UNIVERSIDADE POSITIVO. Evaldo Luis Matos Mauricio Benkendorf

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1 UNIVERSIDADE POSITIVO Evaldo Luis Matos Mauricio Benkendorf CARACTERIZAÇÃO FÍSICA E MECÂNICA EM LABORATÓRIO DE RESÍDUOS DE FRESAGEM DE PAVIMENTAÇÃO ASFÁLTICA PARA UTILIZAÇÃO EM BASE E SUB-BASE DE PAVIMENTO Curitiba 2010

2 Evaldo Luis Matos Mauricio Benkendorf CARACTERIZAÇÃO FÍSICA E MECÂNICA EM LABORATÓRIO DE RESÍDUOS DE FRESAGEM DE PAVIMENTAÇÃO ASFÁLTICA PARA UTILIZAÇÃO EM BASE E SUB-BASE DE PAVIMENTO Trabalho de Conclusão de curso apresentado ao curso de Engenharia Civil da Universidade Positivo como parte dos requisitos para graduação. Orientador: Prof. Luiz Claudio Schwarz Baras Curitiba 2010

3 RESUMO Com a grande geração de resíduos na construção e sua difícil deposição final, a engenharia tem buscado a reciclagem como alternativa para amenizar este problema. A escassez de recursos naturais, a sustentabilidade e também novas leis ambientais contribuem ainda mais para a complexidade da questão. Assim, este trabalho é um estudo de utilização dos resíduos gerados da fresagem de pavimento em base e sub-base de pavimento. O estudo foi elaborado com o objetivo de analisar a caracterização física e mecânica dos resíduos provenientes da fresagem do revestimento asfáltico, para a utilização em base e sub-base de pavimento. Com o material coletado diretamente do local da fresagem, na Rua Francisco Miquelotto - CIC - Curitiba, foi feita a extração de betume em uma parte do material e outra foi reservada para estudo sem a extração de betume, com estas duas condições foram estudadas a granulometria, a forma e também elaborado um projeto de mistura do material fresado e material virgem. Com as misturas definidas, foram feitos os ensaios de caracterização física (granulometria) e ensaios mecânicos (compactação e CBR) para verificar se o material obtido encontrava-se dentro do estabelecido pelo Departamento Nacional de Infra-estrutura Terrestre DNIT, para base e sub- base. Os resultados encontrados para o material fresado com CAP foi uma massa especifica de 1,94 g/cm3, umidade ótima de 1,91% e um CBR de 31%. Já para o material sem CAP foi encontrado uma massa especifica igual a 2,095 g/cm3, umidade ótima de 3,43% e um CBR de 207,66%. A conclusão dessa pesquisa indica que o material fresado não pode ser utilizado para base, mas pode ser reaproveitado para execução de sub-base. Palavras-chave: fresagem, fresado, base, sub-base, reciclagem, análises granulométricas.

4 SUMÁRIO 1 INTRODUÇÃO OBJETIVO JUSTIFICATIVA REVISÃO DA LITERATURA PAVIMENTAÇÃO Um breve histórico da pavimentação PAVIMENTO CLASSIFICAÇÃO FUNCIONAL DOS PAVIMENTOS ESTRUTURA DOS PAVIMENTOS Subleito Regularização do subleito Reforço do subleito Sub-base Base Revestimento MANUTENÇÃO DE VIAS Recapeamento PROPRIEDADES FÍSICAS DO MATERIAL PARA BASE E SUB- BASE PROPRIEDADES MECÂNICAS DO MATERIAL PARA BASE E SUB-BASE ESTABILIZAÇÃO DE SOLOS Estabilização granulométrica Estabilização mecânica Estabilização química BASE DE PAVIMENTO COMPOSTA POR MATERIAL REAPROVEITA-DO... 29

5 4.9.1 Fresagem e utilização do material fresado Extração de asfalto METODOLOGIA COLETA, ESTOCAGEM E PREPARO DO MATERIAL EXTRAÇÃO DE ASFALTO CARACTERIZAÇÃO DO MATERIAL FRESADO Ensaio de Caracterização dos Agregados PROJETO DE MISTURA Estabilidade Granulométrica ESTUDO COMPARATIVO DOS PROJETOS DE MISTURA PARÂMETROS FUNDAMENTAIS DA ESPECIFICAÇÃO DNIT Capacidade de suporte adequada às cargas do tráfego APRESENTAÇÃO E ANÁLISE DOS RESULTADOS ÍNDICE DE FORMA DO MATERIAL FRESADO TEOR DE BETUME ESTUDO GRANULOMÉTRICO Material Fresado Material Virgem (Pó de Pedra - Amostra 01) Projeto de Mistura Material Virgem (Pó de Pedra - Amostra 02) ENSAIOS DE COMPACTAÇÃO E CBR CONSIDERAÇÕES FINAIS CONCLUSÃO SUGESTÕES PARA TRABALHOS FUTUROS REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS... 71

6 5 1 INTRODUÇÃO A engenharia rodoviária é reconhecida como uma das mais importantes atividades para o desenvolvimento socioeconômico, mas também é uma das grandes geradoras de impactos ambientais. Ela promove mudanças da paisagem, consome grandes quantidades de recursos naturais e também é grande geradora de resíduos, tanto para construção como na manutenção das vias (SACHET, 2007). No Brasil, levantamentos recorrentes da Confederação Nacional do Transportes - CNT têm considerado que a maioria dos pavimentos é de baixo conforto ao rolamento, necessitando de grandes investimentos, em torno de 1 a 2 bilhões de reais por ano, para a manutenção das rodovias federais. Nos últimos anos, os investimentos em infra-estrutura rodoviária se encontram bem aquém das reais necessidades que o país de fato precisa, havendo assim uma grande insatisfação do setor produtivo, pois o país acaba perdendo competitividade no quesito de infra-estrutura de transporte, devido a uma matriz modal deficiente, onde o meio rodoviário é o mais utilizado para escoamento da produção nacional (BERNUCCI et al., 2006). Estes gastos mencionados são inaceitáveis uma vez que pode se dispor de equipamentos de laboratório e de campo que permitem um melhor entendimento através de estudos da caracterização física e mecânica dos materiais utilizados e também alternativas para a reutilização do material que hoje vai para deposição (BERNUCCI et al., 2006). Isto também faz com que o setor tenha que desenvolver propostas para a valorização dos materiais existentes, em vez da utilização de novos materiais ou a conseqüente deposição de materiais não reutilizáveis em aterros de resíduos (MORAES; SANTOS, 2003).

7 6 Uma das técnicas para restauro do pavimento é a remoção de seu revestimento deteriorado e aplicação de uma nova capa asfáltica. Para a remoção é utilizada normalmente a fresagem, técnica que consiste em arrancar camadas do mesmo utilizando uma fresadora asfáltica (SACHET, 2007). O grande desafio é dar um destino razoável a esse material que por muito tempo foi considerado um rejeito da construção pesada. O material rejeitado é constituído de brita, areia, filler e Cimento Asfáltico de Petróleo. Geralmente esse material é descartado nos off-sets dos aterros ou em botas-fora determinado pela fiscalização da obra, contudo, os órgãos ambientais estão intensificando as exigências quanto ao que se diz respeito aos impactos ambientas em obras e aos seus resíduos (SACHET, 2007). Esse trabalho foi desenvolvido com o intuito de dar um destino a este material fresado, estudando suas características para descobrir se o mesmo poderia ser utilizado em bases e sub-bases de pavimentos. 2 OBJETIVO O presente Trabalho de Conclusão de Curso tem por objetivo o estudo da caracterização física e mecânica em laboratório de resíduos de fresagem de pavimentação asfáltica para reutilização em base e sub-base de pavimento. 3 JUSTIFICATIVA Um assunto muito discutido nos dias atuais é a sustentabilidade. A grande maioria da sociedade caminha no sentido de não aceitar mais atividades que não sejam realizadas com o compromisso de preservar o meio ambiente, a coletividade, bem como os recursos materiais (SACHET, 2007).

