresenta um comportamento viscoso, caracterizado
pela diminuição da rigidez para longos períodos de aplicação de carga, e susceptibilidade
térmica, caracterizada pela alteração de propriedades (viscosidade, rigidez, consistência) em
função da temperatura, como mostra a Figura 2.22 (ROBERTS et al., 1996).
50
FIG. 2.22 Comportamento do CAP em Função do Tempo de Aplicação de Carga (ROBERTS
et al., 1996)
Todas as propriedades físicas do asfalto estão ligadas à sua temperatura. O modelo
estrutural do ligante como uma dispersão de moléculas polares em meio não-polar ajuda a
entender o efeito da temperatura nos ligantes asfálticos. Em temperaturas muito baixas, as
moléculas não têm condições de se moverem umas em relação às outras, e a viscosidade fica
muito elevada. Nessa situação, o ligante se comporta quase como um sólido. À medida que a
temperatura aumenta, algumas moléculas começam a se mover, podendo mesmo haver um
fluxo entre as moléculas. O aumento do movimento faz baixar a viscosidade e, em
temperaturas altas, o ligante se comporta como um líquido. Essa trasição é reversível, mas
deve ser respeitada uma temperatura limite de 177 °C (BERNUCCI et al., 2007).
2.7 ENVELHECIMENTO DO CAP
No decorrer do preparo da mistura asfáltica, e em sua vida de serviço, em virtude da
diversidade de agressões às quais são submetidos, os cimentos asfálticos sofrem mudanças
significativas em sua estrutura química. Como consequência direta, suas propriedades físicas
apresentam um comportamento distinto daquele esperado do ligante virgem, produzido na
refinaria.
51
O envelhecimento, como é denominado o fenômeno de comprometimento progressivo
das propriedades físicas do ligante, é um processo de natureza complexa. É influenciado,
basicamente, pelas características químicas do próprio ligante, pela forma como é manuseado,
e pelo nível de intemperização ao qual está submetido no pavimento. Ocorre durante a
estocagem, a usinagem, o transporte, o manuseio, a aplicação, e a vida de serviço do ligante,
acarretando aumento da sua consistência.
O primeiro estudo sobre envelhecimento de ligante asfáltico foi realizado por A.W. Dow,
denominado Asphalt at Washington, no ano de 1903, que relatou que o aquecimento do
ligante asfáltico reduzia o peso e a penetração do ligante asfáltico recuperado de misturas.
Pesquisas mais amplas sobre o assunto começaram a surgir por volta de 1930 (BELL,
WIEDER & FELLIN, 1994).
Atualmente, um dos grandes desafios da pavimentação a quente é reduzir o
envelhecimento do ligante durante todo o seu ciclo de aplicação. Segundo TONIAL (2001),
como outras substâncias orgânicas, o ligante asfáltico oxida lentamente quando em contato
com o ar. Os grupos polares oxigenados tendem a associar-se, formando micelas de alto peso
molecular e, graças a isso, ocorre um aumento da viscosidade do ligante asfáltico. Essas
informações geradas resultam em moléculas maiores e mais complexas que fazem o ligante
asfáltico endurecer e ficar menos flexível.
O grau de oxidação é dependente da temperatura, da superfície, do tempo de exposição e
da espessura da película de ligante asfáltico. A taxa de oxidação dobra a cada 10 °C de
aumento na temperatura do ligante acima dos 100 °C. O endurecimento devido à oxidação há
algum tempo vem sendo considerado a principal causa de envelhecimento do ligante asfáltico
(WHITEOAK, 1990).
SILVA (2011b) afirma que a oxidação é a principal responsável pelo envelhecimento, e
que ocorre na etapa de usinagem, na qual o ligante é revolvido a altas temperaturas de forma
que uma grande superfície fica exposta ao ar, chegando a ter um grau de envelhecimento de
até 60%. Os outros 40% do envelhecimento acontecem durante o transporte, a estocagem e a
vida útil de serviço do material.
O endurecimento devido à oxidação há algum tempo vem sendo considerado a principal
causa de envelhecimento do ligante asfáltico (WHITEOAK, 1990; LEITE, 1999). A
oxidação, juntamente com os fatores que governam a velocidade da reação e seus eventuais
efeitos, é de importância crítica para a qualidade do ligante asfáltico e para o sucesso do
produtor da mistura asfáltica (BROCK, 1996).
52
O endurecimento exsudativo é resultante da migração de componentes oleosos do ligante
asfáltico para o agregado mineral, a depender das características do ligante e da porosidade do
agregado. O endurecimento físico é um fenômeno irreversível que ocontece à temperatura
ambiente, no qual ocorre a cristalização de parafinas da fração saturada do ligante asfáltico
(MORILHA JR., 2004).
Fisicamente, o envelhecimento de um ligante asfáltico é representado pelo aumento de
sua consistência. Ele se apresenta, de uma forma geral, como um aumento de viscosidade
associado a uma diminuição da penetração e um aumento do ponto de amolecimento, com
perda de suas características aglutinantes. Esse aumento de consistência influencia o
comportamento físico e reológico do ligante asfáltico, deixando-o mais duro e, por
conseguinte, mais quebradiço, menos dúctil e menos elástico (WHITEOAK, 1990; PINTO
1991).
A Figura 2.23 representa a ocorrência do envelhecimento do ligante asfáltico em três
etapas: a primeira, de maior impacto, se dá quando da usinagem da mistura asfáltica e
representa cerca de 60% do envelhecimento total sofrido pelo ligante; a segunda se dá durante
a estocagem (comum em usinas americanas de grande porte, mas não no Brasil), o transporte,
o espalhamento e a compactação, representando cerca de 20% do envelhecimento total sofrido
pelo ligante; na terceira etapa, o envelhecimento ocorre durante a vida útil do revestimento, se
dá devido à ação do meio ambiente, e representa cerca de 20% do envelhecimento total
sofrido pelo ligante. Embora não ilustrada na Figura 2.23, há que se ressaltar que a primeira
alteração propriamente dita da estrutura química do CAP após a sua produção pode ocorrer já
durante a sua estocagem, mas em menor grau, pois a superfície exposta ao ar no tanque é
pequena em relação à massa total do produto (TONIAL, 2001).
Ainda segundo a Figura 2.23, verifica-se que cerca de 80% do envelhecimento total
sofrido pelo ligante asfáltico durante toda a vida útil de um revestimento ocorre durante a
usinagem e a aplicação da mistura asfáltica, o que vem a enfatizar o apurado cuidado técnico
que se deve ter com as temperaturas de industrialização das misturas (MORILHA, 2004).
53
FIG. 2.23 Envelhecimento do Ligante Asfáltico nas Etapas de Construção e de Utilização do
Pavimento (WHITEOAK, 1990)
LAMONTAGNE (2002) divide a ocorrência do envelhecimento em três etapas:
Usinagem: a primeira fase do envelhecimento acontece durante a mistura, quando se
processa a fabricação da massa asfáltica, ficando o agregado e o ligante submetidos a
altas temperaturas (160 - 180 °C) na presença de oxigênio, quando ocorre a formação
de uma película com espessura de 5 a 15 micrômetros, envolvendo o agregado
aquecido. Essa etapa faz com que a massa asfáltica saia da usina com 60% de
envelhecimento. A mistura asfáltica, nessa situação, torna-se menos dúctil e pode
apresentar degradação precoce em forma de trincamento por fadiga, e até mesmo por
arrancamento dos agregados.
Espalhamento e compactação: a segunda fase do envelhecimento acontece durante a
estocagem, o transporte e a aplicação. Nessa etapa, o composto fica submetido a altas
temperaturas, e sua superfície tem contato direto com o oxigênio. Desse modo, ocorre
cerca de 20% do envelhecimento total do ligante.
Utilização da pista: a terceira fase do envelhecimento acontece durante a vida útil do
pavimento, quando está sujeito a uma temperatura mais baixa, porém submetido às
intempéries e ao tráfego, o que acarreta uma continuação do envelhecimento, sendo
este 20% do total sofrido pelo CAP.
54
Segundo BELL et al. (1994), as causas do envelhecimento do CAP são:
Oxidação;
Volatização;
Tempo (conduz à estruturação ou endurecimento);
Polimerização induzida pela radiação solar;
Polimerização (por aquecimento).
TRAXLER expandiu essa lista para 15 itens, em 1963. Os efeitos da luz foram divididos
em envelhecimento pela luz direta e pela luz refletida. Deterioração microbiológica também
foi considerada como responsável pelo endurecimento do CAP.
Já para BELL, WIEDER & FELLIN (1994), três são as principais causas do
envelhecimento do ligante asfáltico:
Perda de componentes oleosos por volatização ou adsorção;
Mudanças na composição por reação com o oxigênio atmosférico; e
Efeitos tireotrópicos que produzem a estruturação molecular.
De acordo com WHITEOAK (1990), quatro são os mecanismos principais responsáveis
pelo envelhecimento do CAP:
Oxidação: como outras substâncias, o CAP oxida lentamente quando em contato
com o ar. Durante o processo de usinagem, a presença de oxigênio, a grande
superfície específica dos agregados, e as altas temperaturas dentro do pug-mill ou
dentro do tambor secador misturador proporcionam a oxidação.
Perda de voláteis: a evaporação de componentes voláteis depende também da
temperatura e da condição de exposição. Essa perda pode ser considerada baixa
em ligantes asfálticos puros, tendo em vista que possuem baixos teores de
voláteis.
Endurecimento físico: ocorre em temperatura ambiente, e é atribuído à
reordenação de moléculas e à cristalização de parafinas. Trata-se de um fenômeno
reversível.
Endurecimento exsudativo: resulta do movimento dos componentes óleos que
exsudam do ligante asfáltico para dentro do agregado mineral. Trata-se de uma
função tanto da tendência de exsudação do ligante como da porosidade do
agregado.
55
Enquanto o mecanismo de envelhecimento do CAP e da mistura é complexo, seu impacto
sobre o desempenho do pavimento é geralmente compreendido. Como o CAP envelhece, isso
resulta em um aumento da rigidez do ligante e, consequentemente, da mistura asfáltica. Esse
efeito tende a aumentar a resistência à deformação das trilhas de roda da mistura e pode ser
considerado como um efeito benéfico do envelhecimento. Por outro lado, o envelhecimento
pode resultar no desenvolvimento e/ou aceleração de vários tipos de problemas, tais como
trincamento e fratura por fadiga, trinca térmica e deterioração devido ao desgaste e umidade,
esforços que podem levar à ruptura da estrutura do pavimento (BELL, WIEDER & FELLIN,
1994; MIRZA & WITCZAK, 1995).
2.7.1 FATORES QUÍMICOS E REOLÓGICOS SOBRE O ENVELHECIMENTO DO
CAP
Nos últimos 50 anos, significativas pesquisas foram realizadas em todo o mundo sobre
aplicação e comportamento das misturas asfálticas. Enquanto enormes avanços foram
alcançados nesse estado da arte, o problema do endurecimento/envelhecimento do ligante
asfáltico no processo de usinagem e na sua vida útil de serviço ainda carece de estudos
adicionais para seu completo entendimento.
