REUS BORTOLOTTO SALINI

UTILIZAO DE BORRACHA RECICLADA DE PNEUS EM MISTURAS ASFLTICAS

Dissertao apresentada ao Curso de Ps-Graduao em Engenharia Civil da Universidade Federal de Santa Catarina, como parte dos requisitos para a obteno do ttulo de Mestre em Engenharia Civil

Florianpolis 2000

UTILIZAO DE BORRACHA RECICLADA DE PNEUS EM MISTURAS ASFLTICAS

REUS BORTOLOTTO SALINI

Dissertao apresentada ao Curso de Ps-Graduao em Engenharia Civil da Universidade Federal de Santa Catarina, como parte dos requisitos para a obteno do ttulo de Mestre em Engenharia Civil .

rea de Concentrao: Infra-Estrutura e Gerncia Viria

Orientador: Prof. Dr. Antnio Fortunato Marcon Co-orientador: Prof. Dr. Leto Momm

Florianpolis 2000

SALINI, Reus Bortolotto. Utilizao de Borracha Reciclada de Pneus em Misturas Asflticas. Florianpolis, 2000. 120p. Dissertao (Mestrado em Engenharia Civil) - Curso de Ps-Graduao em Engenharia Civil, Universidade Federal de Santa Catarina. Orientador: Antnio Fortunato Marcon Defesa: Agosto/2000 Resumo:O objetivo deste trabalho foi caracterizar o comportamento estrutural e mecnico das misturas asflticas empregadas na pavimentao rodoviria quando h a incorporao de borracha reciclada de pneus usados. A metodologia empregada resultou em significativa melhoria do desempenho estrutural da mistura asfltica com borracha quando comparada com uma mistura de referncia (sem borracha). Observou-se as alteraes no desempenho das misturas variando-se as quantidades de cimento asfltico e borracha para uma mesma composio granulomtrica de agregados. As misturas foram avaliadas com base no Mtodo Marshall e resistncia trao por compresso diametral. As misturas otimizadas tambm foram submetidas aos ensaios especiais (mdulo de resilincia e vida de fadiga). Todos os resultados dos ensaios so apresentados.

i

A FORA EST COMIGO

ii

AGRADECIMENTOS

Ao Prof. Antnio Fortunato Marcon, pela orientao e auxlio na viabilizao deste trabalho. Ao Prof. Leto Momm, pelo eficiente e oportuno auxlio tcnico. Coordenao do Aperfeioamento de Pessoal de Nvel Superior (CAPES), pela proviso da bolsa. Fundacin Mapfre, pelo conveniente e eficaz apoio financeiro. Ao Departamento Estadual de Estradas de Rodagem de Santa Catarina, pela disponibilizao da sua infra-estrutura laboratorial, especialmente ao Eng. Rubens Murilo Schramm e ao laborista Srgio Luiz Silva. COPPE, pela realizao dos ensaios especiais, especialmente Profa. Laura Maria Goretti da Motta e ao lvaro Augusto Dell Vianna. empresa Pedrita, pela colaborao, especialmente ao Eng. Paulo Roberto Foschi. empresa Engisul Borrachas Ltda, pela cooperao e fornecimento de materiais, especialmente ao Eng. Enio De Paris. empresa Iguatemi, pelo auxlio na realizao de ensaios.

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SUMRIO

CAPTULO 1 - INTRODUO..............................................................1.1. JUSTIFICATIVA................................................................................ 1.2. OBJETIVO DO TRABALHO........................................................... 1.3. PROCEDIMENTOS........................................................................... 1.4. ORGANIZAO DO TRABALHO.................................................

12 4 5 6

CAPTULO 2 - REVISO BIBLIOGRFICA...................................2.1. ESTRUTURA DOS PNEUS............................................................... 2.2. HISTRIA DO EMPREGO DE BORRACHA RECICLADA DE PNEUS EM MISTURAS ASFLTICAS................................... 2.3. USOS E DESTINOS POSSVEIS PARA OS PNEUS USADOS.... 2.3.1. ARMAZENAGEM A CU ABERTO E DISPOSIO EM ATERROS SANITRIOS........................................................ 2.3.2. QUEIMA PARA RECUPERAO DE ENERGIA................. 2.3.3. PIRLISE.................................................................................. 2.3.4. RECAUCHUTAGEM............................................................... 2.3.5. TRITURAO DA BORRACHA............................................ 2.3.6. OUTROS EMPREGOS EM BORRACHAS............................. 2.3.7. OUTRAS FORMAS DE REAPROVEITAMENTO................. 2.4. INCORPORAO DE BORRACHA DE PNEUS EM MISTURAS ASFLTICAS................................................................ 2.4.1. PROCESSO SECO....................................................................2.4.1.1. PROJETOS EXPERIMENTAIS......................................... 2.4.1.2. CARACTERSTICAS E COMPORTAMENTO ESTRUTURAL................................................................. iv

88 10 12 12 13 14 15 15 17 20 21 2224 25

2.4.2. PROCESSO MIDO.................................................................2.4.2.1. PROJETOS EXPERIMENTAIS......................................... 2.4.2.2. CARACTERSTICAS E COMPORTAMENTO ESTRUTURAL.................................................................

2730 33

2.4.3. NVEL TECNOLGICO ATUAL DO EMPREGO DE BORRACHA RECICLADA DE PNEUS EM MISTURAS ASFLTICAS........................................................................... 2.5. PROGRAMA ELSYM5.....................................................................

35 36

CAPTULO 3 - MATERIAIS....................................................................3.1. AGREGADOS..................................................................................... 3.2. CIMENTO ASFLTICO DE PETRLEO..................................... 3.3. BORRACHA....................................................................................... 3.3.1. MICROMORFOLOGIA............................................................

3737 41 43 43

CAPTULO 4 - PROCEDIMENTOS DE LABORATRIO.........4.1. DEFINIO DAS MISTURAS ASFLTICAS ESTUDADAS..... 4.1.1. DEFINIO DA MISTURA DE REFERNCIA.................... 4.1.2. DEFINIO DAS MISTURAS EXPERIMENTAIS............... 4.2. MOLDAGEM DOS CORPOS DE PROVA..................................... 4.3. DETERMINAO DA RESISTNCIA TRAO POR COMPRESSO DIAMETRAL........................................................ 4.4. DETERMINAO DOS MDULOS DE RESILINCIA............ 4.5. DETERMINAO DAS VIDAS DE FADIGA...............................

4747 48 48 49 50 51 52

CAPTULO 5 - RESULTADOS DE LABORATRIO, ANLISES E CRITRIOS DE TOMADAS DE DECISES..............................................................5.1. RESULTADOS DO ENSAIO MARSHALL.................................... 5.2. CURVA DE RELAO BORRACHA/BETUME..........................v

5454 62

5.3. RESISTNCIA TRAO POR COMPRESSO DIAMETRAL...................................................................................... 5.4. SELEO DAS MISTURAS OTIMIZADAS................................. 5.5. MDULO DE RESILINCIA.......................................................... 5.5.1. MISTURA DE REFERNCIA.................................................. 5.5.2. MISTURA EXPERIMENTAL OTIMIZADA.......................... 5.5.3. ANLISE.................................................................................. 5.6. VIDA DE FADIGA............................................................................. 5.6.1. MISTURA DE REFERNCIA.................................................. 5.6.2. MISTURA EXPERIMENTAL OTIMIZADA.......................... 5.6.3. COMPARATIVO - DIFERENA DE TENSES.................... 5.6.4. COMPARATIVO - DEFORMAO ESPECFICA RESILIENTE INICIAL............................................................. 5.6.5. ANLISE..................................................................................

63 65 67 67 68 68 69 70 73 76 77 78

CAPTULO 6 - DIMENSIONAMENTO HIPOTTICO SIMULADO COM O SOFTWARE ELSYM5...........................................................................6.1. ESCOLHA DAS CARGAS................................................................ 6.2. CRITRIOS PARA ESCOLHA DAS ESTRUTURAS................... 6.3. RESUMO COMPARATIVO DOS RESULTADOS DAS ESTRUTURAS SIMULADAS...........................................................

8081 82 84

CAPTULO 7 - ANLISES E COMENTRIOS..............................7.1. INTERAO ENTRE O CAP E A BORRACHA.......................... 7.2. RELAO CUSTO/BENEFCIO....................................................

8787 88

CAPTULO 8 - CONCLUSES E RECOMENDAES...........

90

vi

CAPTULO 9 - REFERNCIA BIBLIOGRFICA.........................

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ANEXO A - DIMENSIONAMENTO HIPOTTICO SIMULADO COM O SOFTWARE ELSYM5 MEMRIA DE CLCULO..............................................A.1. ESTRUTURA 1.................................................................................. A.1.1. MISTURA DE REFERNCIA................................................. A.1.2. MISTURA EXPERIMENTAL OTIMIZADA......................... A.1.3. MISTURA SALOMO PINTO [56]....................................... A.2. ESTRUTURA 2.................................................................................. A.2.1. MISTURA DE REFERNCIA................................................. A.2.2. MISTURA EXPERIMENTAL OTIMIZADA......................... A.2.3. MISTURA SALOMO PINTO [56]....................................... A.3. ESTRUTURA 3.................................................................................. A.3.1. MISTURA DE REFERNCIA................................................. A.3.2. MISTURA EXPERIMENTAL OTIMIZADA......................... A.3.3. MISTURA SALOMO PINTO [56]....................................... A.4. ESTRUTURA 4.................................................................................. A.4.1. MISTURA DE REFERNCIA................................................. A.4.2. MISTURA EXPERIMENTAL OTIMIZADA......................... A.4.3. MISTURA SALOMO PINTO [56].......................................