8 7 Sendo assim, a engenharia passa por mudanças significativas no que tange a projetos e execução de obras. A utilização de agregados naturais encontrase no cerne da questão, pois afeta o meio ambiente e vem mostrando tendência de aumento de custo bastante significativo nos últimos anos (MORAES; SANTOS, 2003). Obras de restauração de pavimentação, em particular, sempre foram executadas removendo-se a porção superior das camadas de rodagem, desgastadas e fissuradas. O material gerado por sua vez, é descartado ou subutilizado (SACHET, 2007). Ocorre, no entanto, que o concreto betuminoso é um material nobre, rico em agregados minerais de boa qualidade, mesmo quando fresado. Seria a melhor destinação para todo esse agregado, os aterros sanitários ou os pequenos acessos particulares? Utilizando do material fresado da camada superior de rolagem como agregado na execução da base do pavimento, estará não somente ocasionando vantagem econômica, mas também, um grande benefício para a sustentabilidade e preservação ecológica, evitando o descarte deste material em aterros e evitando também a extração de recursos naturais para execução destes serviços. Resta como questão, conhecer a melhor forma de reutilização (SACHET, 2007). Este trabalho se justifica porque com as crescentes técnicas de fresagem, significando um aumento de material fresado A justificativa deste trabalho é demonstrar através de estudos que esse material fresado, hoje descartado, pode ser utilizado em camadas de base ou subbase, contribuindo para o estudo de processos alternativos para reutilização desse material.

9 8 4 REVISÃO DA LITERATURA 4.1 PAVIMENTAÇÃO Um breve histórico da pavimentação O homem, desde os primórdios, sempre necessitou coletar na natureza produtos essenciais para sua subsistência. No entanto, a cada empreitada em busca de alimentos, água, peles e etc., o mesmo se submetia a dificuldades naturais como obstáculos e riscos à sua integridade (SENÇO, 1997). Para suplantar as dificuldades naturais de percurso, o homem pré-histórico iniciou a definição de caminhos preferenciais, os quais apresentavam certas facilidades de deslocamento. Essa idéia pode ser entendida como o surgimento das primeiras vias criadas pelo homem. Entendendo a necessidade de estocar alimentos de subsistência e assim diminuir a exposição aos riscos, o homem procurou novos dispositivos para facilitar o transporte e a locomoção. Desenvolveram-se, assim, plataformas sobre pedras, as quais tiveram desgastes, originando a roda. Surgiram então, os primeiros veículos a tração animal. Com o desenvolvimento desses veículos exigiram-se caminhos de melhor qualidade, capacidade de suporte e estabilidade (SENÇO, 1997). Vem da China a criação do que, comumente, chama-se de estrada. Posteriormente, os egípcios pavimentaram seus caminhos e criaram a drenagem rudimentar (BALBO, 2007). O império romano, por sua vez, aperfeiçoou os processos construtivos e, com o objetivo de desenvolvimento de sua economia, criou um grande número de estradas, destacando-se a Via Ápia (Figuras 1 e 2) que foi uma das primeiras a ser executada com técnicas específicas de pavimentação (BALBO, 2007). Com a queda do Império Romano, em 476 d.c, a rede viária deixou de receber a manutenção e se deteriorou fortemente (BERNUCCI et al., 2006).

10 9 Figura 1 Via Ápia Fonte: Claudio Costa (2010) Figura 2 Via Ápia Fonte: Claudio Costa (2010) A França foi a primeira nação, depois do Império Romano, que reconheceu a importância das estradas para desenvolvimento no comércio. Entretanto, entre os séculos X e XII houve novamente um grande abandono na manutenção e construção de estradas, ocasionando prejuízos à Europa. Coube novamente à França, no reinado de Felipe Augusto ( ), a retomada do desenvolvimento das estradas (BERNUCCI et al., 2006).

11 10 Com o ressurgimento dessas vias, Tresaguet, na França (1764), inventou novas técnicas de concepção e construção das estradas, e é considerado um dos precursores das atuais rodovias. Os pavimentos por ele realizados eram menos espessos que os dos romanos, pois já admitia que coubessem ao subleito as cargas impostas às estradas. Reconheceu também a importância da umidade na capacidade de suporte do subleito e a importância de drená-lo (PREGO, 2001). Napoleão foi um dos que reconheceu a importância econômica e militar das estradas, sendo o atual sistema de rodovias francesas iniciadas no seu império, de 1804 a 1814 (PREGO, 2001). A Inglaterra, observando a forma como eram pavimentadas as estradas francesas, aprimorou e construiu vias mais confortáveis, duráveis e velozes, o que foi importante para o progresso da indústria e comércio do país (BERNUCCI et al., 2006). Aproveitando as práticas feitas na Inglaterra, Escócia, França e de suas próprias experiências em províncias de Portugal, Mascarenhas Neto (1790), superintendente geral das estradas portuguesas, apresenta um Tratado para Construção de Estradas. O mesmo apresenta grande preocupação com diversos aspectos hoje absolutamente importantes de se considerar para uma boa pavimentação, como por exemplo, drenagem e abaulamento, erosão, compactação, sobrecarga e marcação topográfica (BERNUCCI et al., 2006). Na América, a estrada dos Incas, situada no norte do Chile, Equador e Peru foi considerada pelo alemão Alexander Von Humboldt, combinação de cientista e viajante, que durante os anos de 1799 e 1804 realizou expedições científicas por várias partes da América do Sul, como um dos mais brilhantes trabalhos realizados pelo homem, sendo uma das características marcantes a construção acima do nível dos rios, evitando assim inundação e sua danificação (BERNUCCI et al., 2006). Essas estradas se estendiam da Colômbia até o Chile e a Argentina. Sendo duas estradas longitudinais, a andina com 4350 km e a costeira com 3900 km. O etnógrafo americano Von Hagen, em uma expedição de dois anos, estudando esta rede viária, registrou, em 1950, uma extensão aproximada de km, hoje é conhecido que soma km (PREGO, 2001).

12 11 No Brasil, a viagem do Príncipe D. Pedro, do Rio de Janeiro a São Paulo, poucos dias antes de proclamar a independência, é um retrato perfeito de como eram as vias existentes naquela época, veículos com rodas, restringidos às cidades e arredores, e no interior de algumas fazendas. No primeiro Império, as preocupações da Corte com os transportes foram muito pequenas, principalmente os terrestres (PREGO, 2001). Mereceu destaque para Prego (2001), a Estrada da Serra da Estrela, ligando o norte fluminense à cidade de Petrópolis. Construída pelo Barão de Mauá em 1843, já com características exigidas por lei, com largura total de 7,20m e a faixa empedrada com largura de 5,00m, está realizada já no segundo Império. Ainda no segundo Império, antes que as ferrovias colocassem em segundo plano as rodovias, tiveram como destaques, as estradas Dona Francisca, que ligava Joinville à colônia alemã de Rio Negro, Estrada da Graciosa no Paraná e o Caminho do Mar, em São Paulo. O Caminho do Mar é a primeira estrada pavimentada que se tem conhecimento, ligava São Vicente ao Planalto Piratininga, sendo que na região da Serra do Mar essa pavimentação foi feita com lajes de granito, denominada de Calçada do Lorena (Figura 3) em homenagem ao seu idealizador Bernardo José de Lorena, governador da capitania de São Paulo, estando ainda hoje em partes preservada (BERNUCCI et al., 2006). Figura 3 Calçada do Lorena Fonte: Adilson Moralez (2002)

13 PAVIMENTO Pavimento é uma estrutura lançada sobre uma fundação denominada subleito, resultado da terraplenagem para recebimento de camadas com espessuras finitas para resistir e distribuir os esforços verticais, os esforços horizontais sobre a capa de rolamento e proporcionar conforto e segurança para o usuário (BALBO, 2007). O pavimento tem como funções a garantia de conforto no deslocamento do veículo, tornando a superfície mais regular, garantia de segurança com uma superfície mais aderente em dias de pista úmida ou molhada, menor nível de ruído, garantindo conforto ambiental e por conseqüência, com melhor qualidade, resultando em menores custos operacionais e de manutenção dos veículos (BALBO, 2007). A norma brasileira de pavimentação NBR Serviços de Pavimentação da ABNT Associação Brasileira de Normas Técnicas (1990) define: O pavimento é uma estrutura construída sobre o leito natural ou terrapleno de uma via, constituída de uma ou várias camadas, capaz de resistir às tensões geradas pelas cargas dos veículos e pelas variações ambientais, distribuí-las minoradas no subleito, e dar condições de conforto e segurança de rolamento. 4.3 CLASSIFICAÇÃO FUNCIONAL DOS PAVIMENTOS Os pavimentos são classificados em rígidos, flexíveis e existe ainda uma terceira categoria, os semi-rígidos. A classificação dos pavimentos segundo DNIT (2006): Pavimento flexível é aquele em que todas as camadas sofrem deformação elástica significativa sob o carregamento aplicado e, portanto, as tensões são distribuídas em parcelas adequadas entre as camadas. Exemplo típico: pavimento constituído por uma base de brita (brita graduada, macadame) ou por uma base de solo pedregulhoso, revestida por uma camada asfáltica.