De acordo com MIRZA & WITCZAK (1995), um dos fatores que afetam o
envelhecimento do ligante asfáltico é sua composição química original. Historicamente, os
cimentos asfálticos são classificados por especificações baseadas em faixa de valores de
consistência a uma ou mais temperaturas. Isso se deve à facilidade de medir essas
propriedades físicas em comparação com as propriedades químicas. A classificação dos
ligantes asfálticos por propriedades físicas não é totalmente precisa pois, embora dois ou mais
cimentos asfálticos tenham valores de consistência similares, eles podem ter composições
químicas totalmente diferentes devido às diferentes fontes de óleo cru, aos processos de
refino, e ao nível de aditivos presentes (óleos voláteis, por exemplo).
56
Segundo TONIAL (2001), durante o processo de envelhecimento, ocorre normalmente
uma diminuição do teor de aromáticos, que se transforma em resina; e parte da resina se
transforma em asfaltenos. Ao final do processo, o balanço é o seguinte: ocorre pequena ou
nenhuma variação do teor de saturados e resinas, há diminuição do teor de aromáticos e
aumento no teor de asfaltenos.
Visando ilustrar a mudança da composição química do ligante asfáltico com o tempo,
AIREY & BROWN (1998), na Tabela 2.2, apresentam as mudanças de porcentagem dos
componentes químicos do ligante asfáltico, denominados saturados, aromáticos, resinas e
asfaltenos, obtidos, através do cromatógrafo de película fina iatroscan, de três ligantes
asfálticos originais, após a realização dos ensaios de envelhecimento RTFOT e PAV. Os
ligantes asfálticos originais são provenientes de diferentes fontes, com composições químicas
distintas, mas com valores de consistência similares. São os seguintes: Oriente Médio, com
penetração 80/100; Rússia, com penetração de 80; e Venezuela, com penetração entre 10/100.
TAB. 2.2 Mudanças na Composição Química dos Ligantes Asfálticos após Ensaios de
Envelhecimento
Ligante Asfáltico Condição Saturados (%) Aromáticos (%) Resinas (%) Asfaltenos (%)
Oriente Médio Original 5 69 15 11
Após RTFOT 6 61 20 13
Após PAV 6 52 24 18
Rússia Original 4 68 19 9
Após RTFOT 4 64 21 11
Após PAV 5 52 28 15
Venezuela Original 11 58 17 14
Após RTFOT 13 54 17 16
Após Pav 12 47 21 20
Fonte: AIREY & BROWN (1998)
Os três ligantes asfálticos, após ensaios de envelhecimento, experimentaram um
decréscimo na porcentagem dos aromáticos e um aumento na porcentagem dos asfaltenos e
resinas (resultado em um aumento do peso molecular). A porcentagem em massa dos
saturados manteve-se constante.
57
Estudos de longo prazo têm sido empregados para determinar se a composição química
do CAP muda com o tempo. Assim, devem ser apreciados diferentes tipos de misturas, de
agregados e de teores de ligante, visando obter dados consistentes e de diferentes situações
das misturas asfálticas no campo. Conforme WHITEOAK (1990) apresenta, a Figura 2.24
expõe os resultados de seus estudos em termos de Índice de Envelhecimento (relação entre a
viscosidade do ligante asfáltico recuperado ηr, e a viscosidade inicial do ligante ηo, a 25 °C), e
em termos de componentes químicos.
Conforme ilustrado na Figura 2.24, as maiores mudanças na viscosidade são associadas à
usinagem e ao emprego da mistura asfáltica no pavimento. A figura em questão apresenta
ainda a variação da composição química do CAP com o tempo. O teor de asfaltenos aumenta
significativamente durante a usinagem e, posteriormente, é gradativo, com o tempo. O teor de
resinas e aromáticos declina com o tempo. Esperava-se uma pequena mudança no teor de
saturados – que, em algum momento, até foi notada, provavelmente devido ao óleo derramado
pelos veículos na pista que, supostamente, pode ter interferido nos resultados obtidos.
FIG. 2.24 Alterações na Composição Química do CAP após Usinagem, Aplicação Durante a
Vida de Serviço (WHITEOAK, 1990)
58
Outra maneira de caracterizar o efeito do envelhecimento é através dos testes reológicos
empíricos tradicionais, que são rápidos e de fácil execução, como a penetração, o ponto de
amolecimento e as medidas de viscosidades (MORILHA, 2004). Tais ensaios são capazes de
descrever de forma adequada as mudanças no comportamento reológico no CAP após o
envelhecimento. A Tabela 2.3 mostra os resultados dos estudos de AIREY & BROWN (1998)
sobre as mudanças na reologia do CAP decorrentes dos ensaios de envelhecimento com os
mesmos ligantes caracterizados quimicamente na Tabela 2.3.
TAB. 2.3 Mudanças nos Ensaios Convencionais dos Ligantes Asfálticos após Ensaios de
Envelhecimento
Ligante Asfáltico Característica Original Após
RTFOT
Após
PAV
Índice de Envelhecimento
RTFOT/Original Pav/Original
Oriente Médio
80/100
Pen (0,1 mm) 60 45 24 0,75 0,4
PAmol (ºC) 48,8 52,6 59,3 1,08 1,22
Visc 60ºC (P) 262 505 2038 1,93 7,78
Visc 135ºC
(cP)
510 660 1030 1,29 2,02
Rússia 80 Pen (0,1 mm) 73 51 24 0,7 0,33
PAmol (ºC) 47 50,8 57,3 1,08 1,22
Visc 60ºC (P) 165 343 1028 2,08 6,23
Visc 135ºC
(cP)
370 470 760 1,27 2,05
Venezuela 70/100 Pen (0,1 mm) 81 53 28 0,75 0,4
PAmol (ºC) 46,8 51,2 59,2 1,09 1,26
Visc 60ºC (P) 213 455 1950 2,14 9,15
Visc 135ºC
(cP)
380 520 870 1,37 2,29
Fonte: AIREY & BROWN (1998)
O comportamento reológico dos ligantes, como esperado, se traduziu após a realização
dos ensaios de envelhecimento, em diminuição da penetração e aumento do ponto de
amolecimento e das viscosidades.
59
2.7.2 EXTRAÇÃO E RECUPERAÇÃO DO CAP DE MISTURAS ASFÁLTICAS
O ponto crucial nas dosagens de reciclados a quente é a extração do ligante envelhecido.
É aqui que se encontra a maior dificuldade em utilizar um método de extração e recuperação
do ligante envelhecido, sem que ele altere as propriedades do ligante (LIMA, 2003).
A extração do ligante é a separação do agregado mineral e do cimento asfáltico de
petróleo, e se faz necessária quando se quer caracterizar separadamente as propriedades dos
materiais componentes da mistura ou obter o teor de cada um. A extração do ligante é feita
utilizando-se procedimentos com o uso de solvente, o qual é posteriormente extraído da
mistura (solvente-ligante) para evitar que não haja alterações nas propriedades físicas que se
deseja medir. Um dos principais pontos da reciclagem é a extração do ligante envelhecido,
pois se faz necessário usar um método de extração e recuperação do ligante envelhecido sem
que se alterem as propriedades do ligante (SILVA, 2011b).
Segundo LIMA (2003) para separar o ligante diluído em solvente do agregado, existem
três métodos, que são: a extração por centrifugação (rotarex), a extração por refluxo, e o
método de extração a vácuo, que não é muito difundido. Para separar o ligante do solvente
existem dois métodos, que são: a destilação pelo método Abson, e a destilação pelo método
Rotavapor. A extração do ligante de misturas asfálticas está padronizada na norma americana
ASTM D 2172 (ASTM, 2001a) – extração de asfalto de misturas asfálticas.
2.7.3 EXTRAÇÃO POR CENTRIFUGAÇÃO
O método de extração por centrifugação do cimento asfáltico de petróleo consiste
basicamente na centrifugação do fresado pelo rotarex (Figura 2.25), equipamento composto
por uma cuba metálica cilíndrica acoplada a um motor que, quando acionado, a faz girar. Em
seguida, é adicionado (dentro do cilindro do rotarex) um solvente, dando início ao processo de
centrifugação, que irá separar o CAP dos agregados.
60
FIG. 2.25 Rotarex para Extração de CAP (DNER, 1994)
A norma DNER ME 053 (DNER, 1994a) preconiza os princípios do ensaio de extração
do CAP, detalhando com clareza o método e os procedimentos, tendo como principal objetivo
a determinação da porcentagem de ligante extraído da mistura asfáltica, por meio de extrator
centrífugo.
2.7.4 RECUPERAÇÃO DE ASFALTO PELO MÉTODO ABSON
Existem dois métodos usados para a recuperação de asfalto: (i) recuperação de asfalto da
solução pelo método de Abson, preconizado na norma ASTM D 1856 (ASTM, 1995) e
AASHTO T 170 (AASHTO, 1993) – Figura 2.24 –; e (ii) recuperação de asfalto usando o
aparelho denominado Rotavapor, preconizado na norma ASTM D 5404 (ASTM, 1997). O
método mais utilizado para recuperar o ligante da mistura asfáltica é o método de Abson, que
utiliza uma aparelhagem de destilação denominada sox-let ou o rotavapor.
61
Esse método consiste em colocar um balão cheio de solvente (benzeno, tetracloreto de
carbono, ou tricloroetileno) que, aquecido, é evaporado para dentro de um instrumento, onde
se encontra o material a ser extraído, que é o ligante. Esse aparelho permite que o vapor suba
por um tubo até a sua parte mais alta, entrando em contato com um condensador, que faz com
que o solvente precipite sobre o material, lavando-o. Um tubo capilar ligado ao instrumento
permite que o solvente circule, lavando a amostra várias vezes, até que o extrato que circula
pelo tubo capilar seja transparente, isto é, não haja mais betume a ser extraído. O problema de
se utilizar esse método para recuperar o ligante reside na dificuldade da completa remoção do
solvente e evitar que o ligante não venha a ser oxidado (LIMA, 2003).
FIG. 2.26 Representação do Destilador Abson (Sox-Let) (SILVA, 2011b)
FIG. 2.27 Representação do Destilador Abson (Rotavapor)
62
COSTA & GUIMARÃES (2012) afirmam que a metodologia de Abson, considerada uma
metodologia experimental – e apesar de polêmicas em torno da variabilidade dos resultados
inerentes ao processo de extração –, quando analítica e criteriosamente executada, permite
que sejam aferidas, com relativa precisão, as propriedades físicas e reológicas do ligante
envelhecido, para que assim possam ser quantificadas. A metodologia consiste basicamente
na dissolução do ligante em estudo em um solvente (tricloroetileno), e a posterior recuperação
do ligante através de processos de destilação com injeção de CO2.