101101 101 103 104 106 106 107 109 111 111 112 114 116 116 117 119

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LISTA DE FIGURASFigura 2.1 - Detalhe da estrutura do pneu radial................................................... Figura 2.2 - Estabilizao de ombreiras com pneus - vista do resultado final...... Figura 2.3 - Proteo de canais com pneus - aspecto final................................... Figura 2.4 - Emprego de pneus em obras de drenagem........................................ Figura 2.5 - Processos e terminologia tcnica para o emprego de borracha reciclada de pneus em misturas asflticas......................................... Figura 3.1 Curva granulomtrica empregada..................................................... Figura 3.2 - Parte do agregado disposto em bandejas para ser colocado na estufa................................................................................................. Figura 3.3 - O asfalto foi acondicionado em embalagens fechadas de alumnio.. Figura 3.4 - Partculas de borracha antes da adio do CAP................................ Figura 3.5 - Partculas de borracha antes da adio do CAP................................ Figura 3.6 - Partculas de borracha aps da adio do CAP................................. Figura 3.7 - Partculas de borracha aps da adio do CAP................................. Figura 4.1 - Compactador eltrico para misturas betuminosas............................. Figura 4.2 - Corpos de prova, prestes a serem submetidos ao ensaio de resistncia trao, esto imersos em gua com temperatura de 25 C.................................................................................................. Figura 4.3 - Prensa onde foram realizados os ensaios de resistncia trao...... Figura 4.4 - Esquema do equipamento para ensaios de compresso diametral de carga repetida [56]........................................................................ Figura 5.1 - Grfico comparativo das densidades aparentes................................. Figura 5.2 - Grfico comparativo das estabilidades Marshall.............................. Figura 5.3 - Grfico comparativo dos valores de fluncia.................................... Figura 5.4 - Grfico comparativo dos volumes de vazios..................................... Figura 5.5 - Grfico comparativo dos vazios do agregado mineral...................... Figura 5.6 - Grfico comparativo das relaes betume/vazios............................. Figura 5.7 - Equao de clculo da relao borracha/betume..............................viii

10 18 19 20 21 38 40 41 44 45 45 46 50

51 52 53 56 57 58 59 60 61 62

Figura 5.8 - Grfico comparativo das relaes borracha/betume......................... Figura 5.9 - Grfico comparativo dos valores das resistncias trao............... Figura 5.10 - Grfico de vida de fadiga da mistura de referncia em termos de diferena de tenses......................................................................... Figura 5.11 - Grfico de vida de fadiga da mistura de referncia em termos de deformao especfica resiliente inicial.......................................... Figura 5.12 - Grfico de vida de fadiga da mistura experimental otimizada em termos de diferena de tenses........................................................ Figura 5.13 - Grfico de vida de fadiga da mistura experimental otimizada em termos de deformao especfica resiliente inicial......................... Figura 5.14 - Grfico comparativo das curvas de vida de fadiga em termos de diferena de tenses......................................................................... Figura 5.15 - Grfico comparativo das curvas de vida de fadiga em termos de deformao especfica resiliente inicial.......................................... Figura 6.1 - Esquema das cargas e estruturas simuladas...................................... Figura 6.2 - Nmero de solicitaes admissveis para as estruturas 1 e 2............ Figura 6.3 - Nmero de solicitaes admissveis para as estruturas 3 e 4............

62 64 71 72 74 75 76 77 82 85 86

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LISTA DE TABELAS

Tabela 2.1 - Relaes tpicas entre borracha natural e sinttica em pneus.......... Tabela 2.2 - Granulometria tpica da borracha empregada no processo seco...... Tabela 2.3 - Espessura estrutural equivalente entre misturas asflticas convencionais e empregando asfalto-borracha [52]........................ Tabela 3.1 - Composio da curva granulomtrica utilizada............................... Tabela 3.2 - Granulometria dos materiais utilizados............................................ Tabela 3.3 - Fraes nas quais o agregado foi dividido....................................... Tabela 3.4 - Densidade real dos agregados.......................................................... Tabela 3.5 - Ponto de amolecimento do CAP (ABNT MB 164/72)..................... Tabela 3.6 - Viscosidade Saybolt-Furol alta temperatura (135 C) (DNER-ME 04/73).......................................................................... Tabela 3.7 - Adesividade de ligante ao agregado grado (DNER-ME 78/63)..... Tabela 3.8 - Densidade real da borracha.............................................................. Tabela 4.1 - Teor de CAP das misturas convencionais avaliadas....................... Tabela 4.2 - Misturas experimentais avaliadas.................................................... Tabela 5.1 - Resumo dos dados obtidos no ensaio Marshall para o Trao 0....... Tabela 5.2 - Resumo dos dados obtidos no ensaio Marshall para o Trao 0,7.... Tabela 5.3 - Resumo dos dados obtidos no ensaio Marshall para o Trao 1,1.... Tabela 5.4 - Resumo dos dados obtidos no ensaio Marshall para o Trao 0,4.... Tabela 5.5 - Resumo do ensaio de resistncia trao do Trao 0,7 (DNER-ME 138/86) ........................................................................ Tabela 5.6 - Resumo do ensaio de resistncia trao do Trao 1,1 (DNER-ME 138/86) ........................................................................ Tabela 5.7 - Resumo do ensaio de resistncia trao do Trao 0,4 (DNER-ME 138/86) ........................................................................ Tabela 5.8 - Resumo das condies do ensaio de resilincia da mistura de referncia..........................................................................................x

9 25 32 38 39 39 40 42 42 42 43 48 49 54 55 55 55 63 63 63 67

Tabela 5.9 - Resumo dos resultados obtidos no ensaio de resilincia da mistura de referncia..................................................................................... Tabela 5.10 - Resumo das condies do ensaio de resilincia da mistura experimental otimizada.................................................................. Tabela 5.11 - Resumo dos resultados obtidos no ensaio de resilincia da mistura experimental otimizada..................................................... Tabela 5.12 - Resumo das condies do ensaio de vida de fadiga da mistura de referncia........................................................................................ Tabela 5.13 - Resumo dos resultados obtidos no ensaio de vida de fadiga da mistura de referncia...................................................................... Tabela 5.14 - Resumo das condies do ensaio de vida de fadiga da mistura experimental otimizada.................................................................. Tabela 5.15 - Resumo dos resultados obtidos no ensaio de vida de fadiga da mistura experimental otimizada..................................................... Tabela 6.1 - Modelos de desempenho fadiga empregados na simulao de clculo.............................................................................................. Tabela 6.2 - Valores modulares adotados na simulao de dimensionamento.... Tabela 6.3 - Valores modulares empregados no dimensionamento simulado..... Tabela 6.4 - Espessuras das camadas de CAUQ simuladas................................. Tabela 6.5 - Estrutura 1 (CAUQ = 25 cm)........................................................... Tabela 6.6 - Estrutura 2 (CAUQ = 38 cm)........................................................... Tabela 6.7 - Estrutura 3 (CAUQ = 50 cm)........................................................... Tabela 6.8 - Estrutura 4 (CAUQ = 65 cm)...........................................................

67 68 68 70 70 73 73

81 82 83 84 85 85 86 86

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LISTA DE ABREVIATURAS

[n] =

Referncia bibliogrfica nmero n Deformao especfica resiliente inicial Deformao especfica Diferena de tenses

i = = =

ABNT = ASTM = ARCO = ARPG = C= CALTRANS = CAP = CAUQ = CRREL = COPPE = DER/SC = DNER = EUA = ISTEA = MNDOT = N= RUMAC =

Associao Brasileira de Normas Tcnicas American Society for Testing and Materials Arizona Refining Company Inc. Asphalt Rubber Producers Group Graus celsius Departamento de Transportes da Califrnia (California Department of Transportation) Cimento asfltico de petrleo Concreto asfltico usinado a quente Cold Regions Research Engineering Laboratory Instituto Alberto Luiz Coimbra de Ps-Graduao e Pesquisa em Engenharia Departamento de Estradas de Rodagem de Santa Catarina Departamento Nacional de Estradas de Rodagem Estados Unidos da Amrica do Norte Intermodal Surface Transportation Efficiency Act Departamento de Transportes de Minnesota (Minnesota Department of Transportation) Nmero de ciclos Concreto asfltico modificado com borracha (rubber-modified asphalt concrete)xii

SAM = SAMI = SUPERPAVE = UFRJ = WSDOT =

Membrana de absoro de tenses (stress absorbing membrane) Membrana de absoro de tenses em intercamadas (stress absorbing membrane interlayer) Superior performing pavement Universidade Federal do Rio de Janeiro Departamento de Transportes de Washington (Washington Department of Transportation)

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RESUMO

O objetivo deste trabalho foi caracterizar o comportamento estrutural e mecnico das misturas asflticas empregadas na pavimentao rodoviria quando h a incorporao de borracha reciclada de pneus usados. A metodologia empregada resultou em significativa melhoria do desempenho estrutural da mistura asfltica com borracha quando comparada com uma mistura de referncia (sem borracha). Observou-se as alteraes no desempenho das misturas variando-se as quantidades de cimento asfltico e borracha para uma mesma composio granulomtrica de agregados. As misturas foram avaliadas com base no Mtodo Marshall e resistncia trao por compresso diametral. As misturas otimizadas tambm foram submetidas aos ensaios especiais (mdulo de resilincia e vida de fadiga). Todos os resultados dos ensaios so apresentados.

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ABSTRACT

The objective of this work was to characterize the structural and mechanical behavior of asphalt mixtures, when some recycled rubber has been added. The basic asphalt mixture is the one commonly used in asphaltic pavement and the recycled rubber comes from used tires. The research methodology used made possible to optimize the rubber addition so that the structural behavior of the resulting asphalt mixture was improved when compared to the basic mixture without rubber. Keeping the same aggregate size, different amounts of rubber and asphalt cement has been tested to identify the consequent changes in the performance. The mixtures were evaluated by the Marshall Method and indirect tensile test. For the optimized mixtures special tests were performed, such as resilient modulus and fatigue life. All tests results are presented.

xv

1

captulo 1INTRODUO

Juntamente com a exploso demogrfica ocorrida no sculo XX houve um aumento exponencial na quantidade e tipos de resduos gerados pela sociedade, sendo que a maior parte no recebe destino adequado, permanecendo no ambiente por at centenas de anos. A criao de materiais no degradveis, combinado com o aumento da populao, tem resultado em uma crise de disposio ambiental destes detritos. A reciclagem, transformando os rejeitos em produtos ou materiais novamente teis para a sociedade, uma alternativa.

Muitas agncias governamentais da rea rodoviria, organizaes privadas e instituies avanam em estudos e pesquisas sobre a forma mais adequada de utilizao dos materiais reciclados na construo de estradas. Estes estudos buscam conciliar a crescente necessidade de reutilizao de forma econmica dos resduos com as necessidades tcnicas, operacionais e econmicas da indstria da construo rodoviria, atravs da avaliao do desempenho mecnico.

Nos pases do chamado primeiro mundo o emprego de borracha reciclada em misturas asflticas visto com grande interesse, pois existe uma cultura e um consenso quanto necessidade de preservao dos recursos naturais, minimizao do descarte de detritos, reciclagem e reuso de materiais

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outrora considerados inservveis. As leis severas que disciplinam a preservao do meio ambiente constituem-se em um fator de incentivo ao emprego de materiais reciclados em todos os segmentos das atividades humanas.

Na rea de estradas, as grandes extenses a serem pavimentadas e mantidas com recursos financeiros cada vez mais escassos exigem a adoo de medidas eficazes para se estabelecer solues alternativas mais baratas e que, ao mesmo tempo, maximizem o efeito de cada unidade monetria disponvel. O emprego de borracha reciclada de pneus em pavimentos asflticos constitui-se em uma tecnologia alternativa, ambientalmente correta e eficaz do ponto de vista tcnico-econmico, que vem sendo utilizada com cada vez mais nfase em pases desenvolvidos. No Brasil, somente agora iniciam-se os primeiros estudos e avaliaes desta tecnologia.

O emprego de borracha reciclada de pneus em misturas asflticas ainda pouco conhecido no meio rodovirio e, seguidamente, causa surpresa. Entretanto, este constitui-se num caminho que, pelas melhorias tcnicas produzidas no pavimento asfltico, benefcios ambientais e razovel relao custo-benefcio, dever, inevitavelmente, ser seguido.

1.1. JUSTIFICATIVAO aproveitamento de resduos na composio de novos materiais uma tendncia mundial que vem crescendo rapidamente em todos os ramos da atividade econmica e contempla a reduo de custos trazendo, por vezes, melhorias e facilidades tcnicas e operacionais.