14 13 Pavimento rígido é aquele em que o revestimento tem uma elevada rigidez em relação às camadas inferiores e, portanto, absorve praticamente todas as tensões provenientes do carregamento aplicado. Exemplo típico: pavimento constituído por lajes de concreto de cimento Portland. Pavimento semi-rígido: caracteriza-se por uma base cimentada por algum aglutinante com propriedades cimentícias como, por exemplo, por uma camada de solo cimento revestida por uma camada asfáltica. 4.4 ESTRUTURA DOS PAVIMENTOS Em termos gerais, a infra-estrutura dos pavimentos é constituída pela conjugação de diferentes camadas estruturais com determinadas propriedades mecânicas, em função dos esforços e cargas externas atuantes, e que devem ser garantidas durante toda a vida útil da obra. A estrutura do pavimento é dividida nas seguintes camadas: revestimento ou capa de rolamento, base, sub-base, reforço de subleito e subleito (Figura 4). Existe ainda a regularização do subleito, que para alguns autores é considerado como outra camada (SENÇO, 1997). Figura 4 - Camadas dos Pavimentos Fonte: Prof. Geraldo Luciano de Oliveira Marques (2010) Na seqüência, essas camadas serão descritas detalhadamente.

15 Subleito O subleito é o terreno de fundação do pavimento. No subleito os esforços exercidos sobre a sua superfície são aliviados em sua profundidade (geralmente dispersam-se no primeiro metro). Devendo-se ter maior cuidado com seus estratos superiores na hora da sua manutenção, onde os esforços solicitantes atuam com maior magnitude. O subleito é constituído por solo natural consolidado e compactado, em cortes, ou por um material transportado e compactado, no caso de aterros (BALBO, 2007) Caracterização do subleito O subleito deve ser identificado de maneira a ser classificado, para isto deverá ser efetuado ensaios de caracterização física e mecânica (SENÇO, 1997). Na caracterização física, as propriedades das partículas sólidas, tais como forma dos grãos e granulometria, antes e após a compactação e a composição de porcentagem de indesejáveis são determinadas através dos ensaios de análise granulométrica e o equivalente de areia (SENÇO, 1997). A granulometria determina as porcentagens relativas das frações (pedregulhos, areia, silte, e argila), que compõem o solo e permitem a obtenção da curva de distribuição, já o equivalente de areia, procura determinar a pureza de um solo em relação à porcentagem de argila que ele contém; limites de consistência, relacionados à presença da água (limite de liquidez, limite de plasticidade e limite de contração); massa específica e densidade (SENÇO, 1997).

16 Regularização do subleito A regularização do subleito, também chamada de preparo para o subleito, é uma camada de espessura variável, construída sobre o subleito, destinada a conformá-lo, transversal e longitudinalmente, de acordo com o projeto geométrico (SENÇO, 1997). Deve ser executada preferencialmente em aterros evitando cortes em materiais já compactados pelo tráfego de anos e a substituição de uma camada já compactada naturalmente por outra a ser compactada. A preparação do subleito pode comprometer todo o trabalho de pavimentação, caso não seja executado corretamente, principalmente com relação ao grau de compactação exigido (SENÇO, 1997). Segundo definição do antigo Departamento Nacional de Estradas de Rodagem (1997), na especificação de serviço DNER-ES 299/97, a regularização do subleito é a operação destinada a conformar o leito estradal, quando necessário, transversal e longitudinalmente, compreendendo cortes ou aterros de até 20 centímetros de espessura e de acordo com os perfis transversais e longitudinais indicados no projeto Reforço do subleito O reforço do subleito é uma camada de espessura constante, construída quando necessário, fazendo parte da estrutura do pavimento, esta camada é executada acima da regularização do subleito, com características físicas e mecânicas superiores ao subleito e inferiores à camada superior (sub-base). Como o reforço do subleito faz parte da estrutura do pavimento ele vai receber esforço, resistir e distribuir esforços verticais, não absorvendo definitivamente estes esforços, pois a absorção definitiva é característica do subleito (SENÇO, 1997).

17 Materiais do reforço do subleito Os materiais utilizados para reforço do subleito são divididos em cimentados (solo melhorado com cimento e solo cal), granulares e solos (solo arenoso, solo argiloso, solo laterítico, solo saprolítico, solo brita ou agregado e agregado reciclado) (BALBO, 2007). O antigo DNER (1997), na especificação do serviço DNER-ES 300/97, indica que os materiais constituintes do reforço do subleito são solos ou mistura de solos existentes, de qualidade superior à do subleito Sub-base A sub-base é uma camada da estrutura do pavimento que se situa entre o reforço do subleito e a base, suas características tecnológicas são superiores ao material do reforço do subleito e inferiores ao material da base, com exceção nos pavimentos de estrutura invertida, ela somente é executada quando por circunstancias técnicas e econômicas não for aconselhável a utilização da base diretamente sobre o reforço ou direto no subleito (SENÇO, 1997). como: A sub-base, além de funções estruturais, apresenta outras secundárias Prevenir a intrusão ou bombeamento do solo (que depende da freqüência de cargas pesadas, presença de solo de granulometria fina que possa ser carregado pela água e presença de água livre no pavimento, geralmente oriunda de infiltrações) do subleito na base, levando o pavimento à ruína; Prevenir o acúmulo de água livre no pavimento; e Proporcionar uma plataforma de trabalho para os equipamentos pesados utilizados na fase de construção do pavimento.

18 17 A sub-base deve ter: estabilidade, capacidade de suporte, ótima capacidade drenante e reduzida suscetibilidade às variações volumétricas (SENÇO, 1997) Materiais da sub-base Os materiais utilizados na sub-base são divididos em cimentados (brita graduada tratada com cimento, solo cimento e solo cal); granulares (bica corrida, brita graduada, macadame, solo arenoso, solo argiloso, solo laterítico, solo saprolítico, solo brita e agregado reciclado) e asfálticos (macadame betuminoso, solo betume e concreto asfáltico) (BALBO, 2007) Base A base tem a finalidade de resistir aos esforços verticais provenientes do tráfego e distribuí-los, esta imediatamente inferior ao revestimento, sendo esta camada a mais importante. Dividem-se em bases rígidas e flexíveis (SENÇO, 1997). Segundo Hunter (1994) e Coronado (2002), a base é a camada importante do pavimento flexível. E tem como finalidade distribuir as cargas aplicadas na superfície, para não exceder a capacidade de suporte do subleito. Para que isso seja possível deve apresentar características determinadas para as bases de pavimento. Por outro lado, Pinto e Preussler (2001), também indicam que a base deve reduzir as tensões de compressão no subleito e na sub-base em níveis aceitáveis, ou seja, precisa distribuir as cargas aplicadas na superfície do pavimento para minimizar ou eliminar as deformações de consolidação e cisalhamento no subleito e/ou sub-base. Além disso, deve garantir que a magnitude das tensões de flexão no revestimento não o leve ao trincamento prematuro.

19 Materiais da base Os materiais utilizados na base são divididos em cimentados (brita graduada tratada com cimento, solo cimento e solo cal); granulares (bica corrida, brita graduada, macadame, solo arenoso, solo argiloso, solo laterítico solo saprolítico, solo brita e agregado reciclado), asfálticos (macadame betuminoso, solo betume e concreto asfáltico) e concretos de cimento portland (BALBO, 2007) Revestimento Revestimento é a camada final do pavimento, fica na superfície e recebe diretamente a ação do tráfego. (SENÇO, 1997). É de grande importância que os revestimentos sejam compactados adequadamente durante a construção, evitando-se defeitos posteriores como afundamento nas trilhas de rodas, desagregação e deterioração devido ao excesso de infiltração de água. O revestimento tem a característica de ser o quanto possível impermeável, com a função de melhorar a superfície para proporcionar conforto e segurança, tendo também que resistir ao desgaste, dando assim maior durabilidade à estrutura (SENÇO, 1997). No que diz respeito ao dimensionamento, a espessura da camada de revestimento geralmente é adotada em função de critérios próprios ou em função do tráfego de projeto. Para vias simples espessura de 3 a 5 cm e para rodovias entre 7,5 e 10,0 cm são as mais utilizadas (SENÇO, 1997). Segundo Senço (1997), o revestimento é a camada mais nobre do pavimento, sendo necessários ensaios de caracterização e controle (Penetração; Viscosidade; Ductilidade; Resistência à água; Determinação do PH; Ponto de amolecimento; Ponto de fulgor; Destilação dos asfaltos diluídos; Ruptura das emulsões asfálticas; Resíduo das destilações) quando da sua execução.