Segundo PETERSON et al. (1994), pesquisas indicaram que a recuperação de asfaltos
pelo método de Abson possuía um grande coeficiente de variação, na ordem de 25 a 42%,
para a viscosidade absoluta do ligante asfáltico recuperado. LIMA (2003) relata que as causas
prováveis dessa variação seriam: a reação do ligante asfáltico com o solvente, que alteraria as
propriedades físicas do ligante recuperado; a presença de solvente residual após o processo de
recuperação, que também alteraria suas propriedades físicas; e a não completada extração do
ligante asfáltico do agregado, havendo asfalto fortemente adsorvido, que influencia
significativamente na densidade aparente do agregado recuperado.
63
3 MATERIAIS E MÉTODOS
No presente capítulo são apresentados os materiais e metodologia utilizada neste trabalho
para a dosagem das misturas asfálticas recicladas. São apresentadas ainda uma descrição dos
ensaios de caracterização a que os materiais foram submetidos e os seus resultados.
3.1 CARACTERIZAÇÃO DOS MATERIAIS UTILIZADOS
São apresentados resultados obtidos nos ensaios de caracterização do agregado fresado,
dos agregados convencionais, da borracha moída de pneu inservível e dos ligantes novos.
3.1.1 AGREGADO FRESADO
Os agregados utilizados nesta pesquisa sobre reciclagem a quente de misturas asfálticas
são provenientes da fresagem, e foram gerados na restauração da camada de rolamento de
rodovias do interior do Estado do Rio de Janeiro, mais precisamente de rodovias próximas à
cidade de Três Rios. Este estudo não contempla o acompanhamento da fresagem do material
utilizado. Todavia, o material fresado utilizado neste estudo, do tipo concreto asfáltico, foi
adquirido pela empresa SOMA Engenharia (Figura 3.1).
64
FIG. 3.1 Material Fresado Utilizado no Presente Trabalho
Foram coletadas quantidades suficientes de agregado fresado para o desenvolvimento da
pesquisa, de forma que todo o material utilizado tivesse as mesmas características e o mesmo
comportamento. Não se conhece ao certo a vida útil dos pavimentos fresados, pavimentos de
origem dos agregados fresados, mas, pela caracterização feita, apresentada a seguir, são
similares à caracterização de agregados fresados de pavimento de vida útil de, em média, 10
anos. O processo de coleta da amostragem do fresado seguiu o mesmo padrão recomendado
para a coleta de agregados convencionais. O fresado coletado foi levado para o Laboratório de
Ligantes e Misturas Betuminosas do Instituto Militar de Engenharia, onde passou por um
processo de espalhamento para sua homogeneização, e para a identificação da presença de
grumos. Em seguida, o material foi quarteado e submetido a um peneiramento inicial, ao
passo que, segundo BONFIM (2001), em se tratando de misturas recicladas em usinas, os
grumos não são problemas, pois os de dimensões indesejadas podem ser eliminados em uma
etapa inicial de peneiramento. Sendo assim, procedeu-se um peneiramento inicial fracionando
o fresado na peneira de abertura #3/4. O material retido nessa peneira foi descartado, e o
passante foi utilizado no estudo (Figura 3.2).
65
FIG. 3.2 Peneiramento Inicial na Peneira de Abertura #3/4 do Agregado Fresado
A determinação da granulometria do material fresado foi determinada com e sem ligante
asfáltico, de acordo com o método preconizado na norma DNER-ME 083 (DNER, 1998b).
Foram realizadas duas amostras da granulometria do agregado fresado, com os respectivos
resultados apresentados na Tabela 3.1, e a respectiva curva granulométrica mostrada na
Figura 3.3, na qual se verifica o enquadramento na faixa C do DNIT.
TAB. 3.1 Granulometria do Agregado Fresado sem Extração do Ligante
% Passante
#
Granulometria passando %
(pol.) (mm) Amostra 1 Amostra 2 Média
2 50,8 100,00 100,00 100,00
1 1/2” 38 100,00 100,00 100,00
1” 25 100,00 100,00 100,00
3/4” 19 100,00 100,00 100,00
1/2” 12,7 89,90 86,20 88,10
3/8” 9,5 80,00 77,60 78,80
nº.4 4,8 56,50 49,70 53,10
n.º10 2 32,80 25,30 29,00
n.º40 0,42 13,20 9,30 11,30
n.º80 0,18 6,30 4,40 5,30
n.º200 0,075 2,40 1,80 2,10
66
FIG. 3.3 Distribuição Granulométrica do Agregado Fresado sem Extração do Ligante
Asfáltico
Após a realização da extração do CAP dos agregados fresados, utilizando-se o
equipamento rotarex, foram determinadas a graduação e a distribuição granulométrica dos
agregados que compõem o fresado, conforme mostrado na Tabela 3.2 e na Figura 3.4,
seguindo o mesmo procedimento adotado anteriormente, a norma DNER-ME 083 (DNER,
1998b). Foram feitas duas granulometrias e a média delas foi adotada como referência.
TAB. 3.2 Granulometria do Agregado Fresado após Extração do Ligante
% Passante
#
Granulometria passando %
(pol.) (mm) Amostra 1 Amostra 2 Média
2 50,8 100,00 100,00 100,00
1 1/2” 38 100,00 100,00 100,00
1” 25 100,00 100,00 100,00
3/4” 19 98,00 99,00 99,00
1/2” 12,7 88,00 92,00 90,00
3/8” 9,5 79,00 75,00 77,00
nº.4 4,8 52,00 63,00 58,00
n.º10 2 32,00 42,00 37,00
n.º40 0,42 11,00 16,00 14,00
n.º80 0,18 3,00 4,00 4,00
n.º200 0,075 1,00 1,00 1,00
67
FIG. 3.4 Gráfico da Distribuição Granulométrica do Agregado Fresado após Extração do
Ligante Asfáltico
A determinação do teor de ligante após a extração do CAP do agregado fresado (T) foi
obtida a partir da relação de pesos da amostra antes da extração (Pa) e após a extração (Pd),
podendo ser descrito como:
( )
Para a determinação do teor de ligante no agregado fresado foi seguida a norma DNER
ME 053 (DNER, 1994a). Foram submetidas ao referido ensaio duas amostras de agregado
fresado, obtendo-se uma média. A Tabela 3.3 apresenta a média obtida para o teor de ligante
no agregado fresado da ordem de 4,02%, embora os resultados sejam distintos.
TAB. 3.3 Teor de Ligante do Agregado Fresado
Amostra Teor de Ligante %
1 4,70
2 3,34
Média 4,02
A densidade real do agregado fresado foi concebida pelo método de pesagem de amostra
seca e imersa de agregado graúdo, preconizado na norma DNER-ME 081 (DNER, 1998a).
Foram realizadas duas determinações para densidade real, e os resultados estão apresentados
na Tabela 3.4, com os respectivos valores médios.
68
TAB. 3.4 Densidade Real do Agregado Fresado
Amostra Densidade Real
1 2,579
2 2,579
Média 2,579
3.1.2 AGREGADOS CONVENCIONAIS
Os agregados convencionais utilizados para a mistura convencional do tipo concreto
asfáltico foram cedidos pela SOMA Engenharia, localizada no interior do Rio de Janeiro, na
cidade de Três Rios. Os agregados são gnaisses típicos da região do Rio de Janeiro. A
borracha moída de pneu inservível utilizada possui graduação fina, de acordo com a Figura
3.5, a qual foi fornecida pela empresa Ecobalbo de Ribeirão Preto, do estado de São Paulo.
Foram realizados os seguintes ensaios para a caracterização desses materiais: granulometria, e
densidades real e aparente.
FIG. 3.5 Borracha Moída de Pneu de Granulometria Fina (Ecobalbo)
69
3.1.2.1 GRANULOMETRIA
A granulometria dos agregados convencionais foi determinada de acordo com a norma
DNER ME 083 (DNER, 1998b), conforme as tabelas 3.5, 3.6, 3.7 e 3.8; também foram
determinadas as respectivas curvas granulométricas, conforme representadas nos gráficos das
figuras 3.6, 3.7, 3.8, 3.9 e 3.10.
TAB. 3.5 Granulometria da Brita 0
% Passante
#
Granulometria passando %
(pol.) (mm) Amostra 1 Amostra 2 Média
2 50,8 100,00 100,00 100,00
1 1/2” 38 100,00 100,00 100,00
1” 25 100,00 100,00 100,00
3/4” 19 100,00 100,00 100,00
1/2” 12,7 100,00 100,00 100,00
3/8” 9,5 94,00 94,00 94,00
n.º 4 4,8 21,00 20,00 21,00
n.º 10 2 5,00 4,00 5,00
n.º 40 0,42 3,00 3,00 3,00
n.º 80 0,18 2,00 2,00 2,00
n.º 200 0,075 1,00 1,00 1,00
TAB. 3.6 Granulometria da Brita 1
% Passante
#
Granulometria passando %
(pol.) (mm) Amostra 1 Amostra 2 Média
2 50,8 100,00 100,00 100,00
1 1/2” 38 100,00 100,00 100,00
1” 25 100,00 100,00 100,00
3/4” 19 81,00 88,00 85,00
1/2” 12,7 26,00 28,00 27,00
3/8” 9,5 3,00 2,00 3,00
nº.4 4,8 1,00 1,00 1,00
n.º 10 2 1,00 0,00 1,00
n.º 40 0,42 1,00 0,00 1,00
n.º 80 0,18 1,00 0,00 1,00
n.º 200 0,075 0,00 0,00 0,00
70
TAB. 3.7 Granulometria do Pó de Pedra
% Passante
#
Granulometria passando %
(pol.) (mm) Amostra 1 Amostra 2 Média
2 50,8 100,00 100,00 100,00
1 1/2” 38 100,00 100,00 100,00
1” 25 100,00 100,00 100,00
3/4” 19 100,00 100,00 100,00
1/2” 12,7 100,00 100,00 100,00
3/8” 9,5 100,00 100,00 100,00
n.º 4 4,8 99,00 99,00 99,00
n.º 10 2 65,00 65,00 65,00
n.º 40 0,42 36,00 47,00 42,00
n.º 80 0,18 25,00 23,00 24,00
n.º 200 0,075 7,00 8,00 8,00
TAB. 3.8 Granulometria do Fíler Cal Hidratada
% Passante
#
Granulometria passando %
(pol.) (mm) Amostra 1 Amostra 2 Média
2 50,8 100,00 100,00 100,00
1 1/2” 38 100,00 100,00 100,00
1” 25 100,00 100,00 100,00
3/4” 19 100,00 100,00 100,00
1/2” 12,7 100,00 100,00 100,00
3/8” 9,5 100,00 100,00 100,00
n.º 4 4,8 99,00 99,00 99,00
n.º 10 2 65,00 65,00 65,00
n.º 40 0,42 36,00 47,00 42,00
n.º 80 0,18 25,00 23,00 24,00
n.º 200 0,075 7,00 8,00 8,00
FIG. 3.6 Distribuição Granulométrica Média da Brita 0
71
FIG. 3.7 Distribuição Granulométrica Média da Brita 1
FIG. 3.8 Distribuição Granulométrica Média do Pó de Pedra
FIG. 3.9 Distribuição Granulométrica Média do Fíler (Cal Hidratada)
72
FIG. 3.10 Distribuição Granulométria Média da Borracha Moída
3.2 DENSIDADES
As densidades reais e aparentes dos agregados graúdos e miúdos utilizados no presente
estudo foram determinadas de acordo com as preconizações das normas DNER ME 081
(DNER, 1998a), DNER ME 084 (DNER, 1995b) e DNER ME 085 (DNER, 1994b),
apresentadas na Tabela 3.9:
TAB. 3.9 Densidade dos Agregados Convencionais
Agregados Brita 0 Brita 1 Pó de Pedra
Densidade Real 2,55 2,45 2,68
Densidade Aparente 2,45 2,42 -
A diferença de valores entre ambas as densidades é pequena, tanto para a brita 0, quanto
para a brita 1, da ordem de 0,10 e 0,03, respectivamente, indicando tratar-se de um agregado
de baixa absorção. Misturas asfálticas contendo agregados com alta absorção exigem
quantidades de ligante adicional a fim de compensar a absorção de ligante pelos agregados.