A utilizao racional e benfica dos rejeitos contempla as crescentes preocupaes com relao disposio ambiental de detritos, ao mesmo tempo em que economiza recursos naturais. Um material que pode ser reaproveitado, embora constitua hoje um problema ambiental, a borracha dos pneus de

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veculos rodovirios, pneus estes que, aps o uso, so descartados ou, de forma pouco significativa, recauchutados.

Estes pneus geralmente no so depositados nos aterros sanitrios por no permitirem compactao. Muitas vezes so queimados liberando gases que contribuem para a formao de chuvas cidas e outros problemas ambientais. As pilhas de armazenagem de pneus tambm servem como local para a procriao de mosquitos, ratos e outros vetores de doenas, alm de representarem um risco constante de incndio.

A rea de infra-estrutura viria apresenta caractersticas que a qualificam de forma impar para o aproveitamento de resduos. Dentre essas caractersticas destaca-se a possibilidade de utilizao de materiais em estado bruto e semi-bruto, que dispensam a aplicao de processos de transformao caros e/ou complexos. Tambm, os sempre grandes volumes de materiais empregados pela construo viria favorecem, em muito, a viabilizao tcnico-econmica de processos de reciclagem.

O reaproveitamento da borracha de pneus, com o objetivo de incorpor-la s misturas asflticas possui posio de destaque, pois, alm de evitar que os pneus transformem-se em fonte de poluio, o resultado final um pavimento com caractersticas tcnicas superiores s verificadas em misturas asflticas convencionais.

O pneu tambm composto por borracha sinttica, que possui excelentes propriedades fsico-qumicas para ser incorporado ao concreto asfltico trazendo uma srie de melhorias que se refletem diretamente na durabilidade do pavimento, dentre as quais podem ser citadas: a incorporao de agentes anti-oxidantes e inibidores da ao de raios ultravioleta que diminuem, sensivelmente, o envelhecimento do CAP, o aumento da resistncia ao qumica de leos e combustveis, a diminuio da sensibilidade temperaturas extremas e o aumento da deformao de trao admissvel, dentre outras. [8, 9, 10, 11, 12, 14, 15, 16, 17]

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Este novo material que possui caractersticas favorveis, aliado ao seu custo reduzido e maior durabilidade frente ao CAUQ (Concreto Asfltico Usinado a Quente) convencional, pode transformar-se numa excelente alternativa para a recuperao de pavimentos deteriorados, bem como para a execuo de novos pavimentos, em rodovias, vias urbanas ou aerdromos.

1.2. OBJETIVO DO TRABALHOO objetivo do trabalho, em um sentido amplo, analisar o desempenho mecnico e estrutural do concreto asfltico usinado a quente que recebe a incorporao de borracha reciclada de pneus pela forma mais fcil, simples e barata de ser implementada em uma usina de asfalto.

Em razo das divergncias existentes nos resultados dos estudos disponveis a respeito do emprego de borracha reciclada de pneus em misturas asflticas, o autor optou por adotar conceitos prprios aparado na bibliografia disponvel, partindo, desta forma, de consideraes tericas diretamente para um trabalho de laboratrio de propores significativas, guiado pela

preocupao de simular a situao real e prtica de campo que ocorre com o transporte da mistura asfltica aquecida da usina at o ponto de utilizao.

O trabalho ocupou-se em estabelecer critrios para dosagens de misturas em funo do comportamento estrutural, mas no houve preocupao com aspectos, comportamentos ou fenmenos qumicos.

Em sntese, este trabalho tem por objetivo avaliar o comportamento mecnico e estrutural do concreto asfltico quando este recebe a adio de borracha reciclada de pneus, empregando metodologias de uso corrente e o aparato tecnolgico mais avanado existente no pas atualmente. A borracha adicionada mistura atravs de um processo semelhante ao processo seco, mas buscando-se obter as melhorias estruturais verificadas no processo mido.

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1.3. PROCEDIMENTOSTodo o trabalho desenvolve-se em laboratrio. Atravs do Mtodo Marshall foram moldados corpos de prova para quatro traos de concreto asfltico a partir da mesma curva granulomtrica de agregados. O primeiro destes traos no recebeu qualquer adio de borracha e foi denominado de trao de referncia. Nos trs traos restantes foram empregados trs diferentes percentuais de borracha reciclada de pneus, um percentual diferente para cada trao. Estes foram denominados traos experimentais ou misturas experimentais.

Como usual no Mtodo Marshall, para cada trao foram adotados diferentes teores de cimento asfltico. Os traos experimentais (com borracha) foram ento comparados com o trao de referncia (sem borracha). Estes traos, alm de utilizarem a mesma curva granulomtrica de agregados tambm empregaram cimento asfltico de petrleo (CAP) do mesmo lote.

Em todas as etapas e ensaios foram utilizados apenas corpos de prova cilndricos elaborados com o molde Marshall.

Aps compactados os corpos de prova foram colocados na estufa por um perodo de 1 hora, temperatura de 160 C, com o objetivo de simular a situao que ocorre no transporte da mistura asfltica da usina at o local de aplicao.

Com base nos parmetros estabelecidos no Mtodo Marshall foi estabelecida uma mistura convencional tima (com teor de CAP otimizado). Tambm com base no Mtodo Marshall e nos dados relativos resistncia trao por compresso diametral foi definida uma mistura experimental tima (com teores de CAP e borracha otimizados). Estas duas misturas timas foram submetidas aos ensaios de mdulo de resilincia e vida de fadiga.

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A partir dos dados de comportamento fadiga e mdulo de resilincia foram efetuados dimensionamentos hipotticos simulados atravs do software Elsym5, com o objetivo de estabelecer uma relao de comportamento estrutural e relao custo-benefcio entre as duas misturas otimizadas.

1.4. ORGANIZAO DO TRABALHOEste trabalho composto por nove captulos e um anexo.

No captulo 1 efetuada uma pequena introduo sobre o emprego de borracha reciclada de pneus em pavimentos asflticos, a justificativa, os objetivos e os procedimentos adotados.

No captulo 2 apresentada uma reviso bibliogrfica, onde efetuada uma sntese sobre a composio dos pneus, um resumo da histria do emprego da borracha em pavimentos, destinos possveis para os pneus (estocagem, queima, pirlise, triturao, etc.) e o emprego de pneus na construo viria. O emprego da borracha em misturas asflticas abordado de forma aprofundada, com a citao dos principais processos de incorporao, projetos experimentais j efetuados e propriedades estruturais verificadas em outros estudos.

No captulo 3 feita a descrio e caracterizao dos materiais empregados neste trabalho, a definio da curva granulomtrica e so apresentadas algumas fotos contendo a borracha vista ao microscpio.

O captulo 4 apresenta os procedimentos adotados no laboratrio, definies das misturas asflticas avaliadas e os parmetros dos ensaios.

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No captulo 5 so enumerados os resultados verificados nos diversos ensaios: Mtodo Marshall, resistncia trao por compresso diametral, mdulo de resilincia e estudo de vida de fadiga.

No captulo 6 so apresentados os resultados de dimensionamentos simulados empregando-se o software Elsym5, onde efetuou-se a comparao do desempenho estrutural entre a mistura de referncia e a mistura experimental.

No captulo 7 o autor analisa e comenta os possveis fenmenos que podem explicar a melhora estrutural verificada e efetua algumas consideraes sobre a relao custo/benefcio do emprego de borracha reciclada de pneus em misturas asflticas.

No captulo 8 so apresentadas as concluses e recomendaes para pesquisas futuras.

No captulo 9 so enumeradas as bibliografias consultadas durante a realizao deste trabalho.

O anexo A apresenta a memria de clculo do dimensionamento simulado com o uso do software Elsym5.

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captulo 2REVISO BIBLIOGRFICA

Neste captulo so abordados aspectos relativos composio dos pneus, histrico do emprego de borracha reciclada de pneus em misturas asflticas, bem como formas bsicas de efetuar-se tal adio, e destinos possveis para os pneus com nfase nos empregos em engenharia rodoviria.

2.1. ESTRUTURA DOS PNEUSO pneu atualmente um produto resultado de uma avanada tecnologia e apesar da aparente simplicidade possui um grande nmero de componentes. A seguir so apresentados os dados caractersticos tpicos para pneus [49]:

Estrutura em ao, nylon, fibra de aramid, rayon, fibra de vidro e/ou polister. Borracha natural e sinttica, incorporando a centenas de tipos diferentes de polmeros; Reforadores qumicos, como carbono preto, slica e resinas; Anti-degradantes: ceras de parafina antioxidantes e inibidoras da ao do gs oznio;

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Promotores de adeso: sais de cobalto, banhos metlicos nos arames e resinas; Agentes de cura: aceleradores de cura, ativadores, enxofre; Produtos auxiliares no processamento dos pneus como leos.

Um pneu tpico, como o modelo P195/75R14, para veculos de passeio e mundialmente bastante difundido possui:

2,50 kg de 30 diferentes tipos de borracha sinttica; 2,05 kg de 8 tipos diferentes de borracha natural; 2,27 kg de 8 tipos de carbono preto; 0,68 kg de ao para o cinturo; 0,45 kg de polister e nylon; 0,23 kg de arame de ao; 1,36 kg de 40 tipos diferentes de componentes qumicos, ceras, leos, pigmentos, etc.

As relaes tpicas entre borracha sinttica e borracha natural, em alguns tipos de pneus, so apresentadas na Tabela 2.1.Tabela 2.1 - Relaes tpicas entre borracha natural e sinttica em pneus Finalidade do pneu Veculos de passeio Veculos de carga leves Pneus de competio Pneus tipo fora-de-estrada Borracha sinttica 55% 50% 65% 20% Borracha natural 45% 50% 35% 80%

A Figura 2.1 apresenta a seo tpica de pneus para veculos de passeio, onde esto indicados os principais elementos. A banda de rodagem, parte que entra em contato com a superfcie de rolamento, deve apresentar grande resistncia ao desgaste e desenhos, constitudos por partes cheias (biscoitos) e vazias (sulcos), auxiliares do desempenho e segurana do veculo. Os tales so formados, internamente, por arames de ao e, externamente,

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devem manter o pneu acoplado ao aro sem permitir vazamentos de ar. A carcaa que a parte resistente do pneu, constituda de lonas de polister, nylon ou ao, deve reter o ar que suporta o peso do veculo. Em pneus radiais a carcaa reforada com o uso de cinturas. Os flancos protegem a carcaa, so dotados de uma mistura especial de borracha com alto grau de flexibilidade.

banda de rodagem cinturas

flanco

carcaa talo

Figura 2.1 - Detalhe da estrutura de um pneu

2.2. HISTRIA DO EMPREGO DE BORRACHA RECICLADA DE PNEUS EM MISTURAS ASFLTICASA necessidade de ligantes para a construo de estradas comeou juntamente com a construo da primeira estrada. Zenke [19] relata que o Rei George IV (Inglaterra) concedeu uma patente sobre a utilizao de borracha natural na construo de estradas para o Sr. Honcock [20] em 1823.