20 19 O revestimento deverá, dentre outras funções, receber as cargas estáticas ou dinâmicas sem sofrer por si só grandes deformações ou desagregação de componentes ou ainda perda de compactação, devendo, portanto ser composto de materiais bem aglutinados ou dispostos de maneira a evitar sua movimentação horizontal (BALBO, 2007) Materiais do revestimento Os materiais utilizados no revestimento são divididos em granulares, (tratamento primário de brita ou cascalho sem controle de granulometria), asfálticos (pré misturas a quente ou a frio, concreto asfáltico, camada porosa de atrito e lama asfáltica) e concretos de cimento portland (concretos em geral, blocos pré-moldados de concreto e placas de concreto pré-moldado) (BALBO, 2007) Tipos de revestimento Segundo Senço (1997) existem dois tipos de revestimento (capa), o revestimento rígido e o flexível. O revestimento rígido é constituído pelos mesmos materiais das bases rígidas, com condições de resistir aos esforços horizontais e distribuir esforços verticais à sub-base. Os paralelepípedos rejuntados com argamassa de cimento e areia tornamse rígidos, sendo classificados como tal. Nos primeiros tempos da pavimentação, este tipo de revestimento foi muito utilizado, posteriormente sendo inteiramente eliminado dos projetos pela utilização dos revestimentos flexíveis. Mas, as atuais circunstâncias exigem o retorno à utilização desses revestimentos rígidos, no mínimo como uma opção viável essencialmente pelos fatores custo e durabilidade (SENÇO, 1997).

21 20 O outro tipo de revestimento é o flexível, no qual é utilizado como aglutinante o betume (asfalto, alcatrão). Atualmente, o concreto de cimento asfáltico tem sido mais utilizado pelos projetistas e construtores (SENÇO, 1997). 4.5 MANUTENÇÃO DE VIAS Os pavimentos viários se deterioram com o passar do tempo, pois sofrem ação do tráfego e do clima, principalmente os pavimentos flexíveis que são revestidos com misturas asfálticas, sendo mais suscetíveis para surgimento de defeitos, que se agravam com o passar do tempo (BALBO, 1997). A execução uma manutenção preventiva ou a correção dos defeitos que surgem, certamente aumentará o tempo de vida útil do pavimento, sendo que não adianta executar um pavimento com todo o controle tecnológico e técnicas de ponta se não houver uma manutenção planejada (Figura 5) na via em questão (BALBO, 1997). As manutenções podem ser corretivas ou preventivas, tendo-se serviços considerados como de rotina que se enquadram como corretivo ou preventivo e a manutenção periódica que é a mesma que manutenção preventiva (BALBO, 1997). Figura 5 Manutenção de via Fonte: João Fernandes (2010)

22 21 Uma observação importante é a definição da atividade de restauração e conservação, pois na conservação, a principal finalidade é preservar o pavimento existente para atender o carregamento previsto inicialmente, e na restauração, a intenção é aumentar a vida de serviço da rodovia, para suportar uma nova solicitação do tráfego (BALBO, 1997). Existem vários tipos de serviços de manutenção, a Tabela 1 ilustra os tipos de manutenção que o Banco Mundial adota (BALBO, 1997). Tabela 1: Tipos de Serviços de Manutenção pelo Banco Mundial: Tipo de intervenção Definição Manutenção de rotina Reparos localizados em pavimentos; limpeza, remoção de detritos, terra ou neve. Manutenção periódica Atividades relacionadas ao melhoramento de condições superficiais, com vistas à preservação da integridade estrutural e da qualidade de rolamento (com uso de reforços esbeltos em concreto asfáltico, tratamento superficial, lama asfáltica ou ainda banhos selantes). Reabilitação Reparos seletivos, reforços estruturais ou aplicação de camadas de regularização com a finalidade de restaurar a capacidade estrutural do pavimento ou a qualidade de rolamento. Reconstrução Restauração Melhoramento Renovação da estrutura de pavimento com remoção da estrutura danificada como resultado de negligência prolongada que resulta na impossibilidade de reabilitar o pavimento. Quando um mesmo projeto de serviços de reabilitação e de reconstrução são contemplados simultaneamente. Quando além das atividades relacionadas às anteriores são presentes. O projeto contempla também serviços de duplicação, melhorias de traçado, ampliação, etc, exigindo a construção de novos pavimentos. Fonte: Balbo (1997) Recapeamento Quando da constatação do comprometimento estrutural do pavimento flexível, ou do eminente aumento de tráfego, a restauração ou reforço da via através

23 22 da utilização da técnica de incorporação de novas camadas (recapeamento) à estrutura e/ou a utilização da reciclagem como tratamento de camadas existentes, são as alternativas empregadas (BERNUCCI et al., 2006). 4.6 PROPRIEDADES FÍSICAS DO MATERIAL PARA BASE E SUB-BASE Na caracterização física, as propriedades das partículas sólidas são determinadas através dos ensaios de análise granulométrica que determinam a porcentagem relativa das frações (pedregulhos, areia, silte, e argila) que compõem o solo e permitem a obtenção da curva de distribuição, o equivalente de areia que procura determinar a pureza de um solo em relação à porcentagem de argila que ele contém, limites de consistência relacionada à presença da água (limite de liquidez, limite de plasticidade e limite de contração), pois só com a granulometria não se consegue ter uma noção exata do comportamento das partículas, massa específica e densidade (SENÇO, 1997). 4.7 PROPRIEDADES MECÂNICAS DO MATERIAL PARA BASE E SUB- BASE Utilizam-se no país especialmente dois parâmetros para caracterização mecânica no dimensionamento de estruturas de pavimentos, que são Índice de Suporte Califórnia (ISC), usado no dimensionamento convencional do DNER; e Módulo de Resiliência (MR) usado na Mecânica dos Pavimentos (BERNUCCI et al., 2006). O ensaio para a determinação do Índice de Suporte Califórnia (ISC) em português ou California Bearing Ratio (CBR) em inglês, foi idealizado no final da década de 1920 para medir o potencial de ruptura da base, pois era o defeito mais freqüente nas rodovias do estado da Califórnia naquele período. O ensaio tinha como objetivo avaliar a resistência do material frente a deslocamentos significativos,

24 23 sendo obtida por meio de ensaio penetrométrico em laboratório (BERNUCCI et al., 2006). Os melhores materiais granulares de bases de pavimentos com bom desempenho na época da pesquisa de campo californiana e a média de resistência à penetração no ensaio ISC, ficaram estabelecidos como sendo os valores de referência ou padrão, equivalente a 100% (BERNUCCI et al., 2006). A resistência ou capacidade de suporte ISC foi correlacionada empiricamente com o desempenho das estruturas levando a um método de dimensionamento de pavimentos que fixa espessuras mínimas da estrutura dependendo do índice de suporte do subleito, de modo a limitar tensões e protegê-lo da ruptura. Este método serviu como referencial para o desenvolvimento do método brasileiro do DNER 1966 (última versão revisada e publicada em 1981) (BERNUCCI et al., 2006). A resistência no ensaio ISC é uma resposta que combina indiretamente a coesão com o ângulo de atrito do material. O ISC é expresso em porcentagem, sendo definido como a relação entre a pressão necessária para produzir uma penetração de um pistão num corpo-de-prova de solo ou material granular e a pressão necessária para produzir a mesma penetração no material padrão referencial (BERNUCCI et al., 2006). etapas: Segundo a norma DNER-ES 300/97, o ensaio ISC consiste nas seguintes Molda-se o corpo-de-prova com solo ou material passante na peneira 3/4, compactado na massa específica e umidade de projeto, em um molde cilíndrico de 150 mm de diâmetro e 125 mm de altura, provido de um anel complementar de extensão com 50 mm de altura (Figura 6);

25 24 Figura 6 Compactação do corpo de prova Fonte: (BERNUCCI et al., 2006). Imerge-se o cilindro com a amostra compactada dentro, em um depósito cheio d água, durante quatro dias. Durante todo o período de imersão é empregada uma sobrecarga-padrão de 4,54kg sobre o corpo-de-prova, que corresponde a 2,5cm de espessura de pavimento sobre o material. Fazem-se leituras por meio de um extensômetro, a cada 24 horas, calculando-se a expansão axial do material em relação à altura inicial do corpo-de-prova (Figura 7); e Figura 7 Imersão dos corpos-de-prova em água para medida de expansão axial Fonte: (BERNUCCI et al., 2006).