Os agregados muito porosos não são usados normalmente a não ser que possuam algumas
qualidades ou propriedades adicionais que os tornem aceitáveis, apesar da elevada absorção
(ASPHALT INSTITUTE, 1989).
73
3.3 DOSAGEM DAS MISTURAS ASFÁLTICAS RECICLADAS E CONVENCIONAL
A dosagem de misturas asfálticas recicladas ainda não apresenta consenso entre agências
e departamentos de transporte pelo mundo. No Brasil, procede-se da mesma maneira, não
havendo procedimento específico de dosagem para misturas recicladas. No entanto, tem-se
utilizado no país a metodologia de dosagem Marshall de misturas asfálticas a quente,
conforme procedimento da norma DNER ME 043 (DNER, 1995a), além da metodologia
Superpave, utilizada em centros de pesquisa.
Neste estudo, foi adotada a metodologia Marshall para a dosagem das misturas recicladas
e para a mistura convencional do tipo concreto asfáltico. Foram moldados três corpos-de-
prova para cada teor de ligante, conforme mostrado na Tabela 3.10, nos padrões de medida de
101,6 mm de diâmetro e 63,5 mm de altura, seguindo preconizações da norma DNER ME 043
(DNER, 1995a).
TAB. 3.10 Teores de ligante usados para a determinação do teor ótimo de CAP
Traço I Traço II Traço III
4,0 5,0 6,0 3,0 4,0 5,0 3,5 4,5 5,5
Os agregados fresados foram separados em frações, após secagem em temperatura
ambiente. Cada corpo-de-prova foi confeccionado individualmente, obedecendo às seguintes
premissas: pesagem dos agregados, adição de fíler, e adição de CAP. As misturas foram
compactadas aplicando-se 75 golpes por face, à temperatura de compactação de 125 °C
(Figura 3.11).
FIG. 3.11 Compactação dos Corpos-de-Prova e CPs após Compactação
74
Na primeira etapa, foi realizado o estudo de dosagem e a execução dos traços no teor
ótimo de projeto, no laboratório de Ligantes Asfálticos e Misturas Betuminosas do Instituto
Militar de Engenharia. Na segunda etapa, os mesmos traços foram executados em campo,
utilizando-se a usina protótipo J-1000 (Figura 3.12), objetivo de estudo da presente pesquisa,
adotando-se o mesmo teor ótimo de projeto da primeira etapa. A norma DNIT ES 033 (DNIT,
2005) foi adotada para as misturas recicladas a quente, a qual trata de concreto asfáltico
reciclado a quente em usina. Para a mistura convencional de concreto asfáltico, foi adotada a
norma DNIT ES 031 (DNIT, 2006b).
FIG. 3.12 Usinagem de Misturas a Quente usando o Protótipo J-1000
Foram utilizadas três misturas asfálticas que, por sua vez, foram executadas
primeiramente em laboratório e posteriormente repetidas em campo, utilizando-se o protótipo
J-1000, totalizando uma quantia de seis misturas asfálticas (Tabela 3.11). Para os ensaios de
caracterização mecânica das misturas, foram utilizados diferentes teores de fresado e uma
mistura sem a presença de material fresado. As misturas recicladas e a mistura convencional
do tipo concreto asfáltico foram dosadas segundo a metodologia do DNER ME 043 (DNER,
1995a), utilizando-se a metodologia Marshall, respeitada a faixa C do DNIT.
TAB. 3.11 Misturas Asfálticas Dosadas para cada Traço
Mistura
Fresado
(%)
Borracha
moída (%)
Cal
Hidratada.
(%)
Brita 0
(%)
Brita 1
(%)
Pó
Pedrisco(%)
Traço I –
Laboratório/Campo
94 3 3 - - -
Traço II –
Laboratório/Campo
98 - 2 - - -
Traço III –
Laboratório/Campo
- - - 40 15 45
75
3.4 CARACTERIZAÇÃO DO CIMENTO ASFÁLTICO DE PETRÓLEO (CAP)
O CAP utilizado nesta pesquisa foi estudado em duas etapas. Na primeira, foi feita a
caracterização convencional do novo ligante a ser incorporado na mistura reciclada; e na
segunda, foi feita a caracterização, pelo método Abson, dos CAPs envelhecidos, extraídos das
misturas usinadas no protótipo.
O ligante asfáltico utilizado nesta pesquisa foi Cimento Asfáltico de Petróleo (CAP
30/45), da Refinaria Duque de Caxias (Reduc), e fornecido pela SOMA Engenharia, empresa
de pavimentação parceira nesta pesquisa. O CAP foi caracterizado no Laboratório de Ligantes
e Misturas Betuminosas do Instituto Militar de Engenharia. As especificações adotadas e os
respectivos resultados estão descritos na Tabela 3.12:
TAB. 3.12 Caracterização do CAP Utilizado na Presente Pesquisa
Ensaio – CAP 30/45 Unidades Limites Métodos Resultados
Amostra Virgem CAP 30/45 ABNT
Densidade g/cm³ - NBR 6296 1,05
Penetração (100 g, 5 s, 25 °C, 0,1 mm) 0,1 mm 30 a 45 NBR 6576 39
Ponto de Amolecimento, min. °C 52 NBR 6560 54,4
Viscosidade Brookfield a 135 °C, SP 21, 20 rpm, mín.
cP
374
NBR 15184
1227
Viscosidade Brookfield a 150 °C, SP 21, mín. 203 301
Viscosidade Brookfield a 177 °C, SP 21 76 a 285 159
Ponto de fulgor, mín. °C 235 NBR 11341 316
Ductilidade a 25 °C, mín. cm 60 NBR 6293 100
Efeito do calor e do ar (RTFOT) a 163 °C, 85 min
Ponto de amolecimento, máx. °C 60 NBR 6560 57,9
Penetração retida, mín. % 60 NBR 6576 61,5
Viscosidade Brookfield a 135 °C, SP 21, 20 rpm, mín
cP 374
NBR 15184 1592
Viscosidade Brookfield a 150 °C, SP 21, mín. 203 766
Viscosidade Brookfield a 177 °C, SP 21 76 a 285 282
A segunda etapa deste estudo compreende o estudo de envelhecimento do CAP das
misturas usinadas no protótipo J-1000, pelo método Abson. O método Abson é a extração do
ligante propriamente dita. É considerado um procedimento experimental, e – apesar de
polêmicas em torno da variabilidade dos resultados inerentes ao processo de extração –,
quando analítica e criteriosamente executado, permite que sejam aferidas com relativa
precisão as propriedades físicas e reológicas do ligante envelhecido, para que assim possam
ser quantificadas.
76
O método consiste basicamente na dissolução do ligante em estudo em um solvente
(tricloroetileno), e na posterior recuperação do ligante através de processos de destilação
primária em sox-let ou rotavapor. Posteriormente, o material é levado a um aparato
especialmente preparado como descrito em norma, e é submetido a diferentes temperaturas e
vazões de CO2 por períodos de tempo determinados, a fim de que todo o ligante seja
vaporizado e o ligante seja recuperado. As instruções normatizadas preconizadas nas
AASHTO T 170 (AASHTO, 1993) e ASTM D 1856 (ASTM, 1995) para a realização do
método Abson foram levadas em consideração.
Para tanto, os corpos-de-prova contendo os ligantes a serem extraídos foram resfriados à
temperatura ambiente, e em seguida submetidos a aquecimento em estufa à temperatura de
135 °C durante o período de 3 horas, até que o ligante pudesse ser desprendido e toda a massa
homogeneizada e dissolvida em solvente, através do equipamento Rotarex. A solução foi
então centrifugada e em seguida concentrada por meio da destilação primária utilizando-se o
rotavapor (Figura 3.13).
FIG. 3.13 Rotavapor Utilizado na Destilação dos Corpos-de-Prova
Posteriormente, o material foi submetido a diferentes temperaturas e vazões de CO2 por
períodos de tempo determinados a fim de que todo o solvente seja vaporizado e o ligante seja
recuperado. A injeção de CO2 é vital durante todo o processo, sendo feita inicialmente a
baixas temperaturas, a fim de provocar alguma agitação e impedir a formação de espuma; e
depois, a temperaturas mais elevadas, para evitar a oxidação por parte do ligante que está
sendo extraído. Um aparato especialmente desenvolvido para essa finalidade foi utilizado
conforme mostra a Figura 3.14.
77
FIG. 3.14 Equipamento Utilizado para Destilação em Presença de CO2, no Laboratório do
IME (COSTA & GUIMARÃES, 2012)
Após a extração do ligante envelhecido foi realizada a análise dos parâmetros
apresentados na Tabela 3.13. Para quantificar a perda das propriedades por parte dos ligantes
após o envelhecimento, tais resultados são confrontados com os resultados da caracterização
convencional (descritos anteriormente, na Tabela 3.12), a fim de se verificar o efeito de
envelhecimento do ligante asfáltico durante a usinagem das misturas na unidade protótipo em
escala reduzida – equipamento J-1000.
TAB. 3.13 Caracterização do CAP após Envelhecimento (Extração Abson)
Ensaio – CAP 30/45
Unidades
Limites
Métodos
Resultados - Abson
Resultados –
Após RTFOT
CAP
30/45
ABNT Traço I-
Campo
Traço II-
Campo
Traço
III-
Campo
Penetração retida, mín. % 60 NBR
6576
64,1 71,79 64,1 61,5
Ponto de
Amolecimento, máx.