A primeira patente combinando material betuminoso com borracha natural para a construo rodoviria foi concedida para E. E. Cassell em 1844 na Inglaterra [48]. Entretanto, aplicaes prticas com asfaltos modificados iniciaram-se somente em 1901 quando Caoutchoute se a Societe du Pavage un Asphalt

estabeleceu na Frana. A construo da primeira via

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empregando asfalto modificado com borracha ocorreu em 1902 em Cannes [22]. Em 1915 a Rubber Roadway Ltd. Campany foi estabelecida na Gr-Bretanha [23].

Com a produo dos primeiros polmeros sintticos nos idos de 1930, imediatamente, aventou-se a possibilidade de adicion-los s misturas asflticas. Entretanto at a Segunda Guerra Mundial os processos de modificao empregavam quase que exclusivamente a borracha natural. Somente aps a Guerra, com o desenvolvimento de materiais sintticos de macro-molcula surgiu um novo conjunto de materiais que poderiam ser empregados para a modificao do asfalto.

O principal fator que motiva a incorporao de polmeros no asfalto aumentar a vida de servio do pavimento, diminuindo a susceptibilidade da mistura asfltica s variaes trmicas, aos riscos de deformaes

permanentes e falhas por fadiga. Preferivelmente os polmeros tambm devem melhorar as caractersticas elsticas do pavimento, contribuir para uma maior adeso entre o cimento asfltico e o agregado, aumentar a resistncia ao envelhecimento do cimento asfltico, entre outras.

O emprego de borracha reciclada de pneus como fonte barata de borracha para modificao do cimento asfltico sempre recebeu ateno da indstria. Experimentos com esta borracha iniciaram-se na dcada de 1920. Em 1940, nos EUA, a Rubber Reclaiming Company comeou a vender borracha de pneus desvulcanizada e reciclada, denominada Ramflex, como partculas para serem adicionadas em misturas asflticas para pavimentos.

Na Sucia em 1960 duas empresas desenvolveram um composto que utilizava borracha de pneus, denominado Rubit. A borracha era adicionada mistura na forma de partculas pequenas para funcionarem como agregado. Na dcada de 1970 este produto foi introduzido nos EUA e patenteado com o nome de PlusRide. Em 1976 o Departamento de

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Transportes do Alaska (EUA) comeou a empregar o PlusRide tornando-se o principal usurio e avaliador do produto [2].

Em 1963, Charles McDonald iniciou o desenvolvimento de um ligante modificado para asfalto usando 25% de borracha triturada, que foi patenteado com o nome de Overflex, embora seja mais conhecido como Processo McDonald. Em meados da dcada de 1970 a Arizona Refining Company Inc. (ARCO) criou um ligante semelhante, contendo 18 a 20 % de borracha reciclada, batizado de Arm-R-Schield.

Devido a importncia ambiental em se encontrar alternativas para o consumo dos pneus usados, em 1991, nos Estados Unidos da Amrica do Norte, a seo 1038 do Intermodal Surface Transportation Efficiency Act (ISTEA) atravs da Lei Pblica N 102-240 determinou a utilizao de borracha de pneus em pavimentos asflticos. A partir desta data muitas novas tecnologias comearam a ser pesquisadas e avaliadas. Os estudos comearam com misturas similares ao PlusRide e ao processo de McDonald e atualmente os processos esto em contnuo aperfeioamento. Apesar dos grandes esforos que esto sendo feitos, so poucos os processos que conseguiram viabilidade tcnica e econmica [21].

2.3. USOS E DESTINOS POSSVEIS PARA OS PNEUS USADOSOs pneus usados podem ter inmeros destinos, alguns teis para a sociedade. Os principais so aqui analisados.

2.3.1. ARMAZENAGEM A CU ABERTO E DISPOSIO EM ATERROS SANITRIOS A armazenagem de pneus para uso posterior problemtica, pois as pilhas de pneus rapidamente se transformam em local de procriao de ratos,

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insetos e outros vetores de doenas e representam risco constante de incndio. Muitos governos j estudam a viabilidade de proibir completamente a armazenagem a cu aberto.

A disposio em aterros sanitrios igualmente difcil. Os pneus precisam ser picados antes que seja efetuada a disposio, pois inteiros no permitem compactao. Cortar os pneus em pedaos um processo oneroso, pois requer equipamentos especiais e, mesmo assim, os pneus necessitam de grande espao para a disposio. Esta prtica indesejada mesmo nos pases que operam com aterros sanitrios geridos pela iniciativa privada e onde o cidado precisa pagar para que os seus pneus sejam recebidos, pois a margem de lucro nesta operao extremamente exgua, em comparao com outros detritos, e os pneus, seguidamente, figuram como motivo de atritos entre estes operadores privados e as autoridades pblicas. [24]

2.3.2. QUEIMA PARA RECUPERAO DE ENERGIA Os pneus tambm podem ser aproveitados como fontes de energia, principalmente em substituio ao carvo em fornos de altas temperaturas, pois possuem elevada quantidade de calorias. No pas existem experincias para o emprego em fornos da indstria de cimento. Do ponto de vista econmico esta atividade praticamente no gera lucros, pois a indstria no aceita pagar para receber estes pneus ou paga um valor suficiente apenas para cobrir custos de transporte e triturao. Para serem utilizados como combustvel os pneus normalmente so cortados em partculas com tamanhos de 50 mm a 150 mm. Algumas indstrias tambm exigem que os pedaos de borracha estejam livres de partes metlicas.

Em pases que tradicionalmente utilizam carvo com elevado nvel de enxofre no foram verificadas diferenas significativas entre a emisso de gases poluentes produzidos por borracha de pneus e pelo carvo. Relatrios tambm sugerem que algumas empresas que utilizam pneus como combustvel tm problemas para controlar os nveis de emisso de poluentes. Tambm j foram

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identificados nveis elevados de zinco e cromo nas cinzas resultantes da queima. Parece haver uma tendncia de que os pneus continuem sendo utilizados como combustveis ainda por algum tempo, at que a recuperao da borracha dos pneus para reaproveitamento seja feita de forma mais eficiente e em maior escala.

2.3.3. PIRLISE A pirlise implica no aquecimento dos pneus a uma temperatura superior a 1000 C, em um ambiente com teor de oxignio muito baixo ou muito elevado e com presso abaixo da atmosfrica. O objetivo deste processo superaquecer a borracha sem lev-la combusto. Sob temperatura e presso apropriadas a frao de leo existente e algumas associaes orgnicas so liberadas na forma lquida enquanto outras fraes so liberadas na forma de gases volteis. Os gases podem ser recuperados e queimados para produzir vapor ou empregados como combustvel em motores apropriados. A frao lquida pode ser utilizada como combustvel ou mesmo refinada, extraindo-se ento fraes leves e pesadas. A parte remanescente do pneu basicamente um esqueleto de carbono (carvo), que pode ser prensado para formar blocos ou granulado.

O

carbono

produzido

por

este

processo

invariavelmente

contaminado por elevados teores de zinco e outros metais, e o seu valor de venda normalmente baixo. A qualidade dos produtos provenientes da pirlise pode ser melhorada se a parte metlica existente nos pneus for previamente retirada, entretanto este pr-processamento necessita de ainda mais

equipamentos e instalaes industriais.

Tambm foram constatados problemas relacionados sade dos trabalhadores que operam estes sistemas, sendo que h fortes suspeitas de aumento na ocorrncia de cncer relacionado inalao de partculas deste carbono, sendo necessria a adoo de medidas rigorosas e seguidamente caras para controlar estas partculas.

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A pirlise no atualmente considerada vivel do ponto de vista econmico devido ao baixo valor de venda dos produtos gerados e complexidade do processo.

2.3.4. RECAUCHUTAGEM A recauchutagem pode ser considerada uma boa forma de reaproveitamento dos pneus, entretanto parece no ter boa aceitao, principalmente, entre os proprietrios de veculos leves e, mesmo com os avanos tecnolgicos ocorridos nos ltimos anos, que possibilitam uma performance boa, os motoristas ainda preferem pneus novos.

Esta realidade diferente no setor de veculos rodovirios de carga, onde, a nvel nacional, trs de cada quatro pneus em circulao so recauchutados. As empresas transportadoras chegam, inclusive, a utilizar como critrio de escolha para compra o nmero de vezes que um pneu pode ser recauchutado.

A prtica da recauchutagem no elimina o problema ambiental causado pelos pneus, apenas retarda a sua ocorrncia pois, em ltima instncia, tambm os pneus recauchutados necessitam ser descartados

2.3.5. TRITURAO DA BORRACHA O mtodo que oferece maiores vantagens de reciclagem a triturao em partculas pequenas, com a separao do ao, das fibras e da borracha. Todos os componentes so reaproveitveis, o ao enviado para siderurgia enquanto a borracha e as fibras possuem muitas aplicaes.

Os pneus podem ser triturados, basicamente, atravs de dois processos: a tecnologia criognica ou em temperatura ambiente.

No processo criognico o pneu congelado em temperaturas extremamente baixas (-87 C a -198 C) atravs da exposio ao nitrognio

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lquido ou ar liqefeito, este ltimo, o mais incomum. Nesta temperatura a borracha torna-se extremamente frgil. O pneu congelado passa ento por uma srie de moinhos de martelo que o reduzem ao tamanho de partculas finas ou superfinas (geralmente de 0,5 mm a 0,1 mm).

H dois problemas fundamentais com o processo criognico. O primeiro o elevado custo operacional e o segundo est relacionado s caractersticas fsicas da borracha produzida. Neste processo o consumo de energia muito baixo, quando comparado triturao em temperatura ambiente, entretanto os custos com gases criognicos so elevados, sendo necessrio de 0,7 a 1,2 litros de gs para cada quilograma de borracha produzida. Isso significa que a viabilidade comercial s pode ser alcanada com a produo de borracha extremamente fina e em larga escala. O segundo problema est relacionado qualidade da borracha produzida, que possui caractersticas tcnicas inferiores quela obtida temperatura ambiente. O processo de reduo do tamanho da partcula faz com que as mesmas possuam arestas polidas e pequena superfcie especfica, o que diminui sua interao com outros materiais. Para aplicaes em misturas asflticas, a borracha triturada temperatura ambiente recebe ampla preferncia dos usurios.

O processo de triturao a temperatura ambiente realizado em uma srie de estgios (freqentemente at seis), atravs dos quais as partculas so progressivamente reduzidas de tamanho. Normalmente as partculas so trituradas com tamanhos de 3,0 mm 0,5 mm. Neste processo o ao retirado por eletroims, sendo que os equipamentos mais modernos permitem a retirada deste ao por inteiro j no primeiro estgio. As fibras presentes nas lonas dos pneus so retiradas por peneiramento.

A borracha produzida oferece caractersticas fsicas superiores quelas produzidas pelo processo criognico, sendo a principal a elevada superfcie especfica das partculas. Mas tambm h desvantagens, como alteraes qumicas na borracha, produzidas pelo calor gerado pelo atrito resultante do processamento, quando este no for controlado adequadamente,

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e h a necessidade de um controle eficiente para evitar o espalhamento das partculas de borracha dentro das instalaes de triturao. As partculas passam por estgios sucessivos de triturao at que seja obtida a granulometria desejada. Este processo o mais empregado atualmente por possuir a melhor relao custo-benefcio.