26 25 Faz-se a penetração do corpo-de-prova através do puncionamento na face superior da amostra por um pistão com aproximadamente 50 mm de diâmetro, sob uma velocidade de penetração de 1,25 mm/min. (Figura 8). Anotam-se, ou registram-se no caso de equipamento automatizado, as pressões do pistão e os deslocamentos correspondentes, de forma a possibilitar a plotagem de uma curva pressão-penetração, na qual se definem os valores de pressão correspondentes a 2,54 mm (P 0,1 ) e 5,08mm (P 0,2 ). Estas curvas de pressão-penetração devem possuir um primeiro trecho praticamente retilíneo, característico de fase elástica, seguido de um trecho curvo, característico de fase plástica. Uma inflexão no início da curva tem significado de problemas técnicos de ensaio e essas curvas devem ser corrigidas. Figura 8 Ensaio penetrométrico Fonte: (BERNUCCI et al., 2006). O ISC é calculado para as penetrações de 2,54mm e 5,08mm seguindo as equações 1 e 2. 0,1" ISC 0,1" P 100 (equação 1) 70 0,2" ISC 0,2" P 100 (equação 2) 105

27 26 Onde: P 0,1 = pressão correspondente à penetração de 2,54mm (ou 0,1 ) em kgf/cm 2 P 0,2 = pressão correspondente à penetração de 5,08mm (ou 0,2 ) em kgf/cm 2 Nas equações 1 e 2, os valores 70 e 105 correspondem, respectivamente, aos valores de pressão padrão do material de referência à penetração de 0,1 e 0,2. O ISC é o maior valor entre os dois calculados ISC 0,1 e ISC 0,2 (BERNUCCI et al., 2006). 4.8 ESTABILIZAÇÃO DE SOLOS Geralmente o solo é considerado como o material de construção civil mais comum e de maior abundância na crosta terrestre. Pode fazer parte do subleito, subbase, por vezes da base e até do revestimento primário. Quando suas características não apresentam total ou parcialmente os requisitos exigidos o engenheiro deve adotar uma das seguintes atitudes (MEDINA, 1997): Evitar ou contornar o terreno mau; Remover o solo ruim e substituí-lo por outro de qualidade superior; Projetar a obra para situação de terreno de fundação má (conviver com a situação difícil); e Estabilizar o solo existente. Estabilizar um solo, para fins rodoviários, consiste em fazer alterações de qualquer uma de suas propriedades, de forma a melhorar seu comportamento sob o ponto de vista da engenharia. Realizando em um tratamento artificial, por um processo físico, químico ou físico-químico, tornando o solo estável para os limites de sua utilização, e ainda fazendo com que a estabilização permaneça sob a ação de cargas exteriores e também sob ações climáticas variáveis (SOLIZ, 2007). Segundo Soliz (2007), as propriedades de engenharia que se visa modificar na estabilização de um solo são:

28 27 Resistência ao cisalhamento, tornando-a menos sensível às mudanças ambientais, principalmente à umidade, além de torná-la compatível com as cargas que a estrutura vai absorver; Permeabilidade, aumentando-a ou diminuindo-a; Compressibilidade, reduzindo-a. Destacam-se três métodos de estabilização de solos: físico (granulometria), mecânico (compactação) e químico (aditivos), podendo ser adaptados e combinados para a solução de um problema (SOLIZ, 2007) Estabilização granulométrica Conforme definição do DNIT (2009), estabilização granulométrica consiste na melhoria da capacidade resistente de materiais in natura ou mistura de materiais, essas camadas são sempre flexíveis e estabilizadas granulometricamente pela compactação dos materiais ou misturas de materiais. São camadas constituídas por solos, britas de rochas ou de escórias de alto forno, ou ainda, pela mistura desses materiais, que apresentem uma granulometria apropriada e com índices geotécnicos específicos, fixados em especificações. Se os materiais são provenientes de jazidas (ex: cascalho, saibros, etc.) tem-se o caso de utilização de materiais naturais (solo in natura). Já quando se utiliza uma mistura de material natural e pedra britada têm-se as sub-bases e bases de solo-brita. E na utilização exclusivamente de produtos de britagem têm-se as subbases e bases de brita graduada ou de brita corrida adequadas de estabilidade e durabilidade (DNIT, 2009). A estabilização granulométrica incide na melhoria das propriedades de um solo, tendo como principio a correção de sua curva granulométrica, fazendo com que se tenha uma maior variedade de dimensões das partículas constituintes deste, diminuindo, assim, o volume de vazios. Esse processo consiste na mistura e compactação dos materiais naturais, nas proporções corretas, de modo a conferir ao

29 28 solo melhores propriedades para aplicação rodoviária (CAVALCANTE; BARROSO, 2009). A estabilização é maior para distribuições granulométricas que proporcionem uma máxima densificação, através do preenchimento, por grãos menores, dos vazios existentes entre os grãos maiores, mas sem que seja perdido o contato entre eles (SANTANNA, 1998). Na maioria das vezes não é possível a utilização do solo local, mas dispõese de solos onde predominam pedregulhos, areias ou siltes e argilas. Assim, é necessária a composição artificial de solo estabilizado, usando a proporção adequada de cada um deles e sua mistura, a fim de obter a granulometria final desejada (VARGAS, 1977) Estabilização mecânica Segundo Hilf (1975), a compactação serve como forma de redução do volume de vazios, fazendo com que as partículas menores preencham os espaços existentes entre as maiores, conferindo ao solo, maior resistência, menor permeabilidade e principalmente maior estabilidade. No Brasil, as energias utilizadas para a compactação de solos em obras rodoviárias, são determinadas pelo Departamento Nacional de Infra-Estrutura e Transportes (DNIT). São utilizadas três energias: normal (12 golpes), intermediária (26 golpes) e modificada (55 golpes). Há ainda uma quarta energia que foi aplicada no Ceará em obras realizadas pelo Departamento de Edificações e Rodovias (DER), denominada de intermodificada (39 golpes), sendo sua intensidade situada entre as energias intermediária e modificada (CAVALCANTE; BARROSO, 2009). Essa energia intermodificada tem sido aplicada para a compactação de materiais que, com a utilização da energia intermediária, não atenderam às especificações exigidas pelo DNIT, no que se refere ao valor do Índice de Suporte Califórnia (CBR). E a utilização de uma energia maior (modificada) para alguns materiais poderia descaracterizar o solo, ocasionando modificação na sua

30 29 granulometria pela quebra de grãos e diminuindo sua resistência (CAVALCANTE; BARROSO, 2009) Estabilização química A estabilização química de um solo refere-se às alterações produzidas na sua estrutura pela inserção de uma quantidade de aditivo químico, suficiente para melhorar as propriedades físicas e mecânicas do solo, possibilitando o seu emprego para fins de projeto. Existem muitos aditivos químicos utilizados como estabilizante de solos, desde produtos industrializados, até subprodutos ou resíduos industriais (FRANÇA, 2003). A estabilização química pode modificar as propriedades do solo por meio de reações de cimentação entre os grãos e os produtos adicionados e, assim, resultar na formação de novos materiais (FRANCO, 2007). Dentre os produtos químicos mais comumente empregados na estabilização de solos, ressalta-se o cimento, a cal, produtos de escórias de alto forno, cinza volante, materiais asfálticos, ácido fosfórico, cloretos de cálcio e de sódio, e ainda o sulfonato de lignina (MACÊDO, 2004). 4.9 BASE DE PAVIMENTO COMPOSTA POR MATERIAL REAPROVEITA- DO A utilização de materiais reciclados em pavimentação teve um grande aumento nos últimos anos. Os agregados reciclados de resíduos sólidos de construção civil e de demolição são empregados em reforços do subleito ou subbases e também em base desde que atendam as especificações da norma ABNT (2004). O material reaproveitado será utilizado principalmente em vias urbanas. Outro tipo de material que vem sendo explorado nos locais próximos a siderúrgicas são as escórias de alto-forno e as de aciaria (BERNUCCI et al., 2006).

31 Fresagem e utilização do material fresado A fresagem é a técnica de desbaste da superfície do pavimento, que pode ser executada a quente ou a frio. Na fresagem a frio ocorre a quebra de partes dos agregados, perdendo a granulometria inicial. Já a fresagem a quente não tem grande quebra dos agregados, não tendo alteração significativa na granulometria do material (BONFIM, 2007). Quanto aos tipos de fresagem segundo Bonfim (2007), vários autores tem divergências quanto à classificação e utilização, mas pode ser resumida, em função de sua profundidade e rugosidade resultante na pista. Desta forma classifica-se a fresagem com relação à espessura de corte, podendo ser superficial, rasa ou profunda, e também quanto à rugosidade resultante na pista, podendo ser fresagem padrão, fresagem fina e microfresagem. A utilização da fresagem tem fundamental importância nos serviços de manutenção e restauração de pavimento por ser prática e ter rapidez, e também por possibilitar fazer reparos em pontos localizados. Bonfim (2007) cita outros fatores importantes que as fresagens propiciam que são a manutenção do greide original da pista, execução de remendo sem desnível nas emendas, correção ou alteração da inclinação da pista para encaminhamento das águas para os dispositivos de drenagem e manutenção dos níveis dos tampões de ferros e outras interferências, principalmente nos pavimentos de cidades. Com a crescente utilização de fresadoras de pavimentos (Figura 9), a quantidade de materiais para reutilização esta aumentando, principalmente em regiões urbanas. Para a perfeita utilização deste material, é preciso saber sua origem e também de qual forma está empilhado ou depositado, estas informações ajudarão para determinar os projetos de misturas (BONFIM, 2007). O material fresado pode ser aplicado na base e sub-base e também no revestimento do pavimento.