°C 60 NBR
6560
64,8 62,2 66,3 57,9
Viscosidade Brookfield
a 135 °C, SP 21, 20
rpm, mín.
cP
374
NBR
15184
1230 805 1197 1592
Viscosidade Brookfield
a 150 °C, SP 21, mín.
203 599 389 499 766
Viscosidade Brookfield
a 177 °C, SP 21
76 a
285
223 137,5 249 282
78
3.5 PROPRIEDADES MECÂNICAS DAS MISTURAS
As misturas dosadas para este trabalho foram submetidas a ensaios convencionais de
comportamento mecânico, para a definição de padrões mínimos de desempenho em campo.
Os ensaios mecânicos realizados para a caracterização das misturas asfálticas foram:
Resistência à Tração (RT) por compressão diametral, Módulo de Resiliência (MR) por
compressão diametral, e Dano por Umidade induzida.
3.5.1 RESISTÊNCIA À TRAÇÃO
Para a determinação da resistência à tração das misturas asfálticas analisadas, foram
seguidas preconizações da norma DNIT ME 136 (DNIT, 2010b). Tal norma prescreve o
método pelo qual se determina a resistência à tração por compressão diametral de corpos-de-
prova cilíndricos de misturas asfálticas, moldados em laboratório ou extraídos de pavimentos
asfálticos. Foram consideradas e avaliadas as resistências à tração para três corpos-de-prova,
previamente confinados em uma câmara por um período de duas horas, estabilizando-se a
temperatura em 25 °C.
FIG 3.15 Ensaio de Resistência à Tração por Compressão Diametral
79
Após esse período, os corpos-de-prova foram colocados, com suas respectivas superfícies
cilíndricas, entre dois frisos metálicos, curvos em uma das faces, com comprimento igual ao
do corpo-de-prova. Então foram ajustados os pratos da prensa até que obtivessem uma leve
compressão, capaz de manter a posição do corpo-de-prova. Aplicou-se a carga
progressivamente, com uma velocidade de deformação de 0,8 ± 0,1 mm/s, até que se deu a
ruptura, por separação das duas metades do corpo-de-prova, segundo o plano diametral
vertical. Prosseguindo o procedimento, foi anotada a leitura do medidor, ou seja, o valor da
carga de ruptura (F). Com o valor obtido, foi calculada a resistência à tração dos corpos-de-
prova rompidos por compressão diametral. Foram realizadas três determinações de RT para
cada mistura estudada, sendo considerado o valor médio para cada uma delas, obtendo-se os
respectivos valores com o cálculo
Em que:
σR: resistência à tração, em kgf/cm²;
F: carga de ruptura, em kgf;
D: diâmetro do corpo-de-prova, em cm;
H: altura do corpo-de-prova, em cm.
3.5.2 MÓDULO DE RESILIÊNCIA
O módulo de resiliência por compressão diametral das misturas estudadas foi
determinado de acordo com o método de ensaio da norma DNIT ME 135 (DNIT, 2010a).
Para cada mistura, foram separarados e submetidos ao ensaio três corpos-de-prova, moldados
no teor de projeto. Os corpos-de-prova foram previamente alocados dentro da câmara que
aloja todo o ensaio, por um período mínimo de duas horas, à temperatura de 25 °C.
80
Com os corpos-de-prova na temperatura especificada, posicionou-se a amostra a ser
ensaiada na base da prensa, apoiada no friso metálico inferior. Foi posicionado e ajustado ao
corpo-de-prova o LVDT (Linear Variable Differential Transformer), de modo a se obterem os
registros dos deslocamentos horizontais. Assentou-se o pistão de carga com o friso metálico
superior em contato com o corpo-de-prova, diametralmente oposto ao friso metálico inferior.
O sistema da prensa é dotado de um sistema pneumático que garante uma aplicação de carga
pulsante, e é controlado por um computador acoplado.
FIG. 3.16 Ensaio de Módulo de Resiliência
O ensaio inicia-se aplicando um carregamento pulsante com a duração de 0,1s e 0,9s de
repouso, simulando o efeito do carregamento dinâmico provocado pela passagem do tráfego a
80 km/h. Procede-se um pré-condicionamento do corpo-de-prova aplicando-se 200 repetições
de uma carga vertical (F) que produza uma tensão à tração igual a 15% da resistência à tração
da mistura, definida previamente. Registram-se os deslocamentos máximos após 300, 400 e
500 repetições da carga F, tomando-se como valor do módulo de resiliência o valor médio
calculado para os deslocamentos medidos dos três carregamentos. Repetiu-se o mesmo
procedimento para os três corpos-de-prova e o resultado do ensaio de módulo para cada
mistura é a média dos valores obtidos para os três corpos-de-prova.
81
3.5.3 DANO POR UMIDADE INDUZIDA
O teste de sensibilidade à ação deletéria da água mais usado no Brasil segue o
procedimento descrito em AASHTO T 283 (AASHTO, 2003), cujas etapas são demonstradas
a seguir (BERNUCCI et al., 2007):
I. Moldar seis corpos-de-prova similares com 1.200 g de mistura asfáltica na faixa
de projeto e teor de ligante asfáltico de projeto, com vazios entre 6 e 8%;
II. Separar um primeiro conjunto de três CPs, colocando-os dentro de sacos plásticos
para proteção e imersão em banho de água a 25 °C por 2 ± 1 h;
III. Separar um segundo conjunto de três desses CPs, colocando-os em um recipiente
com água destilada e aplicando-se vácuo a uma pressão de 254 – 660 mmHg a fim
de obter grau de saturação dos vazios entre 55 e 80% de água;
IV. Colocar o segundo conjunto de três CPs para congelamento (-18 °C) por um
período de 16 h. Os CPs devem permanecer cobertos por um filme plástico, e
colocados dentro de um saco vedado, com 10 ml de água adicionais;
V. Imergir este conjunto de três CPs em um banho de 60 °C por um período de 24 ±
1 h, mantendo-se o filme e o saco plástico;
VI. Retirar o conjunto de três CPs do banho a 60 °C e imergi-los em um banho a 25
°C por um período de 2 ± 1h, mantendo-os ainda em saco plástico;
VII. Realizar ensaio de resistência à tração no primeiro conjunto de três CPs não-
condicionados (RT), e no segundo conjunto de três CPs, após todo o ciclo de
condicionamento (RTu);
VIII. Calcular a resistência à tração retida por umidade induzida, que é a razão entre
RTu e RT.
FIG. 3.17 Corpos-de-Prova Aplicando-se Vácuo e Banho a 60 °C
82
O ensaio de dano por umidade induzida realizado nesta pesquisa seguiu o método e a
norma descritos anteriormente, obedecendo, ainda, para a confecção dos CPs, à dosagem
Marshall, com vazios entre 6 e 8%. O valor mínimo da resistência à tração retida por umidade
induzida (RRT), para que a amostra seja aprovada, é de 70%.
83
4 RESULTADOS E DISCUSSÕES
4.1 DOSAGEM MARSHALL DAS MISTURAS ASFÁLTICAS
Com os materiais descritos no Capítulo 3, foram utilizadas três misturas asfálticas que,
dosadas primeiramente em laboratório, e posteriormente repetidas em campo, utilizando-se o
protótipo J-1000, resultaram em seis misturas asfálticas. A distribuição granulométrica das
misturas de laboratório e de campo é a mesma para cada traço, e foram utilizados os mesmos
materiais, a fim de confrontar os resultados. A granulometria do Traço I (laboratório e campo)
é apresentada na Tabela 4.1. Trata-se de material fresado extraído de rodovias, sem que tenha
sido feita a extração do betume, e que apresenta alguns ‘grumos’ de fresado.
Com isso, fez-se necessário o peneiramento do agregado a fim de reter os ‘grumos’ na
peneira 3/4", obedecendo aos valores preconizados na norma DNIT ES 033 (DNIT, 2005), a
qual estabelece que deve ser utilizado 100% do agregado graúdo passante na peneira 3/4". O
traço se enquadra na faixa “C” do DNIT, podendo ser mais bem compreendido na Figura 4.1,
e apresenta enquadramento satisfatório na faixa.
TAB. 4.1 Enquadramento Granulométrico do Traço I – Laboratório e Campo
% Passante
#
Fresado Borracha Moída Fíler (Cal) DNIT Faixa
C
Curva
(pol.) (mm) Amostra
Total
Projeto Amostra
Total
Projeto Amostra
Total
Projeto Mín. Máx. Projeto
2 50,8 100,00 94,00 100,00 3,00 100,00 3,00 - - 100,00
1 1/2” 38 100,00 94,00 100,00 3,00 100,00 3,00 - - 100,0
1” 25 100,00 94,00 100,00 3,00 100,00 3,00 - - 100,0
3/4” 19 100,00 94,00 100,00 3,00 100,00 3,00 100 100 100,0
1/2” 12,7 88,00 82,72 100,00 3,00 100,00 3,00 80 100 88,7
3/8” 9,5 79,00 74,26 100,00 3,00 100,00 3,00 70 90 80,3
n.º 4 4,8 54,00 50,76 100,00 3,00 100,00 3,00 44 72 56,8
n.º 10 2 30,00 28,20 100,00 3,00 100,00 3,00 22 50 34,2
n.º 40 0,42 12,00 11,28 46,00 1,38 100,00 3,00 8 26 15,7
n.º 80 0,18 6,00 5,64 7,00 0,21 100,00 3,00 4 16 8,9
n.º 200 0,075 2,00 1,88 1,00 0,03 89,00 6,67 2 10 4,6
84
FIG. 4.1 Enquadramento Granulométrico do Traço I – Laboratório e Campo, faixa C
DNIT
São apresentados na Tabela 4.2 os valores do enquadramento granulométrico da mistura
do Traço II. O material é composto por fresado e cal hidratada (fíler), e também objetivou
respeitar os limites da faixa “C” do DNIT. A esse traço não foi adicionada a fração fina de
borracha com o intuito de confrontar os resultados de laboratório e de campo, e ainda os
resultados do Traço I. No gráfico da Figura 4.2 pode ser melhor observado o enquadramento
granulométrico na faixa “C”, favorável a esse tipo de mistura.