2.3.6. OUTROS EMPREGOS EM ESTRADAS Alm de ser empregado na mistura asfltica, o pneu tambm pode ser aproveitado na construo viria de vrias outras formas.

Cortados em pedaos, tiras, triturados ou at mesmo inteiros, os pneus tem sido utilizados como material de enchimento em aterros desde meados da dcada de 1980. Conforme Epps [25], em 1991 nos Estados Unidos da Amrica do Norte, 10 Estados utilizavam os pneus em aterros, onde foram verificados alguns benefcios:

Evita a disposio dos pneus em aterros sanitrios; Substitui o agregado; um material leve; Melhora as caractersticas de drenagem ( permevel); No biodegradvel, mesmo se ficar abaixo do lenol fretico; e, barato.

Neste tipo de aplicao so consideradas partculas grandes as compreendidas entre 76 mm e 305 mm, sendo este ltimo o tamanho mximo recomendado. Tamanhos considerados normais esto situados entre 12 mm e 76 mm. Em aterros que requerem controle de compactao recomendado o uso de partculas com no mximo 50 mm. [26]

Apesar das vantagens, h ainda algumas questes pendentes em relao ao emprego de pneus em aterros. A principal delas relativa causa, ou causas, de reaes exotrmicas que provocaram trs incndios em aterros no ano de 1995 nos Estados Unidos da Amrica do Norte [31]. Tambm h carncia de estudos avaliando o comportamento estrutural deste tipo de aterro,

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determinando propores timas entre solo e o granular de borracha, tipos de solo mais adequados e tamanhos ideais dos granulares de borracha.

Em 1985, no Estado de Minnesota, foi proposto o emprego de pneus como uma espcie de geogrelha em regies com solo mole, e vrias sees experimentais foram executadas. Aps dois anos de observaes, os recalques verificados variaram entre 30 cm e 45 cm, situando-se entre 30 cm e 60 cm menores que os esperados em condies convencionais (sem reforo da fundao de aterro). [25]

Figura 2.2 - Estabilizao de ombreiras com pneus - vista do resultado final

Os pneus tambm tem sido empregados na estabilizao de ombreiras substituindo outras solues (como gabies, por exemplo) com grande vantagem econmica. No Estado estadunidense da Califrnia foram elaboradas especificaes para este emprego [26]. A Figura 2.2 ilustra o aspecto final deste tipo de estabilizao, onde tambm pode-se observar a amarrao dos pneus efetuada com dispositivos metlicos.

19

Tambm na Califrnia foram elaboradas especificaes para uso na proteo de taludes em canais e rios (Figura 2.3).

Para o emprego em proteo de taludes o CALTRANS recomenda diversos cuidados, que tambm so vlidos para a estabilizao de ombreiras. Os pneus devem ser dispostos e empilhados de tal forma que mantenham a sua forma geomtrica original. Os clips metlicos utilizados para prender um pneu ao outro precisam ser confeccionados com barras de ao de dimetro de 12,5 mm. O material escavado para a colocao da proteo pode ser empregado em um eventual reaterro atrs da barreira (proteo) de pneus, sendo recomendada, neste caso, a compactao atravs de compactadores manuais. O CALTRANS tambm recomenda que os pneus fiquem em locais no visveis aos motoristas, ocultados pela vegetao e/ou pintados para ficarem mais bem dissimulados no ambiente.

Figura 2.3 - Proteo de canais com pneus - aspecto final

Em regies desrticas ou prximas dunas de areia, barreiras de pneus tambm podem ser empregadas para evitar ou diminuir o carreamento de areia para a rodovia devido ao do vento. Tambm h iniciativas para o emprego de pneus em proteo de taludes sujeitos a eroses.

20

No Estado estadunidense de Connecticut, na juno das Rodovias (Routes) 2 e 17, em 1975, foram feitas avaliaes de barreira de inrcia atenuadora de impactos de veculos construdas com pneus e areia. Os custos de implantao se mostraram bastante abaixo daquele apresentado pelas solues tradicionais. O estudo indicou que este tipo de barreira possui uma performance satisfatria em termos de desacelerao do veculo, custos de reposio e manuteno, mas os resultados no foram considerados conclusivos quanto reduo de outros danos decorrentes da coliso. [27, 28]

Tambm h iniciativas para o emprego de pneus em obras de drenagem, em substituio aos bueiros. Para formar um tubo, os pneus so presos uns aos outros para comporem mdulos. Nos Estados estadunidenses de Vermont e Georgia esta prtica tem sido adotada e apresentou um desempenho aceitvel [29]. A Figura 2.4 apresenta um mdulo composto por cerca de 15 pneus. Tambm pode-ser observar a haste metlica utilizada para a amarrao dos pneus.

Figura 2.4 - Emprego de pneus em obras de drenagem

2.3.7. OUTRAS FORMAS DE REAPROVEITAMENTO Existem triturao/reduo vrios dos outros para processos aplicaes desenvolvidos diversas. para a so

pneus

Alguns

21

rudimentares enquanto outros envolvem sistemas bastante avanados, com o emprego de ultra-som ou microondas, ou processos qumicos, entretanto a participao destes no mercado insignificante ou simplesmente no esto disponveis a nvel comercial.

2.4. INCORPORAO DE BORRACHA DE PNEUS EM MISTURAS ASFLTICASA borracha de pneu pode ser incorporada s misturas asflticas atravs de dois mtodos bsicos, convencionalmente denominados de processo seco e processo mido.

No processo mido a borracha triturada atua como modificadora do cimento asfltico, enquanto no processo seco os grnulos de borracha so empregados como agregado. Os Estados Unidos da Amrica do Norte o pas com maior tradio no emprego de borracha reciclada de pneus em pavimentos asflticos. A Figura 2.5 apresenta uma sntese esquemtica dos processos de incorporao de borracha reciclada de pneus em misturas asflticas e os produtos resultantes.

MATERIAL

PROCESSO

PRODUTO ASFALTO-BORRACHA

BORRACHA DE PNEUS GRANULADA OU TRITURADA

mido seco

(ligante modificado)

BORRACHA-AGREGADO

Figura 2.5 - Processos e terminologia tcnica para o emprego de borracha reciclada de pneus em misturas asflticas

22

2.4.1. PROCESSO SECO O processo seco (do ingls dry process) pode ser usado para misturas asflticas a quente, sejam elas do tipo aberta ou fechada. Ele no pode ser usado em outros tipos de pavimentos, como misturas asflticas a frio, fechamento de trincas ou tratamentos superficiais.

No processo seco a borracha empregada como substituta de uma pequena parte dos agregados finos (usualmente 1% a 3% do peso total da mistura). As partculas de borracha so adicionadas ao agregado antes da adio do cimento asfltico. Este processo tambm freqentemente chamado de borracha-agregado ou concreto asfltico modificado com borracha (do ingls rubber-modified asphalt concrete - RUMAC).

O processo seco atualmente empregado foi desenvolvido na dcada de 1960 na Sucia e originalmente denominado Rubit. Foi, posteriormente, introduzido nos Estados Unidos da Amrica do Norte com o nome de PlusRide. Neste processo acrescentado de 1% a 3% de borracha granulada em relao ao peso total da mistura asfltica, com os grnulos de borracha variando de 6,3 mm a 2,0 mm. O objetivo que esta borracha preencha os vazios que normalmente situam-se entre 2% e 4%, que usualmente obtido com um contedo de cimento asfltico variando entre 7,5% e 9%, segundo HEITZMAN [2].

Conforme ZANZOTTO [51], as misturas asflticas que incorporam borracha reciclada de pneus pelo processo PlusRide apresentam as seguintes melhorias: aumento da flexibilidade; aumento da durabilidade; melhor controle da propagao prematura de trincas; diminuio das fissuras por fadiga; melhor aderncia dos veculos ao pavimento; reduo no nvel de rudo provocado pelo atrito pneu-pavimento; propriedades descongelantes.

23

Por desvantagens:

outro

lado,

ZANZOTTO

[51]

tambm

enumera

algumas

introduo de mais um material (borracha reciclada) na usina de asfalto; incrementos na quantidade tima de cimento asfltico; aumento na temperatura de usinagem; pagamento de royalties para uso de processos patenteados.

Outro processo, conhecido como processo seco genrico (do ingls generic dry process) foi desenvolvido no final da dcada de 1980 e incio da dcada de 1990 para produzir misturas quentes do tipo densas. O conceito foi desenvolvido por Barry Takallou como resultado de suas pesquisas e experincias prticas no emprego do PlusRide [2]. Este processo emprega partculas de borracha de vrios tamanhos com o objetivo de criar um gradiente granulomtrico e obter tambm alguma modificao do ligante. As partculas de borracha podem precisar de um pr-tratamento ou pr-reao com um agente catalisador para se obter um certo inchamento das partculas. Neste sistema, usualmente o contedo de borracha no excede a 2% do peso total da mistura. Sees experimentais foram executadas em vrios locais, como Flrida, Nova Iorque, Oregon e Ontrio [25].

O Corpo de Engenheiros do exrcito estadunidense, atravs do Laboratrio de Pesquisas de Engenharia para Regies Frias (Cold Regions Research Engineering Laboratory - CRREL) investigou o emprego do processo seco para amenizar o problema da formao de gelo sobre os pavimentos. Deste estudo resultou a recomendao de se utilizar partculas de borracha maiores que 4,75 mm e com tamanho mximo de 9,5 mm. Esta tecnologia tambm chamada de processo seco com partculas de borracha grandes (do ingls chunk rubber process) [25]. As propriedades Marshall, o mdulo de resilincia e testes de remoo de gelo foram efetuados em laboratrio com concentraes de borracha de 3, 6 e 12% em peso de agregado. Estes testes indicaram que quantidades elevadas de borracha podem aumentar a incidncia de trincas no gelo formado sobre o pavimento,

24

facilitando o degelo e a remoo [32]. HEITZMAN afirma que o Corpo de Engenheiros tambm avaliou, no laboratrio, concentraes de borracha de 25, 57 e 100% em peso de agregado [2]. Segundo EPPS [25] este processo ainda no foi avaliado em nvel de campo.

2.4.1.1. PROJETOS EXPERIMENTAIS O desempenho verificado em sees experimentais empregando borracha pelo processo seco nos Estados Unidos da Amrica do Norte muito varivel.

Desde 1977 o Departamento de Transportes de Washington (WSDOT) empreendeu algumas obras empregando o processo seco e usando partculas de borracha com at 6,3 mm. O desempenho de sete trechos, nos quais foi empregada a tecnologia PlusRide variou de excelente at falha imediata. Problemas construtivos foram verificados em muitos trechos. O WSDOT concluiu que o PlusRide no aparenta melhorar o desempenho do pavimento [37].