32 31 Figura 9 Fresagem do pavimento asfáltico Fonte: insttale (2010) Extração de asfalto A extração de asfalto é feita para a determinação do teor de ligante segundo dos métodos ASTM D /81 e DNER-ME 53/94, com o uso do refluxo (soxhlet) e do rotarex, respectivamente. O método da ASTM D-2172/81 (soxhlet) (Figura 10), consiste basicamente na retirada do betume através de sua dissolução em solvente, com pouca perda de material fino. Figura 10 Extrator de betume por refluxo duplo Fonte: contenco (2010)

33 32 Já o método do DNER-ME 53/94 (rotarex) (Figura 11), também extrai o betume através da dissolução em solvente, mas com significativa perda de material fino. Figura 11 Rotarex Fonte: contenco (2010) A interpretação deste ensaio é importante porque além de definir qual é o betume existente, dá uma idéia da curva granulométrica, pois estudos realizados constataram que a fresagem provoca um deslocamento das mesmas se comparadas às respectivas curvas originais. As curvas do material fresado com extração de betume deslocam-se para cima, representando um material mais fino. Já com os materiais sem extração de betume ocorre o inverso (BONFIM, 2000). 5 METODOLOGIA A metodologia adotada na pesquisa foi composta pela seqüência apresentada a seguir: 5.1 COLETA, ESTOCAGEM E PREPARO DO MATERIAL O material fresado do pavimento era constituído de partículas envolvidas ou não por material betuminoso através da desagregação.

34 33 A coleta do material foi feita diretamente no local em que se deu a fresagem, Rua Francisco Miquelloto, Cidade Industrial, Curitiba PR., evitando assim a coleta em depósitos, as amostras foram de uma única fonte, mantendo suas características até o fim do experimento. A quantidade de materiais para execução de todos os ensaios pertinentes a pesquisa, em massa, foi de aproximadamente 200 kg, e foram acondicionados em sacos de ráfia, transportados do local de fresagem até o laboratório da Universidade Positivo. O cimento e a brita que foram utilizados nos ensaios foram disponibilizados pelo laboratório da Universidade Positivo. 5.2 EXTRAÇÃO DE ASFALTO Inicialmente a extração de asfalto para a determinação do teor de ligante foi realizada através de dois procedimentos diferentes, soxhlet e rotarex, atendendo os seguintes métodos, ASTM D-2172/81 e DNER-ME 53/94, respectivamente. Esta extração inicial foi feita para se conhecer as massas das amostras antes e depois da extração do betume, pois o teor de betume é a relação entres as massas da amostra antes de depois de sua extração. Foi feita também uma extração de betume utilizando uma betoneira e gasolina como solvente para obter uma quantidade significativa de material sem betume para fazer os ensaios de compactação e do CBR.

35 CARACTERIZAÇÃO DO MATERIAL FRESADO Ensaio de Caracterização dos Agregados Para reconhecimento e identificação do material que foi estudado, inicialmente foram executados ensaios de caracterização física, que são: - Ensaio granulométrico: necessário para se conhecer o tamanho das partículas bem como suas porcentagens de ocorrência. Como resultado, foi obtido a curva granulométrica. Para elaboração deste ensaio, foram necessárias três amostras distintas para obter uma curva média do material estudado que foram quarteadas (Figura 12) e peneiradas utilizando as peneiras estipuladas pela norma DNER-ME 080/94 - Solos Análise granulométrica por peneiramento (Figura 13). Figura 12 Quarteamento

36 35 Figura 13 Conjunto de peneiras Os ensaios de granulometria foram executados para o material fresado sem extração de betume e para o material com a extração. Como não atendeu às características granulométricas após ter sido submetido à fresagem, este material teve que ser estabilizado granulometricamente com material virgem, para se tornar adequado para a utilização em base e sub-base de pavimentos. - Ensaio para determinação do índice de forma: O índice de forma foi executado utilizando o método do paquímetro seguindo a norma ABNT NBR 7809:2006. Agregado graúdo Determinação do índice de forma pelo método do paquímetro, que consiste na secagem da amostra com massa de 5,0 kg em estufa a 105 ºC. Após este procedimento realizou-se o fracionamento deste material com a utilização de peneiras de séries normal e intermediária. Foram desprezadas as frações passantes na peneira 3/8 (9,5mm) e aquelas cujas porcentagens retidas individuais, em massa, foram iguais ou menores que 5%, assim obteve-se uma quantidade de grãos para análise.

37 36 Com o paquímetro foi efetuada a medida do comprimento (maior dimensão possível de ser medida em qualquer direção) e da espessura (menor distância possível entre planos paralelos entre si em qualquer direção) de cada um dos grãos escolhidos. O índice de forma é dado pela média das relações entre o comprimento e a espessura de todos os grãos medidos (DNIT, 2006). O índice de forma é necessário para analisar se o material estudado tinha forma dentro da especificação para bases granulares, ou seja, preferencialmente com boa cubicidade, não podendo o resultado final ter forma lamelar conforme Tabela 2. Tabela 2: Tabela de classificação do índice de forma: Índice de forma Tabela de Classificação Média das Relações b/a e c/b b/a > 0,5 e c/b > 0,5 b/a < 0,5 e c/b > 0,5 b/a > 0,5 e c/b < 0,5 b/a < 0,5 e c/b < 0,5 Classificação da Forma Cúbica Alongada Lamelar Alongada-lamelar (a) Comprimento, (b) largura e (c) espessura Fonte: Bernucci (2006) - Ensaio para determinação da massa específica seca: Segundo Pinto (2000), as relações entre quantidade de massa do agregado e volume são denominadas massas específicas, estão geralmente em unidades de t/m 3, kg/dm 3 ou g/cm 3 e quando estas relações estão em pesos e volumes são denominados pesos específicos e expressos geralmente em KN/m 3. A relação entre os valores numéricos que expressam as duas grandezas é constante. A massa especifica pode ser aparente ou real. A determinação da massa especifica foi necessária para todos os passos na execução dos ensaios de compactação.

38 PROJETO DE MISTURA Estabilidade Granulométrica De posse da granulometria, foi possível identificar se o material se encontrava dentro de uma faixa C (faixa determinada pelo DNIT onde os materiais devem se enquadrar granulometricamente) para bases granulares, conforme especificação do DNIT. Como o mesmo se encontrou fora da faixa houve a necessidade de correção. A mesma foi realizada através do método gráfico de Rothfucs. O método gráfico de Rothfuchs, também conhecido como método das áreas balanceadas, consiste em determinar as porcentagens a serem empregadas de cada material pertencente a uma curva granulométrica do gráfico. Em síntese geral, o método consiste em traçar as curvas granulométricas dos materiais disponíveis para a mistura em um gráfico que tenha sido construído de forma que sua diagonal represente a curva média da faixa especificada (GRECO, 2001). Com a diagonal definida traçam-se as curvas granulométricas dos materiais a serem utilizados para obtenção da granulometria desejada. Cada curva de material é representada por uma reta equivalente, escolhida de forma a minimizar as áreas localizadas entre tal reta e a respectiva curva de origem. Além de se buscar que a área total entre a reta representativa de cada curva e a referida curva seja mínima, o que significa a busca pela máxima aproximação entre retas e respectivas curvas, também se deve buscar balanceamento de áreas, ou seja, as áreas localizadas acima e abaixo de cada curva devem ser mínimas (GRECO, 2001). Uma vez construídas as retas representativas das curvas granulométricas de cada material, seus extremos são interligados através de retas auxiliares. As interseções das retas auxiliares com a diagonal do gráfico (pontos A e B) (Figura 14), que representa a curva granulométrica média da faixa especificada, fornecem as porcentagens a serem empregadas dos materiais disponíveis (GRECO, 2001).