TAB. 4.2 Enquadramento Granulométrico do Traço II – Laboratório e Campo
% Passante
#
Fresado Fíler (Cal) DNIT Faixa
C
Curva
(pol.) (mm) Amostra
Total
Projeto Amostra
Total
Projeto Mín. Máx. Projeto
1 1/2” 38 100,00 98,00 100,00 2,00 - - 100,0
1” 25 100,00 98,00 100,00 2,00 - - 100,0
3/4” 19 100,00 98,00 100,00 2,00 100 100 100,0
1/2” 12,7 88,00 86,24 100,00 2,00 80 100 88,2
3/8” 9,5 79,00 77,42 100,00 2,00 70 90 79,4
n.º 4 4,8 54,00 52,92 100,00 2,00 44 72 54,9
n.º 10 2 30,00 29,40 100,00 2,00 22 50 31,4
n.º 40 0,42 12,00 11,28 100,00 2,00 8 26 13,8
n.º 80 0,18 6,00 5,88 100,00 2,00 4 16 7,9
n.º 200 0,075 2,00 1,96 89,00 1,78 2 10 3,7
85
FIG. 4.2 Enquadramento Granulométrico do Traço II – Laboratório e Campo, faixa C DNIT
O traço III é uma mistura convencional do tipo Concreto Asfáltico (CA), composto por
agregados minerais novos, dosados primeiramente em laboratório e posteriormente
executados também em campo, utilizando o J-1000. A Tabela 4.3 mostra o enquadramento
granulométrico da mistura do traço III referenciando, juntamente com o gráfico da Figura 4.3,
todos os agregados adotados no traço, e ainda o enquadramento da mistura dentro dos limites
da faixa “C” do DNIT.
TAB. 4.3 Enquadramento Granulométrico do Traço III – Laboratório e Campo
% Passante
#
Brita 1 Brita 0 Pó de Pedra DNIT Faixa
C
Curva
(pol.) (mm) Amostra
Total
Projeto Amostra
Total
Projeto Amostra
Total
Projeto. Mín. Máx. Projeto
1 1/2” 38 100,00 15,00 100,00 40,00 100,00 45,00 - - 100,0
1” 25 100,00 15,00 100,00 40,00 100,00 45,00 - - 100,0
3/4” 19 85,00 12,75 100,00 40,00 100,00 45,00 100 100 97,8
1/2” 12,7 27,00 4,05 100,00 40,00 100,00 45,00 80 100 89,1
3/8” 9,5 3,00 0,45 94,00 37,60 100,00 45,00 70 90 83,1
n.º 4 4,8 1,00 0,15 21,00 8,40 99,00 44,55 44 72 53,1
n.º 10 2 1,00 0,15 5,00 2,00 65,00 29,25 22 50 31,4
n.º 40 0,42 1,00 0,15 3,00 1,20 42,00 18,90 8 26 20,3
n.º 80 0,18 1,00 0,15 2,00 0,80 24,00 10,80 4 16 11,8
n.º 200 0,075 0,00 0,00 1,00 0,40 8,00 3,60 2 10 4,0
86
FIG. 4.3 Enquadramento Granulométrico do Traço III – Laboratório e Campo. Faixa C
DNIT.
A mistura do traço III apresentou satisfatório enquadramento granulométrico, e a curva
da mistura tangenciou a curva média do limite da faixa C do DNIT. Após a determinação do
enquadramento granulométrico para as misturas asfálticas, calculou-se o teor ótimo de
ligante. A consistência do CAP novo, bem como as suas proporções, foram selecionadas de
forma que o asfalto envelhecido tivesse as suas propriedades recuperadas, e a mistura asfáltica
produzida a partir de então fosse enquadrada ns critérios funcionais das especificações para o
teor ótimo de projeto.
4.2 DETERMINAÇÃO DOS TEORES ÓTIMOS
Para misturas recicladas a quente, há uma diversidade de métodos de dosagem quanto aos
seguintes aspectos: procedimentos de ensaio, definição de agregado fresado (com ou sem o
ligante envelhecido), parâmetros necessários para a definição do teor do ligante novo e
percentual de fresado a ser reaproveitado. A expressão “ligante novo” refere-se ao ligante,
com ou sem agente rejuvenescedor (AR) misturado, que é adicionado ao fresado para
devolver ao ligante suas características iniciais. Enquanto nos Estados Unidos é comum o uso
de ligantes menos consistentes sem AR, para contrabalançar o ligante endurecido do fresado,
no Brasil tem sido comum a utilização de ARs, sendo o ligante novo uma mistura de AR com
cimento asfáltico virgem (BERNUCCI et al., 2007).
87
A escolha e/ou determinação do teor inicial de CAP com que se pretende iniciar o estudo
de uma mistura asfáltica do tipo CBUQ muitas vezes consiste em um valor indicado pela
experiência do projetista (BERNUCCI et al., 2007). Sobretudo conhecendo a granulometria
do material fresado e dos agregados convencionais, e seguindo procedimentos da norma
DNER ME 043 (DNER, 1995a), que respalda o método de dosagem Marshall, moldando 3
CPs para cada teor inicial. Nas tabelas 4.4, 4.5 e 4.6, estão inseridos os resultados das
dosagens Marshall realizadas para a obtenção do teor ótimo de CAP em função dos traços
estabelecidos para estudo do comportamento mecânico das misturas recicladas e da mistura
convencional.
TAB. 4.4 Resultado da Dosagem Marshall para o Traço I de Laboratório e Campo
Teor de CAP
(%)
Vazios
(%)
Relação Betume Vazios
(%)
Estabilidade
(kgf)
Vazios do Agregado Mineral
(%)
4,0 8,70 50,24 1103,07 17,50
5,0 5,45 67,05 1262,56 16,56
6,0 4,22 76,23 799,48 17,66
TAB. 4.5 Resultado da Dosagem Marshall para o Traço II de Laboratório e Campo
Teor de CAP
(%)
Vazios
(%)
Relação Betume Vazios
(%)
Estabilidade
(kgf)
Vazios do Agregado Mineral
(%)
3,0 5,67 55,27 1056,31 12,65
4,0 4,96 65,62 1292,50 14,15
5,0 2,29 83,39 809,13 13,77
TAB. 4.6 Resultado da Dosagem Marshall para o Traço III de Laboratório e Campo
Teor de CAP
(%)
Vazios
(%)
Relação Betume Vazios
(%)s
Estabilidade
(kgf)
Vazios do Agregado Mineral
(%)
3,5 6,04 56,78 1537,47 14,15
4,5 3,65 74,24 1886,44 14,34
5,5 2,47 82,40 1403,59 15,96
As Figuras 4.4, 4.5 e 4.6 apresentam os gráficos dos parâmetros volumétricos, da
estabilidade Marshall, e os gráficos utilizados na determinação dos teores de CAP de cada
mistura.
88
FIG. 4.4 Gráficos dos Parâmetros Volumétricos e Estabilidade Marshall para Misturas do
Traço I – Laboratório e Campo
FIG. 4.5 Gráficos dos Parâmetros Volumétricos e Estabilidade Marshall para Misturas do
Traço II – Laboratório e Campo
89
FIG. 4.6 Gráficos dos Parâmetros Volumétricos e Estabilidade Marshall para Misturas do
Traço III – Laboratório e Campo
Os teores de projetos das misturas betuminosas recicladas e da mistura do tipo CBUQ
foram determinados a exemplo do procedimento utilizado para as misturas convencionais,
explicado anteriormente, e objeto do método de ensaio DNER ME 043 (DNER, 1995a). A
densidade aparente das misturas compactadas foi determinada de acordo com o método de
ensaio DNER ME 117 (DNER, 1994c). Para o cálculo do volume de vazios, foi determinada a
Máxima Densidade Medida (Gmm) por meio de ensaio a vácuo, preconizado na norma
ASTM D 2041 (ASTM, 2000). Para a determinação da densidade em laboratório, utilizou-se
o Rice Test, mostrado na Figura 4.7, sendo feitas três determinações para cada teor de asfalto
estudado.
FIG. 4.7 Equipamento para Determinação da Máxima Densidade Medida (Gmm)
90
A obtenção da Gmm em laboratório por meio de ensaio a vácuo é empregada em projetos
de misturas asfálticas de países como Estados Unidos, África do Sul, Austrália e Europa
(BERNUCCI et al., 2007). Na Tabela 4.8 são apresentados os teores ótimos de cimento
asfáltico de petróleo obtidos através dos gráficos de cada mistura, obedecendo-se aos
parâmetros preconizados nas normas do DNIT ES 031 (DNIT, 2006b) e DNIT ES 033
(DNIT, 2005). Também são apresentadas as máxima densidade medida (Gmm) para os teores
ótimos.
TAB. 4.7 Teores Ótimos de CAP e Máxima Densidade Medida (Gmm)
Traço Teor ótimo de CAP (%) Máxima densidade medida – Gmm
(ASTM D 2041)
Traço I – Laboratório 5,5 2,49
Traço II – Laboratório 4,0 2,51
Traço III – Laboratório 4,2 2,61
Traço I – Campo 5,5 2,51
Traço II – Campo 4,0 2,61
Traço III - Campo 4,2 2,59
4.3 CARACTERIZAÇÃO MECÂNICA DAS MISTURAS ASFÁLTICAS
4.3.1 ESTABILIDADE MARSHALL
A aplicação do método Marshall nas misturas recicladas e convencional, utilizando o teor
ótimo de ligante de cada mistura, confirma os valores médios para o volume de vazios e para
a estabilidade Marshall, quanto ao atendimento dos requisitos técnicos para concretos
asfálticos, segundo a norma DNIT ES 031(DNIT, 2006b), e para a reciclagem de concreto
asfáltico a quente em usina, de acordo com a norma DNIT ES 033 (DNIT, 2005), dados esses
que são apresentados na Tabela 4.8, com os respectivos resultados. A opção do teor ótimo foi
obtido pelos valores do volume de vazios e pelas propriedades mecânicas (MR, RT,
Estabilidade e Dano por umidade induzida), ao passo que o VAM e o RBV não atenderam às
normas adotadas.
91
TAB. 4.8 Parâmetros Volumétricos e Estabilidade Marshall das Misturas
Traço
Teor ótimo de
CAP (%)
Vazios
(%)
Relação Betume
Vazios (%)
Estabilidade
(Kgf)
Vazios do Agregado
Mineral - VAM (%)
Limites DNIT-ES 031/2006 e DNIT-ES 033/2005
3 a 5% 75 a 82% Mínimo de 500
Kgf
Mín. 15%
Traço I –
Laboratório
5,5 3,71 77,30 1863,15 16,27
Traço II –
Laboratório
4,0 3,87 70,70 1380,43 13,06
Traço III -
Laboratório
4,2 4,80 67,66 2225,55 14,74
Traço I - Campo 5,5 4,45 74,32 1929,08 17,01
Traço II -
Campo
4,0 4,03 69,40 1897,03 13,17
Traço III -
Campo
4,2 4,20 70,40 2059,88 13,63
Os gráficos das Figuras 4.8 e 4.11 apresentam os parâmetros volumétricos: volume de
vazios, relação betume vazios, vazios do agregado mineral e estabilidade Marshall, em função
de cada traço de mistura asfáltica abordado neste estudo.
Correlacionando o parâmetro volume de vazios (Vv) de todas as misturas estudadas na
presente pesquisa, é notado (Figura 4.8) que todas as misturas se enquadram dentro dos
limites estabelecidos pela norma DNIT ES 033 (DNIT, 2005) e DNIT ES 031 (DNIT, 2006b),
com volume de vazios de 3 a 5%.