Em Nova Iorque dois projetos experimentais de restaurao com misturas asflticas empregando borracha pelo processo seco foram construdos em 1989 para comparar o desempenho com misturas convencionais. Foram aplicadas camadas com 37,5 mm de espessura sobre um pavimento rgido de concreto de cimento portland. Em ambos os projetos foi empregada a tecnologia PlusRide com 1, 2 ou 3% de borracha granulada [35]. Aps 3 anos o Departamento de Transportes do estado de Nova Iorque no considerou estes projetos econmicos ou que tenham obtido sucesso.

O Departamento de Transportes de Minnesota (MNDOT) utilizou o processo seco em pelo menos dois diferentes projetos, desde 1979. Nos dois projetos foi empregada a tecnologia PlusRide, usando borracha granulada em concretos asflticos do tipo aberto, com o objetivo de criar um pavimento autodescongelante. O desempenho do pavimento foi considerado bom, mas no foram detectadas melhorias compatveis com o incremento do custo do

25

pavimento e no foi verificada nenhuma capacidade de autodescongelamento significativa [34].

O Departamento de Transportes da Califrnia (California Department of Transportation - CALTRANS) construiu quatro projetos utilizando a tecnologia PlusRide. Foram observados alguns problemas de transporte da mistura at o local de aplicao em trs destes projetos. Em termos gerais, foi verificado que em dois dos quatro projetos a mistura pelo processo seco teve desempenho superior ao do concreto asfltico convencional do tipo denso e, num terceiro projeto, o desempenho foi similar. O quarto projeto no foi dimensionado adequadamente e necessitou uma restaurao [33].

Em termos gerais o desempenho de misturas asflticas que empregam borracha pelo processo seco bastante irregular. Pistas em servio, depois de muitos anos, tendem a apresentar uma pequena melhoria sobre misturas asflticas convencionais.

2.4.1.2. CARACTERSTICAS E COMPORTAMENTO ESTRUTURAL Algumas propriedades da borracha granulada so particularmente interessantes para a adio em misturas asflticas pelo processo seco, incluindo a granulometria, formato das partculas e tempo de reao.

A Tabela 2.2 traz uma graduao para as partculas de borracha, apresentada por EMERY [38] em 1995.

Tabela 2.2 - Granulometria tpica da borracha empregada no processo seco Peneira 6,3 mm (1/4) 4,75 mm (N 4) 2,0 mm (N 10) 0,85 mm (N 20) Percentual passando em peso 100 76 - 100 28 - 42 16 - 24

26

As formas das partculas esto intrinsecamente associadas s peculiaridades dos equipamentos que as produzem. Partculas produzidas por granuladores costumam ter um formato cbico e com uma superfcie especfica baixa, enquanto partculas produzidas atravs de trituradores costumam ter formato irregular e uma elevada superfcie especfica.

Partculas cbicas com pequena superfcie especfica uma caracterstica de agregados convencionais (ptreos) e desejvel para partculas de borracha que vo funcionar como agregado em misturas pelo processo seco. Partculas de formato irregular e com elevada superfcie especfica so melhores quando se deseja uma reao com o cimento asfltico, sendo, por isso, mais adequadas para o emprego no processo mido.

Limitando-se o tempo com que as partculas cbicas de borracha so mantidas em contato com o cimento asfltico temperatura necessria para uma reao e devido baixa superfcie especfica das mesmas, estas partculas mantm o seu formato e rigidez, o que desejvel quando o objetivo a incorporao de um agregado de baixa rigidez e que aumente a flexibilidade do pavimento, caracterstica necessria em locais de frio extremo. Alm do formato cbico, as partculas produzidas por granuladores tambm costumam possuir faces relativamente polidas, o que as tornam ainda menos susceptveis reaes com o cimento asfltico.

O tempo disponvel para reao entre a borracha e o cimento asfltico pelo processo PlusRide relativamente pequeno, no havendo muita oportunidade para combinao entre eles. No processo seco genrico, que utiliza borracha de vrios tamanhos, geralmente pr-tratadas com um catalisador, as partculas esto aptas para reagir (combinar-se), de forma limitada, com o cimento asfltico [25].

As propriedades estruturais da mistura asfltica produzida pelo processo seco que despertam maior interesse so a estabilidade, a vida de

27

fadiga, o mdulo de resilincia, susceptibilidade deformao permanente e comportamento quanto propagao de trincas.

A estabilidade geralmente apresenta valores inferiores queles de misturas convencionais (sem borracha) quando avaliadas pelo mtodo Marshall ou Hveem. Misturas contendo borracha granulada possuem mdulo de

resilincia tipicamente menor que o verificado em misturas asflticas a quente sem borracha. Misturas asflticas produzidas pelo processo seco apresentam, geralmente, mdulo de resilincia 10 a 20 % superior aos de misturas produzidas pelo processo mido. Estudos indicam que misturas asflticas contendo borracha so mais susceptveis s deformaes permanentes quando comparadas com misturas asflticas convencionais. Entretanto, a vida de fadiga, geralmente, apresenta-se significativamente superior [25]. A adio de borracha pode exercer influncia no comportamento relativo propagao de trincas. Para que a mistura asfltica retarde a propagao de trincas deve ser adicionada uma quantidade pequena de borracha, normalmente entre 1% e 2% em peso de agregado. Embora o peso seja pequeno, devido a baixa densidade o volume significativo. A reao (ou combinao) entre a borracha e o cimento asfltico no aparenta ter importncia significativa sobre este aspecto do comportamento das misturas projetadas pelo processo seco [25].

2.4.2. PROCESSO MIDO

O cimento asfltico contendo borracha reciclada de pneus e modificado pelo processo mido (do ingls wet process) pode ser empregado em misturas asflticas quentes, capas selantes, tratamentos superficiais, membranas absorvedoras de tenso, selamento de trincas e outras aplicaes. No processo mido as partculas de borracha no so incorporadas mistura

28

asfltica, mas ao cimento asfltico antes deste ser adicionado ao agregado. Usualmente so empregados teores de borracha que variam de 18 a 26% do peso de ligante [50].

Quando o cimento asfltico e a borracha triturada so misturados, ocorre uma combinao destes materiais. Esta combinao ou reao influenciada pela temperatura em que a mistura feita, o tempo em que esta temperatura se mantm, se h agitao mecnica e a intensidade desta, os tipos de componentes aromticos (leos maltenos) presentes no ligante e o tamanho, textura e superfcie especfica das partculas de borracha. O resultado desta reao a absoro de leos aromticos pelas cadeias de polmeros que formam a estrutura da borracha natural e sinttica que, por sua vez, so os principais componentes das partculas de borracha de pneus. A velocidade desta reao pode ser aumentada pelo incremento da superfcie especfica das partculas de borracha e pelo aumento da temperatura de reao. A viscosidade o principal parmetro para se acompanhar a reao. Quando ocorre esta reao, o ligante modificado tambm chamado de asfalto-borracha. Um tempo mnimo de reao, varivel de acordo com a temperatura estabelecida, necessrio para que ocorra a estabilizao da viscosidade deste ligante modificado. [25]

As aplicaes do processo mido foram inicialmente efetuadas com base no Processo McDonald e no produto Arm-R-Schield desenvolvido pela ARCO. Existe um significativo nmero de patentes depositadas com base nestas duas tecnologias, algumas j expiraram e outras ainda no. [25, 41] Um processo de mistura contnuo foi desenvolvido na Flrida no final da dcada de 1980 e seguidamente citado como processo mido da Flrida (do ingls Florida wet process). Neste processo, partculas finas de borracha (0,18 mm) so adicionadas ao cimento asfltico em percentuais baixos (8 a 10%), com baixa temperatura de mistura e pequeno tempo de reao. Segundo EPPS [25] este processo no foi patenteado.

29

Segundo ZANZOTTO e a empresa Asphalt Rubber Producers Group (ARPG) [51], o cimento asfltico modificado com borracha reciclada de pneus, ou simplesmente asfalto-borracha, apresenta as seguintes caractersticas: Diminuio da sensibilidade s variaes trmicas, quando comparado ao CAP convencional; Aumento da elasticidade; Melhor adesividade aos agregados; Aumento da vida til do pavimento; Maior resistncia ao envelhecimento, propagao de trincas e formao de trilhas de roda; Permite a reduo da espessura do pavimento; Proporciona melhor aderncia pneu-pavimento; Reduo no rudo provocado pelo trfego entre 65 e 85%. Bons resultados tem sido verificados com o emprego do

asfalto-borracha em membranas de absoro de tenses e membranas de absoro de tenses em intercamadas [36]. Estas membranas (do ingls Stress Absorbing Membrane - SAM e Stress Absorbing Membrane Interlayer SAMI) consistem em uma camada betuminosa delgada aplicada sobre toda a superfcie de um pavimento asfltico envelhecido. So utilizadas com o objetivo de aumentar a resistncia da superfcie propagao de trincas em pavimentos asflticos que apresentam trincas de fadiga generalizada. Neste caso a

borracha reciclada de pneus incorporada ao ligante na proporo de 25% a 30% em peso de ligante. Aps o tempo de interao, a viscosidade do asfalto-borracha aumenta e normalmente necessrio o emprego de querosene para diminu-la e permitir a borrifao [53]. FREDDY et al. [53] tambm relatam o bom desempenho das partculas de borracha reciclada de pneus para o fechamento de trincas em pavimentos asflticos. As trincas alteram o seu volume conforme as variaes trmicas e solicitaes do trfego, entretanto, os selantes convencionais conseguem apenas variar a sua forma. Selantes convencionais muito rgidos possuem baixa adesividade s paredes das trincas e acabam sendo arrancados pelo trfego, por outro lado, selantes de baixa viscosidade possuem alta sensibilidade

30

trmica e podem escorrer para fora das trincas ou tornam-se grudentos, aderindo aos pneus dos veculos. Diferentemente, as partculas de borracha propiciam caractersticas ideais de viscosidade e baixa sensibilidade a temperaturas, mas o principal benefcio a capacidade das partculas permitirem variaes volumtricas. Cientes disso, empresas produtoras de materiais para fechamento de trincas, como a Shell Chemical e a Crafco Inc., tm empregado a borracha na formulao de seus produtos. Embora o custo da borracha reciclada seja relativamente baixo, h a agregao de um valor muito grande devido a significativa melhora de desempenho tcnico nos produtos para fechamento de trincas.

2.4.2.1. PROJETOS EXPERIMENTAIS

O desempenho verificado em trechos experimentais construdos pelos departamentos de transportes estadunidenses bastante varivel.

No Estado de Kansas, o Departamento de Transportes construiu cinco obras empregando pavimentos com asfalto-borracha em camadas intermedirias durante a dcada de 1980. Em dois destes projetos verificou-se que houve reduo na propagao de trincas. Nas outras trs obras houveram diferenas entre as sees de controle e as experimentais, prejudicando a anlise. Em termos globais o Departamento de Transportes do Kansas concluiu que o aumento de custo na mistura asfltica com asfalto-borracha no justifica o seu emprego. [44]

No Estado de Washington tambm foram executadas obras para avaliao desta tecnologia desde 1977. O Departamento Estadual de Transportes concluiu que o emprego de asfalto-borracha em membranas absorvedoras de tenso no apresenta boa relao custo-benefcio. Pavimentos asflticos com camadas finais do tipo abertas empregando asfalto-borracha apresentaram desempenho avaliado como bom ou muito bom [47].