39 38 Figura 14 Exemplo do método gráfico de Rothfuchs - Fonte: UNIPAMPA (2009) Deve-se então verificar, para cada peneira, se as porcentagens indicadas pelo gráfico fornecem uma mistura com distribuição granulométrica dentro da faixa especificada. Este projeto de mistura foi realizado em laboratório para o material fresado (sem extração de betume) Figura 16 e os agregados (material com extração de betume) Figura 15. Figura 15 Projeto Mistura Material sem Betume

40 39 Figura 16 Projeto de Mistura com Betume 5.5 ESTUDO COMPARATIVO DOS PROJETOS DE MISTURA Após a realização dos projetos de misturas do material fresado e dos agregados resultantes da extração de betume, foram feitos estudos comparativos baseados em normas para verificação do desempenho de cada mistura, no que se refere à variação de temperatura, umidade, tráfego e envelhecimento do betume no material fresado. Para isto, foram simuladas em laboratório situações extremas para os materiais (estufa, geladeira e tanque de água) para verificar as condições acima descritas. Este procedimento teve objetivo de verificar a influência do betume (CAP residual) nas características das bases executadas com material fresado. 5.6 PARÂMETROS FUNDAMENTAIS DA ESPECIFICAÇÃO DNIT Para que o material fresado possa ser utilizado como base, após sua caracterização granulométrica, o Departamento Nacional de Infra-estrutura e

41 40 Transporte, através de suas especificações, estabelece parâmetros para que uma camada de base granular apresente um bom desempenho em um pavimento rodoviário. Abaixo seguem especificações e suas recomendações para os diversos serviços, que foram realizados em ensaios de laboratório para verificação se o material objeto de estudo as possuía (SACHET, 2007) Capacidade de suporte adequada às cargas do tráfego Para verificação desta capacidade de suporte, optou-se por efetuar ensaio para a determinação do CBR do material em estudo. Este ensaio foi concebido pelo Departamento de Estradas e Rodagem da Califórnia para avaliar a resistência dos solos. Neste ensaio é medida a resistência a penetração de uma amostra compactada segundo o método Proctor. Este ensaio é composto por etapas, conforme descrito abaixo: a. Inicialmente procede-se a compactação da amostra (Figura 17), utilizando um molde grande (diâmetro de 6, aproximadamente 150 mm) e um soquete, sendo executado em 05 camadas, o número de golpes dependerá da energia de compactação que se quer verificar (Proctor Normal, 12 golpes; Proctor Intermediário, 26 golpes; e Proctor Modificado, 55 golpes), obtendo a curva de compactação. O Proctor Modificado foi o ensaio utilizado para verificação do material estudado, pois o Proctor modificado é utilizado para dimensionar pavimentos para tráfego pesado. b. Para obtenção da curva de expansão, utilizou-se o mesmo corpo de prova, e após sua compactação, colocou-se imerso em água por quatro dias, para medir-se sua expansão. c. Mediu-se a resistência à penetração.

42 41 Figura 17 Compactação da Amostra Esta capacidade é garantida por um CBR 60 (80 com a saturação de quatro dias) sob tráfego leve e CBR 80 (100 com a saturação de quatro dias) sob tráfego pesado. Os ensaios e resultados foram executados e analisados conforme normas a seguir: DNER-ME 049/94 Solos -Determinação do índice de Suporte Califórnia utilizando amostras não trabalhadas. DNER-ME 129/94 - Solos Compactação utilizando amostras não trabalhadas;

43 42 6 APRESENTAÇÃO E ANÁLISE DOS RESULTADOS 6.1 ÍNDICE DE FORMA DO MATERIAL FRESADO O índice de forma é dado pela média das relações entre o comprimento e a espessura de todos os grãos medidos, conforme descrito na metodologia, ficando o material fresado sem extração de betume classificado como material cúbico, de acordo com a Tabela 3. Tabela 3: Índice de forma Comp. (a) (mm) Larg. (b) (mm) Índice de Forma Esp. (c) (mm) b/a média 0,745 0,603 c/b 6.2 TEOR DE BETUME A extração de asfalto para a determinação do teor de ligante foi realizada de acordo com a metodologia das normas ASTM D-2172/81 e DNER-ME 53/94. Sendo os resultados apresentados na Tabela 4 para o método Rotarex (Figura 18) e método Soxhlet (refluxo).

44 43 Figura 18 Extração de Betume Tabela 4: Determinação do teor de betume Determinação do Teor de Betume Ensaio Rotarex / Soxhlet Amostra 01 / Rotarex Amostra 02 / Rotarex Amostra 03 / Soxhlet Peso da amostra ensaiada (g) 799,50 724,00 627,80 Peso da amostra após a extração (g) 759,50 685,00 593,90 Peso do Betume (g) 40,00 39,00 33,90 Teor de Betume (g) 5,0% 5,4% 5,4% Percebeu-se que o percentual de betume por ambos os métodos resultou em valores próximos. Tal fato indica a possibilidade de se trabalhar freqüentemente com o rotarex, uma vez que se trata de uma extração muito mais simples.

45 44 Sendo assim, o valor de 5 a 5,4% é bastante plausível, uma vez que CBUQ s em geral compostos para agregados da região metropolitana de Curitiba tem valor da ordem de 5 a 6% (BONFIM, 2007). 6.3 ESTUDO GRANULOMÉTRICO Material Fresado Obteve-se em laboratório curvas granulométricas do material fresado com e sem a extração do CAP. Tanto os materiais com CAP (Tabela 5 e Figura 19) como os sem CAP (Tabela 6 e Figura 20) não se enquadraram nas faixas granulométricas recomendadas pela norma. Tabela 5: Granulometria do Material Fresado com betume Granulometria - Fresagem Asfáltica com Betume Peso da amostra: Peneiras Composição Média Análise Granulométrica ASTM mm % Passante Distribuição Granulométrica Limites de granulometria Faixa C DNIT % Passante (Limite Inferior) % Passante (Limite Superior) 1'' 19, ,0 100,0 100,0 3/8" 9,500 66,3 50,0 85,0 4 4,750 42,2 35,0 65,0 10 2,000 22,0 25,0 50,0 40 0,420 2,2 15,0 30, ,074 0,0 5,0 15,0

46 45 Figura 19 Curva granulométrica do Material Fresado com o betume Pode-se observar que na fresagem asfáltica sem extração de betume, houve uma deficiência de finos retidos nas peneiras 200 a 10. Tabela 6: Granulometria do Material Fresado sem betume EMPO- Empresa Curitibana de Saneamento e Construção Civil LTDA. Distribuição Granulométrica Peso da amostra: Peneiras Composição Média Análise Granulométrica ASTM mm % Passante Granulometria - Fresagem Asfáltica sem Betume Limites de granulometria Faixa C DNIT % Passante (Limite Inferior) % Passante (Limite Superior) 1'' 25, ,0 100,0 100,0 3/8" 9,500 92,0 50,0 85,0 4 4,750 65,4 35,0 65,0 10 2,000 38,4 25,0 50,0 40 0,420 11,9 15,0 30, ,074 0,8 5,0 15,0

47 46 Figura 20 Curva granulométrica do Material Fresado sem o betume Já na fresagem asfáltica com extração de betume observou-se uma deficiência de finos retidos nas peneiras 200 e 40, houve também falta de partículas graúdas retidas na peneira 3/ Material Virgem (Pó de Pedra - Amostra 01) Para a elaboração do projeto de mistura, foi utilizado inicialmente pó de pedra oriundo de pedreira situada em Quatro Barras na região metropolitana de Curitiba, que se denominou amostra 01. O estudo granulométrico foi realizado de acordo com a norma DNER-ME 080/94 - Solos Análise granulométrica por peneiramento. Os ensaios foram realizados em laboratório para a obtenção da curva granulométrica do material virgem (Tabela 7 e Figura 21), este ensaio foi utilizado para elaboração do projeto de mistura.