Nota-se ainda que existe uma tendência ao aumento do volume de vazios com a
incorporação do material fresado para os traços moldados em campo com o J-1000. Todavia,
o volume de vazios é função do arranjo estrutural da composição granulométrica e o teor de
CAP adicionado à mistura. Como o fresado tem uma quantidade menor de finos, a elevada
porcentagem de fresado nos traços das misturas ocasionou consequentemente o aumento no
volume de vazios das respectivas misturas, o que influenciou as propriedades mecânicas,
como estabilidade e resistência à tração.
92
FIG. 4.8 Volume de Vazios em Função de cada Mistura Estudada
Analisando o parâmetro relação betume vazios (RBV), com exceção da mistura reciclada
do traço I – laboratório, os demais traços não atingiram o limite mínimo de 75% preconizado
nas normas DNIT ES 033 (DNIT, 2005) e DNIT ES 031 (DNIT, 2006b). Devido à grande
diferença de coeficientes de dilatações volumétricas entre o asfalto e o agregado, o RBV bem
definido impede a exsudação, mantém a mistura com índices dentro dos limites, assegura a
coesão e a resistência sem correr riscos de deformação plástica ou fissuração.
FIG. 4.9 Relação Betume Vazios em Função de cada Mistura Estudada
As normas DNIT ES 033 (DNIT, 2005) e DNIT ES 031 (DNIT, 2006b) preconizam que
o tamanho nominal máximo do agregado passante na peneira 3/4” é de 19 mm (caso das
misturas em estudo), e a norma aborda ainda que o valor mínimo do parâmetro volumétrico
vazios do agregado mineral (VAM) deve ser de 15%. No entanto, para as misturas do traço II
– laboratório e campo – e as do traço III – laboratório e campo –, o limite não foi atendido.
93
FIG. 4.10 Vazios do Agregado Mineral em Função de cada Mistura Estudada
Os valores de estabilidade Marshall encontrados para todos os traços se apresentaram
bem acima do limite estabelecido pelas normas DNIT ES 033 (DNIT, 2005) e DNIT ES 031
(DNIT, 2006b), o que confirma a satisfatória utilização de material fresado em misturas
asfálticas, bem como o uso do protótipo para usinagem. Em dosagem racional, a mistura deve
ser projetada para um determinado nível de resistência à tração e módulo resiliente. Assim,
para a afirmação da viabilidade técnica de uso desses resíduos e do equipamento J-1000, além
da Estabilidade Marshall e de parâmetros volumétricos, foram necessários estudos
complementares, como os ensaios das propriedades mecânicas: resistência à tração, dano por
umidade induzida, e módulo de resiliência.
FIG. 4.11 Estabilidade Marshall em Função de cada Mistura Estudada
94
4.3.2 RESISTÊNCIA À TRAÇÃO
Os ensaios de Resistência à Tração foram realizados a uma temperatura de 25 °C,
aplicando-se uma carga a uma velocidade de 0,8 mm/s, até a ruptura do corpo-de-prova,
segundo o plano diametral vertical. Foram ensaiados três CPs para cada traço de mistura
analisada. A Tabela 4.9 apresenta os resultados de Resistência à Tração (RT), seguindo a
metodologia abordada na norma DNIT ME 136 (DNIT, 2010b). Os corpos-de-prova foram
moldados pela metodologia Marshall, sendo ainda mais bem compreendidos com o gráfico da
Figura 4.12, o qual mostra os resultados dessas resistências, comparando-os com o valor
mínimo exigido na norma do DNIT para a camada de rolamento, faixa C.
Comparando os valores de RT para os traços de laboratório e de campo, ressaltando-se o
valor mínimo de RT descrito nas normas DNIT ES 033 (DNIT, 2005) e DNIT ES 031 (DNIT,
2006b), de 0,65 MPa, destaca-se que os valores encontrados foram satisfatórios para esse tipo
de mistura, tendo atendido às especificações. Segundo NASCIMENTO (2011), há uma
tendência de queda da resistência à tração a partir de mistura reciclada com 25% de fresado,
ao passo que, com a incorporação da mesma percentagem de fresado, o volume de vazios
aumenta, consequentemente dando origem a misturas menos resistentes.
No entanto, para as misturas recicladas da presente pesquisa não houve queda dos valores
de RT, fato que se deve pela percentagem de fíler adicionada aos traços da mistura reciclada,
tornando as misturas mais densas, com valores de resistência à tração sobretudo maiores.
TAB. 4.9 Resultados dos Ensaios de Resistência à Tração
Traço Resistência à Tração (MPa)
Traço I - Laboratório 1,33
Traço II - Laboratório 2,34
Traço III - Laboratório 1,28
Traço I – Campo 2,23
Traço II – Campo 2,60
Traço III - Campo 1,73
95
FIG. 4.12 Resultados dos Ensaios de Resistência à Tração
4.3.3 DANO POR UMIDADE INDUZIDA
A Tabela 4.10 mostra os valores encontrados de resistência à tração antes e após a ação
da umidade (condicionamento), para os corpos-de-prova moldados pela metodologia
Marshall, com teor de vazios entre 6 e 8%, seguindo-se, para o referido ensaio, a norma
AASHTO T 283 (AASHTO, 2003). Juntamente com o gráfico da Figura 4.13, os resultados
de RT podem ser ainda mais bem compreendidos. Confrontando os resultados de RT antes e
após o condicionamento, percebeu-se que se mantiveram acima do mínimo exigido pelas
normas DNIT ES 033 (DNIT, 2005) e DNIT ES 031 (DNIT, 2006b), que é de 0,65 MPa. No
entanto, para o traço I de laboratório, o resultado de RTu apresentou valor superior ao da RT
sem condicionamento.
TAB. 4.10 Resultados dos Ensaios de Dano por Umidade Induzida
Traço
Resistência à Tração (MPa)
RTu/RT (%) Sem Condicionamento (RT) Com Condicionamento (RTu)
Traço I - Laboratório 0,99 1,19 119,81
Traço II - Laboratório 2,88 1,65 57,30
Traço III - Laboratório 2,07 1,55 74,82
Traço I - Campo 2,19 1,98 90,18
Traço II - Campo 2,50 1,52 60,93
Traço III - Campo 2,66 2,25 84,52
96
FIG. 4.13 Resistência à Tração sem Condicionamento e com Condicionamento
O ensaio de dano por umidade realizado com as misturas do presente estudo revelou que
as misturas apresentaram resistência satisfatória à ação deletéria da água. Com exceção do
traço II de laboratório e campo, todas as outras misturas apresentaram Resistência à Tração
Retida (RTu/RT) superior a 70%, conforme destacado no gráfico da Figura 4.14. Todavia,
todos os traços apresentaram valores de RT elevados, com exceção do traço I de laboratório,
podendo as misturas recicladas serem justificadas pelo elevado acréscimo de fíler (cal
hidratada) em limite acima do percentual normalmente encontrado em literatura.
FIG. 4.14 Resistência à Tração Retida (RTu/RT)
97
4.3.4 MÓDULO DE RESILIÊNCIA
Os ensaios para a determinação do Módulo de Resiliência foram realizados em três
corpos-de prova de cada mistura, utilizando-se o ensaio de compressão diametral com cargas
repetidas, à temperatura de 25 °C. A execução dos ensaios ocorreu de acordo com a
metodologia DNIT ME 135 (DNIT, 2010a). A Tabela 4.11 e a Figura 4.15 apresentam os
resultados dos ensaios de MR; os valores de módulo variaram com o tipo de mistura. Os
resultados de módulo resilente encontrados para os traços de laboratório e para os traços de
campo apresentaram valores considerados satisfatórios, valores da mesma ordem de grandeza
encontrados em literatura.
Os valores de laboratório e de campo variaram entre 4.914 e 12.000 MPa; e entre 5.514 e
10.851 Mpa, respectivamente. Essa distinta variação dos resultados das misturas de
laboratório e de campo pode ser justificada pelas peculiaridades do agregado fresado, como
granulometria, e pelo desconhecimento, nesta pesquisa, da origem do agregado fresado. Por
se tratar de uma pesquisa em que é utilizada a usina protótipo de reciclagem, o equipamento
protótipo apresenta variáveis no campo que podem influenciar os resultados, como a pesagem
manual de cada agregado da mistura; ao passo que, em laboratório, essa precisão é menos
variável. A variação nos resultados de MR para as misturas recicladas ainda pode ser
justificada pelo acréscimo de fíler (cal hidratada) acima do limite usual.
TAB. 4.11 Módulos de Resiliência e Resistência à Tração das Misturas
Traço Módulo de
Resiliência (MPa)
Resistência à Tração
(MPa)
MR/RT
(MPa)
Vv
(%)
Teor ótimo de
CAP (%)
Traço I – Laboratório 4.914 1,33 3.694 3,71 5,5
Traço II – Laboratório 12.000 2,34 5.128 3,87 4,0
Traço III – Laboratório 6.840 1,28 5.343 4,80 4,2
Traço I – Campo 6.060 2,23 2.717 4,45 5,5
Traço II – Campo 5.514 2,60 2.120 4,03 4,0
Traço III – Campo 10.851 1,73 6.272 4,02 4,2
98
FIG. 4.15 Resultados do Ensaio de Módulo de Resiliência
LIMA (2003) & NASCIMENTO (2011) estudaram o concreto asfáltico reciclado a
quente, a partir de compactação Marshall, com teores de fresado entre 0 e 50%, os quais são
apresentados na Tabela 4.12. Na presente pesquisa, utilizou-se 100% de agregado fresado,
obtendo-se valores de RT e MR proporcionais aos apontados pelos autores citados.
Segundo LIMA (2003), o acréscimo na percentagem de agregado fresado que irá compor
misturas asfálticas recicladas a quente é diretamente proporcional ao aumento percebido nos
valores resultantes dos ensaios de MR e RT, ou seja: quanto maior o percentual de agregado
fresado em uma mistura reciclada, maiores serão os valores de MR e RT dessas misturas.
TAB. 4.12 Resultados dos Ensaios Mecânicos Utilizando Material Fresado
Fresado (%) LIMA (2003) NASCIMENTO (2011)
MR (MPa) RT (MPa) MR/RT MR (MPa) RT (MPa) MR/RT
0 3.200 1,20 2.667 - - -
5 2841 0,74 3839,2
10 4.776 1,30 3.674 3206 0,96 3339,6
15 - - - 2864 1,05 2727,6
20 - - - 2445 0,92 2657,6
25 - - - 3704 0,96 3858,3
30 7.524 1,30 5.787 2805 0,91 3082,4
50 8.901 1,60 5.663 - - -
Fonte: LIMA (2003) & NASCIMENTO (2011)
99
4.3.5 TRABALHO DE CAMPO
Os trabalhos de campo foram realizados em duas fases. A primeira fase foi um estudo
piloto, o qual foi apresentado no XVI Congresso Ibero-Latinoamericano do Asfalto (REIS &
GUIMARÃES, 2011); e a segunda fase consiste nos respectivos traços apresentados na
presente pesquisa. Na primeira fase, objetivou-se conhecer e entender os princípios de
funcionamento do protótipo J-1000, e ainda abordar detalhes como a logística de pesagem e o
manejo (manual) de introdução dos materiais no protótipo para a produção das misturas. Com
as críticas construtivas absorvidas no XVI Congresso Ibero-Latinoamericano do Asfalto, na
primeira fase, deu-se início aos trabalhos da segunda fase.