31

Desde o final dos anos de 1970 cerca de 5000 km de estradas foram construdas nos Estados de Phoenix e Arizona com a tecnologia de asfalto-borracha. No anos de 1990, o uso de camadas selantes foi interrompido em favor do emprego regular de uma camada de 25 mm de mistura asfltica quente com asfalto-borracha. Cerca de 1000 km de ruas foram pavimentadas usando capa de asfalto-borracha. O desempenho do asfalto-borracha foi classificado como bom quando aplicado em camadas retardadoras da propagao de trincas e quando a abertura destas trincas era inferior a 6,3 mm. Comparadas com capas selantes convencionais, o overlay com 25 mm apresentou uma melhor superfcie de rolamento reduzindo com isso o rudo provocado pelo trfego. [41]

O Departamento de Transportes da Flrida construiu entre Maro de 1989 e Setembro de 1990 trs projetos empregando asfalto-borracha, sendo dois projetos com misturas abertas e um com mistura asfltica densa. Em todos foi empregado o chamado processo mido da Flrida. Embora os pavimentos no tenham sido avaliados a longo prazo, os dados sugerem que camadas finais com asfalto-borracha, principalmente as do tipo aberto, possuem durabilidade superior s misturas convencionais. [43]

Em outro estado estadunidense, Minnesota, as autoridade estaduais construram pelo menos seis projetos empregando o processo mido desde 1979. Foram construdas duas membranas absorvedoras de tenso, trs membranas absorvedoras de tenso de intercamadas e uma camada final do tipo densa. Das duas membranas absorvedoras de tenso executadas uma obteve sucesso enquanto a outra no. Apenas problemas pequenos foram verificados nas membranas absorvedoras de tenso de intercamadas. A propagao de trincas foi amenizada, mas no eliminada. Neste estado concluiu-se que a relao custo-benefcio do asfalto-borracha no compensadora. [45]

No Texas, misturas asflticas empregando borracha reciclada de pneus vem sendo utilizadas desde 1976. O uso mais freqente em restauraes, como membrana de absoro de tenses. At 1992 mais de 3000

32

km j haviam sido executados. Aps muitos anos de experincias e avaliaes, os texanos concluram que o emprego de asfalto-borracha apresenta bom comportamento para o fechamento de trincas e fissuras, mas no ocorre melhoria no que se refere diminuio das fissuras por retrao trmica. Experincias executadas com misturas de asfalto-borracha do tipo densas apresentaram bons resultados. [36]

O Departamento de Transportes da Califrnia (CALTRANS) tambm tem usado ligante do tipo asfalto-borracha desde 1978 e efetuou pelo menos 17 restauraes e camadas finais com misturas asflticas incorporando borracha pelo processo mido. Desde 1987 as espessuras das camadas asflticas com borracha tem sido reduzidas em relao s necessrias para pavimentos convencionais. A Tabela 2.3 apresenta algumas correlaes de espessuras entre misturas asflticas convencionais e misturas com asfalto-borracha estabelecidas pelo CALTRANS.

Tabela 2.3 - Espessura estrutural equivalente entre misturas asflticas convencionais e empregando asfalto-borracha [52] Espessura da mistura asfltica convencional quente (cm) 4,5 6,0 7,6 9,1 10,6 12,1 Espessura equivalente em mistura asfltica que emprega asfalto-borracha quente (cm) usada como camada estrutural 3,0 3,0 4,5 4,5 6,0 6,0 usada como membrana absorvedora de tenses 3,0 3,0 4,5 4,5

O CALTRANS tambm reporta que em termos gerais os pavimentos com asfalto-borracha possuem um desempenho muito bom, requerendo menos manuteno e tolerando deflexes superiores s de pavimentos convencionais [33].

33

Em Ontrio, no Canad, tambm foram executados vrios projetos empregando misturas asflticas modificadas com borracha reciclada de pneus pelo processo mido. Os resultados de desempenho foram considerados promissores e a durabilidade aparentou ser superior de misturas asflticas convencionais [1].

2.4.2.2. CARACTERSTICAS E COMPORTAMENTO ESTRUTURAL As caractersticas e as propriedades de maior importncia para misturas asflticas com borracha executadas pelo processo mido incluem a viscosidade do cimento asfltico, ponto de amolecimento, mdulo de resilincia, susceptibilidade deformao permanente, sensibilidade a temperaturas extremas e resistncia ao envelhecimento. Segundo HEITZMAN [2], a maioria dos ensaios padro para cimentos asflticos tambm so vlidos para asfaltos-borracha. Apenas os viscosmetros que empregam tubos capilares no so adequados para a avaliao do ligante asfltico modificado com borracha. O equipamento normalmente utilizado para a aferio da viscosidade o viscosmetro de campo com palheta giratria, especificado pela norma ASTM D 2994 [57].

A adio da borracha ao cimento asfltico acarreta um aumento significativo na viscosidade do ligante modificado (asfalto-borracha). Querosene e outros diluentes tem sido usados para ajustar (diminuir) esta viscosidade. Em alguns casos pode ser necessrio o emprego de quantidades bastante significativas de diluentes. Segundo EPPS [25], a temperatura em que ocorre a reao (combinao) entre o cimento asfltico e as partculas de borracha tambm influencia a viscosidade. Ligante com viscosidade elevada produz misturas asflticas de baixa trabalhabilidade e difcil compactao, entretanto ocorrem melhorias como a reduo da propagao de trincas, diminuio da susceptibilidade formao de trilhas de roda, menor sensibilidade s variaes de temperatura, maior durabilidade do ligante, menos susceptibilidade desagregao e melhor adesividade do cimento asfltico aos agregados.

34

De acordo com a experincia estadunidense [25], ligantes do tipo asfalto-borracha usualmente apresentam ponto de amolecimento entre 11 C e 14 C acima dos verificados em ligantes convencionais, resultando em diminuio da susceptibilidade a variaes trmicas e formao de trilhas de roda. A modificao com borracha reciclada de pneus tambm aumenta a elasticidade do ligante, proporcionando uma vida de fadiga superior.

O mdulo de resilincia medido em misturas asflticas compostas de agregados convencionais e ligante do tipo asfalto-borracha so, geralmente, inferiores queles medidos em misturas asflticas similares elaboradas com ligantes convencionais. Melhorias (aumentos) significativas nos valores modulares das misturas com asfalto-borracha comparadas ao costumam emprego ocorrer de em

temperaturas convencionais.

elevadas

quando

ligantes

O comportamento deformao permanente de misturas asflticas que empregam ligantes asflticos modificados com borracha apresenta-se, normalmente, similar ao de misturas que empregam ligantes convencionais, podendo, em alguns casos apresentar-se mais sensvel.

Embora no seja um problema em regies tropicais, h significativa reduo na sensibilidade ao aparecimento de fraturas de origem trmica (devido retrao por congelamento) nos pavimentos que empregam ligantes de asfalto-borracha. Geralmente a temperatura crtica de fratura diminui entre 5,5 C e 8,5 C em relao s misturas asflticas com ligantes convencionais. Estudos de vida de fadiga a baixas temperaturas tambm confirmam a elevada resistncia ao fraturamento devido ao congelamento. Isso ocorre pelo fato do asfalto-borracha ser mais elstico que o asfalto convencional e preservar esta elasticidade mesmo em temperaturas mais baixas.

Estudos

de

laboratrio

tambm

indicam

que

misturas

com

asfalto-borracha so mais resistentes ao envelhecimento do ligante e apresentam vida de fadiga superior de misturas com ligantes asflticos convencionais. [25]

35

2.4.3. NVEL TECNOLGICO ATUAL DO EMPREGO DE BORRACHA RECICLADA DE PNEUS EM MISTURAS ASFLTICAS Existem, atualmente, muitas dvidas e lacunas de conhecimento relativas ao emprego de borracha reciclada de pneus em misturas asflticas, principalmente no processo seco, devido a preferncia pelo emprego do processo mido, e relativas ao desempenho de campo a longo prazo.

Foram executados nos, Estados Unidos da Amrica do Norte, pelo menos seis projetos de reciclagem de pavimento. Na metade destes projetos o pavimento original havia sido executado com a adio de borracha pelo processo seco e o restante empregando borracha pelo processo mido. No foram verificados problemas com a reciclagem do pavimento devido a presena da borracha em nenhum caso, mas, devido s extenses pequenas, os dados no podem ser considerados conclusivos.

Apesar dos dados serem limitados, no h evidncias de que a presena da borracha nas usinas de asfalto a quente provoque alteraes nas emisses de gases para a atmosfera ou produza outros impactos ambientais. Avaliaes feitas no Estado estadunidense de New Jersey em 1992, onde um pavimento originalmente construdo com borracha pelo processo seco foi reciclado e incrementado com a adio de 20% de agregados novos, indicaram que as emisses de gases no excederam os nveis permitidos.

A inconstncia do desempenho das misturas asflticas que empregam borracha (pelo processo seco ou mido) indicam claramente a necessidade de avaliaes maiores e mais aprofundadas, principalmente em campo, com rigoroso controle executivo e registro detalhado das

particularidades de cada obra, inclusive dados climticos. Alm disso necessrio que seja efetuado o adequado acompanhamento de longo prazo, de modo a se obter curvas de desempenho que contemplem toda a vida til do pavimento.

36

Pesquisas adicionais so necessrias para determinar a real influncia do emprego de borracha nas misturas e ligantes asflticos e tambm h a necessidade de definies mais claras quanto s propriedades desejveis e os critrios de dosagem para misturas asflticas deste tipo. [25, 40]

2.5. PROGRAMA ELSYM5O programa Elsym5 - Elastic Layered System - foi empregado neste trabalho para a avaliao do comportamento estrutural dos pavimentos simulados. O programa efetua o clculo atravs do mtodo das diferenas finitas. Permite avaliar at 10 cargas e, no caso de haver mais de uma carga, adota o princpio da superposio dos efeitos. Aceita estruturas com at 5 camadas. [56]

Como dados de entrada, so fornecidos ao software as informaes necessrias para caracterizar a estrutura (o nmero de camadas, mdulo, coeficiente de poisson e espessura de cada camada) as cargas (quantidade, disposio e valor das cargas) e a localizao dos pontos de estudo. Como resultados de sada, so determinados os valores das tenses, deformaes e deslocamentos nos pontos de estudo previamente definidos pelo usurio.

37

captulo 3MATERIAISPara o desenvolvimento deste trabalho foram utilizados agregados, cimento asfltico e borracha triturada de pneus. Estes materiais foram caracterizados seguindo-se as normas ou procedimentos especficos.

3.1. AGREGADOSO agregado mineral empregado oriundo da empresa Pedrita (pedreira do Rio Tavares), da cidade de Florianpolis (Santa Catarina) e constitui-se de granito britado em trs faixas granulomtricas bsicas: brita 19 mm (19,1 - 9,5 mm; 17%), pedrisco (9,5 - 4,8 mm; 18%) e p-de-pedra (4,8 0,0 mm; 65%).