48 47 Tabela 7: Granulometria da amostra 01 Granulometria - Pó de Pedra (Amostra 01) Distribuição Granulométrica Ensaio 01 Ensaio 02 Ensaio 03 Peso da amostra: 1,320 1,212 1,178 Média Peneiras Análise Granulométrica Análise Granulométrica Análise Granulométrica ASTM mm Retido Passa % Passante Retido Passa % Passante Retido Passa % Passante % Passante 3/8" 9,500 0,000 1, ,0 0,000 1, ,0 0,000 1, ,0 100,0 4 4,750 0,007 1,313 99,5 0,004 1,208 99,7 0,001 1,177 99,9 99,7 10 2,000 0,444 0,869 65,8 0,397 0,811 66,9 0,397 0,780 66,2 66,3 40 0,425 0,495 0,374 28,3 0,460 0,351 29,0 0,461 0,319 27,1 28, ,075 0,300 0,074 5,6 0,297 0,054 4,5 0,253 0,066 5,6 5,2 Figura 21 Curva granulométrica do Pó de Pedra - Amostra Projeto de Mistura O projeto de mistura teve como finalidade a obtenção de uma material cuja granulometria se enquadrasse na faixa C, através da mistura do fresado com o material virgem (pó de pedra). O projeto de mistura foi elaborado através do Método

49 48 de Rothfuchs, já explicitado na metodologia. A seguir, a Figura 22, apresenta o gráfico de Rothfuchs com destaque para as porcentagens obtidas para a mistura. Figura 22 - Gráfico do Material fresado sem extração de betume e pó de pedra - amostra 01 Como pode se observar no gráfico, o percentual encontrado para o material fresado sem extração de betume foi de 68,59% e para o pó de pedra o percentual foi de 31,41%. Com estes percentuais, os materiais foram misturados e homogeneizados para, então, ser executado o ensaio granulométrico para verificar se esta mistura se enquadrava na Faixa C da Norma, o que não ocorreu como pode ser observado na Tabela 8 e no gráfico da Figura 23.

50 49 Tabela 8: Projeto de mistura com amostra 01 Granulometria - Projeto de Mistura com Amostra 01 Distribuição Granulométrica Composição Média Peso da amostra: Limites de granulometria Faixa C DNIT Peneiras Análise Granulométrica % Passante (Limite Inferior) % Passante (Limite Superior) ASTM mm % Passante 1'' 25, ,0 100,0 100,0 3/8" 9,500 78,4 50,0 85,0 4 4,750 62,8 35,0 65,0 10 2,000 36,7 25,0 50,0 40 0,420 10,9 15,0 30, ,074 1,2 5,0 15,0 Figura 23 Curva granulométrica do Projeto de Mistura Então, como não foi possível o encaixe desta granulometria dentro da faixa especificada, foi feito adição de material virgem pelo Método de tentativa e erro, para se obter uma melhor curva granulométrica que encaixasse o material passante na peneira 200 dentro dos limites estabelecidos em Norma. Isto não aconteceu após várias tentativas, como pode ser observado na Tabela 9 e na Figura 24, esse pó de pedra foi descartado.

51 50 Tabela 9: Projeto de mistura com amostra 01 final Peso da amostra: Peneiras Granulometria Projeto de mistura com Amostra 01 - Final Composição Média Análise Granulométrica ASTM mm % Passante Distribuição Granulométrica Limites de granulometria Faixa C DNIT % Passante (Limite Inferior) % Passante (Limite Superior) 1'' 25,000 99,0 100,0 100,0 3/8" 9,500 80,0 50,0 85,0 4 4,750 64,1 35,0 65,0 10 2,000 49,4 25,0 50,0 40 0,420 14,9 15,0 30, ,074 0,7 5,0 15,0 Figura 24 Curva granulométrica do Projeto de Mistura com amostra 01 final

52 Material Virgem (Pó de Pedra - Amostra 02) Com o pó de pedra (amostra 01) descartado. A solução foi procurar outro material que tivesse uma granulometria mais fina, isto é, que tivesse um maior percentual de material passante na peneira 200, este material foi coletado em uma pedreira na região de Mandirituba também na região metropolitana de Curitiba, que a partir de agora foi denominado pó de pedra (amostra 02). Com este material, foi obtida a curva granulométrica do material virgem (amostra 02) (Tabela 10 e Figura 25). Tabela 10: Granulometria da amostra 02 Granulometria - Pó de Pedra - Amostra 02 Distribuição Granulométrica Ensaio 01 Ensaio 02 Ensaio 03 Peso da amostra: 1,288 1,031 1,096 Média Peneiras Análise Granulométrica Análise Granulométrica Análise Granulométrica ASTM mm Retido Passa % Passante Retido Passa % Passante Retido Passa % Passante % Passante 3/8" 9,500 0,000 1, ,0 0,000 1, ,0 0,000 1, ,0 100,0 4 4,750 0,001 1,287 99,9 0,001 1,030 99,9 0,001 1,095 99,9 99,9 10 2,000 0,115 1,172 91,0 0,110 0,920 89,2 0,129 0,966 88,1 89,5 40 0,425 0,605 0,567 44,0 0,506 0,414 40,2 0,551 0,415 37,8 40, ,075 0,400 0,167 12,98 0,281 0,133 12,93 0,271 0,144 13,1 13,0 Figura 25 Curva granulométrica do Pó de Pedra - Amostra 02

53 52 Este ensaio foi utilizado para elaboração de um novo projeto de mistura para o material fresado sem extração de CAP e pó de pedra (amostra 02) conforme gráfico da Figura 26, onde foi encontrado um percentual de 27,97% de pó de pedra e 72,03% de material fresado. Figura 26 - Gráfico do Material fresado sem extração de betume e pó de pedra amostra 02 Com estes percentuais os materiais foram misturados e homogeneizados para então ser executado o novo ensaio granulométrico para a verificação se esta mistura se enquadrava na Faixa C, o que não foi constatado logo no primeiro momento, sendo necessário adicionar mais pó de pedra pelo método de tentativa e erro para alcançar a faixa granulométrica desejada (Tabela 11 e Figura 27).

54 53 Tabela 11: Projeto de mistura com amostra 02 final Peso da amostra: Peneiras Granulometria - Projeto de Mistura com Amostra 02 - Final EMPO- Empresa Curitibana de Saneamento e Construção Civil LTDA. Distribuição Granulométrica Composição Média Análise Granulométrica ASTM mm % Passante Limites de granulometria Faixa C DNIT % Passante (Limite Inferior) % Passante (Limite Superior) 1'' 25, ,0 100,0 100,0 3/8" 9,500 80,3 50,0 85,0 4 4,750 62,3 35,0 65,0 10 2,000 44,6 25,0 50,0 40 0,425 15,9 15,0 30, ,075 5,3 5,0 15,0 Figura 27 Curva granulométrica do Projeto de Mistura com amostra 02 final

55 54 Então com o pó de pedra da amostra 02 definido como material a ser utilizado. Foi elaborado um projeto de mistura para o material fresado sem o CAP, para isto foi utilizado o ensaio granulométrico do material, onde se obteve a sua curva granulométrica (Tabela 6 e Figura 14), com esta curva e a do pó de pedra (amostra 02) foi elaborado o gráfico do projeto de mistura (Figura 28). Figura 28 - Gráfico do Material fresado sem betume e pó de pedra amostra 02 Com estes percentuais os materiais foram misturados e homogeneizados para então ser executado o novo ensaio granulométrico para a verificação se esta mistura se enquadrava no Faixa C da Norma (Tabela 12 e Figura 29). Tabela 12: Projeto de mistura com material sem betume e amostra 02 Granulometria - Projeto de Mistura Material Fresado sem Betume e amostra 02 - Inicial Peso da amostra: Peneiras Composição Média Análise Granulométrica ASTM mm % Passante Distribuição Granulométrica Limites de granulometria Faixa C DNIT % Passante (Limite Inferior) % Passante (Limite Superior) 1'' 25, ,0 100,0 100,0 3/8" 9,500 92,3 50,0 85,0 4 4,750 66,5 35,0 65,0 10 2,000 33,1 25,0 50,0 40 0,425 10,0 15,0 30, ,075 2,6 5,0 15,0

56 55 Figura 29 Curva granulométrica do Projeto de Mistura com material sem betume e amostra 02 Após análise, este projeto foi corrigido pelo método da tentativa e erro, obtendo-se a granulometria a seguir (Tabela 13 e Figura 30). Tabela 13: Projeto de mistura com material sem betume e amostra 02 final Granulometria - Proj Mistura Material Fresado sem Betume e amostra 02 - Final Peso da amostra: Peneiras Composição Média Análise Granulométrica ASTM mm % Passante Distribuição Granulométrica Limites de granulometria Faixa C DNIT % Passante (Limite Inferior) % Passante (Limite Superior) 1'' 25, ,0 100,0 100,0 3/8" 9,500 80,5 50,0 85,0 4 4,750 64,2 35,0 65,0 10 2,000 41,3 25,0 50,0 40 0,425 16,6 15,0 30, ,075 9,0 5,0 15,0

57 56 Figura 30 Curva granulométrica do Projeto de Mistura com material sem betume e amostra 02 final 6.4 ENSAIOS DE COMPACTAÇÃO E CBR Com o intuito de verificar se o material fresado tem suporte semelhante ao utilizado em camadas de base para pavimentação, foram realizados ensaios de compactação e CBR. Para isto foram moldados corpos de prova para cada composição, em diferentes teores de umidade, para verificar a sua massa específica aparente seca e o CBR que cada amostra atinge.