Após a dosagem em laboratório, na segunda fase, as misturas asfálticas recicladas foram
então executadas em campo, utilizando-se a usina protótipo em escala reduzida. Iniciados os
trabalhos em campo, o primeiro passo foi ligar o equipamento e em seguida pesar e introduzir
os agregados para a homogeneização da mistura. No entanto, foi percebido que o
equipamento J-1000 não atingia a temperatura (média de 160 °C) necessária para a usinagem
da massa, conforme mostrado na Figura 4.16.
FIG. 4.16 Acompanhamento da Pesagem dos Agregados e da Temperatura da Mistura
100
Na primeira fase do trabalho de campo, o equipamento J-1000 atingiu a temperatura
média de 160 °C normalmente, em aproximadamente trinta minutos. Porém, na segunda fase
do trabalho de campo, na expectativa de se atingir a temperatura média, foi excedido o tempo
médio de usinagem da massa asfáltica, e “bolas” de concreto asfáltico foram se formando,
conforme registrado nas Figuras 4.17 e 4.18, despertando o autor para possíveis imprevistos
na manutenção do equipamento.
FIG. 4.17 “Bolas” de Massa Asfáltica
FIG. 4.18 Compactação do Asfalto com “bolas” de Concreto Asfáltico
101
Assim, foram aferidas as resistências elétricas que sustentam e asseguram a temperatura
do protótipo, e foi constatado que algumas resistências estavam danificadas.
Consequentemente, foram substituídas por resistências elétricas novas. Após a execução dos
reparos no equipamento J-1000, prosseguiram-se os trabalhos de campo da segunda fase e
foram moldados trinta corpos-de-prova com 75 golpes por face, no teor ótimo de cada um dos
6 traços do presente estudo.
Todavia, em se tratando de um equipamento protótipo e de um trabalho de campo, as
peculiaridades existiram com o controle da temperatura da massa para a compactação, ou
seja: enquanto a massa é retirada para cada CP a ser compactado, o restante dessa massa
continua no equipamento, perde calor, e é susceptível à queda de temperatura.
Após a usinagem, cada corpo-de-prova foi compactado manualmente, não havendo
nenhum mecanismo para manter a temperatura controlada para a compactação. Assim, não foi
possivel controlá-la, como em laboratório. Em laboratório, os agregados são primeiramente
introduzidos em estufa e posteriormente “usinados” por vez, isto é, cada conjunto de
agregados que irá compor um corpo-de-prova é retirado um a um da estufa. Em campo, por
não haver estufa ou algo do gênero, o controle da temperatura de compactação não é passível
de ser realizado.
FIG. 4.19 Compactação Manual dos Corpos-de-Prova em Campo
102
5 CONCLUSÕES
As conclusões desta pesquisa fundamentam-se nas análises dos resultados de ensaios
laboratoriais. Foram apresentadas características mecânicas e operacionais de uma usina
protótipo misturadora de concreto asfáltico com sistema de aquecimento acoplado,
denominada J-1000, desenvolvida para a reciclagem de misturas asfálticas. Estudou-se a
potencialidade do emprego de concreto asfáltico reciclado a quente, a uma taxa de reciclagem
de 100%. Foram estudadas seis misturas, sendo duas misturas do tipo CBUQ, que serviram
como parâmetro de comparação para as demais misturas. Todas as misturas foram moldadas
primeiramente em laboratório e posteriormente executadas em campo, utilizando-se o
protótipo.
Granulometria
As composições granulométricas dos agregados (fresado e convencional) utilizados para
as misturas se enquadraram nas faixas das especificações adotadas nesta pesquisa para
pavimento de concreto asfáltico (faixa C do DNIT). A borracha de pneu inservível usada foi
de graduação fina.
Parâmetros Volumétricos e Estabilidade
Os parâmetros volumétricos analisados apresentaram valores satisfatórios para o volume
de vazios conforme preconizado nas normas DNIT ES 031 (DNIT, 2006b) e DNIT ES 033
(DNIT, 2005), entre 3 e 5%, que foram alcançados para todas as 6 misturas estudadas; ao
passo que, para RBV e VAM, apenas as misturas do traço I – laboratório – e traço I –
laboratório e campo –, respectivamente, encontraram-se acima do limite mínimo preconizado
na norma adotada. Todas as misturas apresentaram Estabilidade Marshall favorável, acima do
limite mínimo.
103
Resistência à Tração
Para a determinação da RT, foram submetidos ao respectivo ensaio três corpos-de-prova
para cada tipo de mistura, e foi considerado o valor médio dessas determinações, que
apresentaram valores entre 1,28 e 2,34 Mpa, para os traços de laboratório, e entre 1,73 e 2,60
Mpa, para os traços de campo. Todas as misturas apresentaram valores de resistência à tração
superiores ao preconizado nas normas DNIT ES 033 (DNIT, 2005) e DNIT ES 031 (DNIT,
2006b), e foram compatíveis com os encontrados em literatura. Os valores elevados de RT
podem ser justificados pelo uso de fíler (cal hidratada) acima do percentual comumente usado
para tais tipos de misturas, e pelas peculiaridades do agregado fresado (granulometria e
desconhecimento da origem do fresado).
Dano por Umidade Induzida
Foram moldados seis corpos-de-prova com volume de vazios entre 6 e 8%, sendo três
sem condicionamento e três com condicionamento, em conformidade à norma AASHTO T
283 (AASHTO, 2003). Todavia, os valores encontrados para o ensaio de dano por umidade,
com exceção dos traços II de laboratório, foram superiores a 70%.
Módulo de Resiliência
Os mesmos CPs usados nos ensaios de RT foram utilizados para ensaio primeiramente de
MR. Os resultados de módulo resiliente das misturas estudadas apresentaram valores
favoráveis, considerados satisfatórios e proporcionais aos valores reportados em literatura.
104
Os valores para os traços de laboratório foram entre 4.914 e 12.000 Mpa, e, para os traços
de campo, entre 5.514 e 10.851 MPa. Os resultados dos ensaios para laboratório e campo
apresentaram valores distintos, porém justificáveis; ao passo que se trata, nesta pesquisa, do
estudo da capacidade de um protótipo de produzir misturas asfálticas recicláveis com
características mecânicas satisfatórias. Houve um aumento na rigidez das misturas quando se
usou material asfáltico envelhecido na composição de misturas novas, e, na presente pesquisa,
foi utilizado em alta taxa material asfáltico envelhecido, ou seja, se fez uso de 100% de
reciclagem do agregado fresado.
Protótipo J-1000
Foi possível executar na prática, com o equipamento J-1000, misturas asfálticas dosadas
em laboratório. O equipamento permitiu que fosse atingida a temperatura adequada de
usinagem (de projeto), e seu sistema de hastes conseguiu homogeneizar de forma eficaz a
mistura. Foi estudado o envelhecimento do ligante na usinagem da mistura, e não foi
observado, mediante os resultados, o envelhecimento significativo do ligante asfáltico, devido
ao contato direto da mistura com a chapa metálica aquecida, durante o processo de usinagem,
porque os valores obtidos nos ensaios de caracterização do ligante asfáltico extraído pelo
método Abson não foram significamente distintos daqueles obtidos no estudo de
envelhecimento na estufa tipo RTFOT.
Entende-se que o equipamento protótipo desenvolvido é de uso promissor na engenharia
rodoviária, tendo produzido misturas com parâmetros volumétricos (volume de vazios e
Estabilidade Marshall) e mecânicos situados dentro dos limites preconizados nas normas
DNIT ES 033 (DNIT, 2005) e DNIT ES 031 (DNIT, 2006b), e também compatíveis com os
resultados encontrados em literatura. No entanto, alguns aspectos – como o controle da
temperatura da mistura na usinagem; a fixação da tampa do equipamento para evitar a perda
de calor da mistura; e as demais adaptações, como o peneiramento do fresado na peneira #
3/4, e o dispositivo de adição de CAP à mistura – precisam ser viabilizados no J-1000, ao
passo que a presente pesquisa abordou um estudo sobre um equipamento protótipo para a
reciclagem de misturas asfálticas.
105
5.1 SUGESTÕES PARA PESQUISAS FUTURAS
A partir deste estudo, surgem oportunidades para que novas pesquisas sejam realizadas
para o entendimento do comportamento mecânico das misturas asfálticas recicladas em usina
protótipo. Várias pesquisas sobretudo apontam a viabilidade técnica do reaproveitamento do
agregado fresado; no entanto, tecnologias para a reciclagem de concreto asfáltico ainda são
precárias e se faz necessário o desenvolvimento de inovações tecnológicas nessa área. Sugere-
se:
I. Estudar misturas recicladas usinadas no protótipo, utilizando-se a metodologia de
dosagem do Asphalt Institute.
II. Estudar a influência da proporção e do tipo de fíler, em função da porcentagem de
material fresado incorporado à mistura reciclada.
III. Determinar um parâmetro para se acompanhar o envelhecimento do ligante asfáltico,
tentando prever o seu tempo de vida útil.
IV. Entender a necessidade da implantação de um trecho experimental com revestimento
asfáltico reciclado a partir do protótipo, e estudar suas propriedades mecânicas, a
partir de amostras retiradas in situ; medições deflectométricas; e monitoramento de
defeitos superficiais, ao longo da sua vida útil.
V. Estudar misturas com adição de agente rejuvenescedor, na tentativa de beneficiar o
CAP envelhecido do material fresado, considerando, na dosagem, o CAP existente no
material fresado.
VI. Estudar as propriedades mecânicas das misturas recicladas, acrescentando o ensaio de
fadiga.
106
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
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TRANSPORTATION OFFICIALS T 283. Standard method of test for resistence of
compacted asphalt mixtures to moisture-induced damage. USA: American
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from solution by Abson method. USA: American Association of State Highway and
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cidade. Rio de Janeiro: Associação Brasileira das Empresas Distribuidoras de Asfalto,
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betuminosos: determinação da penetração. Rio de Janeiro: Associação Brasileira de
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betuminosos: determinação do ponto de amolecimento: método anel e bola. Rio de
Janeiro: Associação Brasileira de Normas Técnicas, 2000.
ABNT. ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS NBR 6293. Materiais
betuminosos: determinação da ductilidade. Rio de Janeiro: Associação Brasileira de
Normas Técnicas, 2001.
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