A Figura 3.1 apresenta a curva granulomtrica adotada, plotada juntamente com os limites mximos e mnimos, para cada frao, especificados na Faixa C do DER/SC. A Tabela 3.1 e a Tabela 3.2, apresentam a distribuio das fraes granulares, individualmente, para cada material e as totais (brita + pedrisco + p-de-pedra), respectivamente. Houve a preocupao de que esta curva se mantivesse dentro dos limites da Faixa C das Especificaes Gerais para Obras Rodovirias do DER/SC [58].

38

100

CURVA GRANULOMTRICALimites da Faixa C (DER/SC)

90 Graulometria de Clculo 80

70 % Passando (em peso)

60

50

40

30

20

10

0 0,01

0,1

1 Dim etro das Peneiras (m m )

10

100

Figura 3.1 Curva granulomtrica empregada Tabela 3.1 - Granulometria dos materiais utilizados Peneirasmm polegadas/nmero Percentual passando (em peso)

Brita 3/4 100,00 34,71 6,88 0,29 0,18 0,08 0,05 0,02

Pedrisco 100,00 100,00 100,00 7,50 3,00 2,10 1,80 1,50

P-de-pedra 100,00 100,00 100,00 96,16 70,00 39,80 25,65 11,00

19,1 12,7 9,5 4,8 2,0 0,42 0,18 0,075

3/4" 1/2" 3/8" N 4 N 10 N 40 N 80 N 200

39

Tabela 3.2 - Composio da curva granulomtrica utilizada Peneira (mm) 19,1 12,7 9,5 4,8 2,0 0,42 0,18 0,075 * Percentual passante, em peso. Limites da faixa C - DER/SC Inferior * 100 85 75 50 30 15 8 5 Superior * 100 100 100 85 75 40 30 10 Curva Utilizada * 100,00 88,90 84,17 63,90 46,07 26,26 17,00 7,42

Para facilitar o peneiramento, manuseio e pesagens, o agregado foi dividido em fraes significativas, apresentadas na Tabela 3.3.

Tabela 3.3 - Fraes nas quais o agregado foi dividido Material Diviso de fraes Passante na peneira 3/4 e retido na peneira 1/2 Passante na 1/2 e retido na 3/8 Passante na 3/8 Passante na 1/2 e retido na N 4 Passante na N 4 Passante na N 4 e retido na N 10 Passante na N 10 e retido na N 40 Passante na N 40

Brita 19,1 mm

Pedrisco

P de pedra

Tambm foi efetuado o ensaio para determinao da densidade real dos agregados com base nos mtodos DNER-ME 85/64 (material finamente pulverizado) [59], DNER-ME 84/94 (agregado mido) [60], DNER-ME 81/64 (agregado grado) [61]. Os valores encontrados so apresentados na Tabela 3.4.

40

Tabela 3.4 - Densidade real dos agregados Material Agregado grado Agregado mido Finamente pulverizado Densidade mdia real 2,640 2,638 2,618

Norma DNER-ME 81/64 DNER-ME 84/94 DNER-ME 85/64

O agregado, inicialmente foi disposto em caixas prprias para a secagem e evaporao da umidade excessiva. Aps, os agregados foram dispostos em bandejas pequenas para secagem final em estufa. A Figura 3.2 apresenta algumas bandejas antes de serem colocadas na estufa.

Figura 3.2 - Parte do agregado disposto em bandejas para ser colocado na estufa

41

3.2. CIMENTO ASFLTICO DE PETRLEOO cimento asfltico de petrleo (CAP) foi acondicionado em embalagens fechadas de alumnio para evitar a contaminao e melhor conservao ao longo da execuo dos trabalhos de laboratrio. Na Figura 3.3 pode-se ver 4 embalagens abertas e 2 j lacradas, tambm so visveis algumas bandejas com agregado.

Figura 3.3 - O asfalto foi acondicionado em embalagens fechadas de alumnio.

Foi empregado cimento asfltico de petrleo do tipo CAP 20 (classificao por viscosidade) pertencente a um nico lote proveniente da Refinaria de Araucria (Paran). A densidade do cimento asfltico foi determinada em 1,03, com base no mtodo DNER-ME 16/64 [62].

Atravs do ensaio de anel e bola, especificado no mtodo ABNT MB 164/72 [63], foi determinado o ponto de amolecimento em duas amostras, conforme apresentado na Tabela 3.5.

42

Tabela 3.5 - Ponto de amolecimento do CAP (ABNT MB 164/72) Amostra 1 2 Temperatura (C) 48 48 Mdia (C) 48

Seguindo-se a norma DNER-ME 04/73 [64], foi determinada a viscosidade Saybolt-Furol a altas temperaturas submetendo-se duas amostras de cimento asfltico temperatura de 135 C (Tabela 3.6).

Tabela 3.6 - Viscosidade Saybolt-Furol alta temperatura (135 C) (DNER-ME 04/73) Amostra 1 2 Tempo 183" 178" Mdia 181"

Atravs da norma DNER-ME 78/63 [65] foi efetuado o ensaio de adesividade do agregado grado ao ligante betuminoso (cimento asfltico), conforme a Tabela 3.7.

Tabela 3.7 - Adesividade de ligante ao agregado grado (DNER-ME 78/63) Percentagem de aditivo (DOP) 0,00% 0,50% 1,00% 1,50% Resultado adesividade satisfatria adesividade satisfatria adesividade satisfatria adesividade satisfatria

O agregado apresentou boa adesividade, dispensando o emprego de aditivos melhoradores de adesividade.

43

3.3. BORRACHAA borracha empregada foi obtida por triturao do material resultante da decapagem de pneus de veculos comerciais leves, com granulometria mxima de 2,4 mm e com 70% ficando retido na peneira 0,297 mm (peneira n 50).

Pelo

fato

de

inexistir

um

ensaio

rodovirio

especfico,

a

determinao da densidade real da borracha foi efetuada a partir da mdia de quatro leituras de deslocamento de fludo (querosene) temperatura de 25 C. Este procedimento foi adotado por ser de fcil execuo e permitir boa preciso. Em um recipiente graduado de laboratrio (bequer) foram colocados 12 ml de querosene e foi determinado o peso inicial. A seguir foram adicionados 2 ml de borracha e o conjunto foi novamente pesado (peso final). Conhecendo-se o volume de borracha adicionado e a diferena de peso (peso final - peso inicial) foi possvel determinar a densidade da borracha. As leituras efetuadas nas quatro amostras so apresentadas na Tabela 3.8.Tabela 3.8 - Densidade real da borracha Nmero da amostra 1 2 3 4 Peso inicial (g) 42,95 42,75 42,75 42,73 Peso final (g) 45,3 45,09 45,04 45,05 Densidade da amostra 1,18 1,17 1,15 1,16 1,16 Densidade mdia

3.3.1. MICROMORFOLOGIA As partculas de borracha foram observadas ao microscpio tico sem que houvesse a preocupao de seguir qualquer norma ou procedimento, constituindo-se em informao adicional. As Figuras 3.4 e 3.5 apresentam as partculas antes de ser adicionado o CAP, enquanto as Figuras 3.6 e 3.7 apresentam as partculas de borracha aps esta mistura. Para a realizao desta observao, o contato entre o CAP e a borracha deu-se de forma similar

44

ao que ocorreu por ocasio da moldagem dos corpos de prova, ou seja, aps a mistura os dois componentes foram mantidos aquecidos temperatura de 160 C por um perodo de uma hora. Na Figura 3.4 pode-se observar a presena de partculas de pequeno tamanho (~0,1 mm) e o formato irregular de algumas.

Figura 3.4 - Partculas de borracha antes da adio do CAP

Na Figura 3.5 pode-se visualizar as partculas maiores de borracha (~1,0 mm), algumas com regies irregulares e outras com formato relativamente regular.

Na Figura 3.6 apresentada, parcialmente, uma estrutura resultante do contato entre o CAP e as partculas de borracha. Pode-se observar que trata-se de uma estrutura relativamente grande.

A Figura 3.7 particularmente interessante por apresentar uma estrutura tridimensional complexa, desejvel em pavimentos asflticos que recebem polmeros.

45

Figura 3.5 - Partculas de borracha antes da adio do CAP

Figura 3.6 - Partculas de borracha aps da adio do CAP

46

Figura 3.7 - Partculas de borracha aps da adio do CAP

47

captulo 4PROCEDIMENTOS DE LABORATRIOPara que os objetivos do trabalho fossem atingidos foi adotado um conjunto de procedimentos, atravs dos quais foram definidas as misturas asflticas, mtodo de moldagem dos corpos de prova e execuo dos ensaios. Os aspectos relevantes destes procedimentos sero agora descritos.

4.1. DEFINIO DAS MISTURAS ASFLTICAS ESTUDADASOs percentuais de CAP para a moldagem dos corpos de prova foram inicialmente estabelecidos com base na experincia do corpo tcnico envolvido com os trabalhos. No Trao 0 (convencional, sem borracha) e Trao 0,7 (primeiro trao experimental executado) foram utilizados 5 percentuais diferentes de CAP para obter-se uma amplitude maior nos ensaios.

O Trao 0,7 forneceu indicaes de comportamento estrutural que permitiram racionalizar a execuo do Trao 1,1 e, posteriormente, do Trao 0,4. Tendo sido possvel identificar com mais preciso a faixa provvel onde se situava o teor timo de CAP, foi possvel reduzir de 5 para 3 o nmero de percentuais de CAP avaliados no Trao 1,1 e Trao 0,4, sem perda significativa da amplitude da avaliao. Esta racionalizao no nmero de corpos de prova

48

permitiu agilizar a execuo dos trabalhos e reduzir a quantidade total de agregado necessria, onde o consumo de algumas fraes se mostrou acima do esperado, podendo vir a comprometer a concluso dos ensaios.

4.1.1. DEFINIO DA MISTURA DE REFERNCIA A curva granulomtrica considerada tima foi adotada durante todas as fases desta pesquisa (para as misturas convencionais e para as experimentais). Com base nesta curva foi elaborado o Trao 0, convencional (0% de borracha) e com 5 diferentes percentuais de CAP, conforme apresentado na Tabela 4.1.

Tabela 4.1 Teor de CAP das misturas convencionais avaliadas Percentuais de CAP (Trao 0) 4,0 4,5 5,0 5,5 6,0

Analisando-se os resultados do Mtodo Marshall estabeleceu-se o percentual timo de CAP para o trao convencional, a partir do qual foram moldados novos corpos de prova que foram submetidos aos ensaios de vida de fadiga e mdulo de resilincia. Esta mistura convencional otimizada tambm chamada de mistura de referncia.

4.1.2. DEFINIO DAS MISTURAS EXPERIMENTAIS A borracha foi incorporada ao agregado simultaneamente adio do CAP, seguindo-se o processo seco. Foram formulados trs traos experimentais a partir de trs diferentes percentuais de borracha, denominados Trao 0,7, Trao 1,1 e Trao 0,4, totalizando 11 combinaes de dosagens entre CAP e borracha. O percentual de CAP referenciado ao peso total da mistura (agregado + CAP + borracha) enquanto o percentual de borracha em