CONINFRA º CONGRESSO DE INFRAESTRUTURA DE TRANSPORTES (CONINFRA º TRANSPORTATION INFRASTRUCTURE CONFERENCE)

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1 ESTUDO DA RECICLAGEM DE PAVIMENTO FLEXÍVEL NA PISTA EXPERIMENTAL DO DER-SP/MACKENZIE (STUDY OF FLEXIBLE PAVEMENT RECYCLING IN THE DER-SP/MACKENZIE TEST TRACK) 1 RITA MOURA FORTES, Prof. Dr. Univ. Presbiteriana Mackenzie Escola de Engenharia Engenharia Civil. Grupo de pesquisa CNPq Mackenzie Sistemas Viários. São Paulo/Brasil. rmfortes@mackenzie.br. 2 JOÃO VIRGÍLIO MERIGHI, Prof. Dr. Univ. Presbiteriana Mackenzie Escola de Engenharia Engenharia Civil. Grupo de pesquisa CNPq Mackenzie Sistemas Viários. São Paulo/Brasil. jmerighi@terra.com.br 3 MARCUS DOS REIS, Prof. Ms. UNIP - Universidade Paulista Engenharia Civil. Grupo de pesquisa CNPq Mackenzie Sistemas Viários. São Paulo/Brasil. profmarcusdosreis@gmail.com 4 RUBENS CAHIN, Diretor de Planejamento do Departamento de Estradas do Estado de São Paulo - DER-SP. São Paulo/Brasil. rcahin@sp.gov.br 5 CLEITON LUIZ DE SOUZA, Diretor do DER-SP Campinas. São Paulo/Brasil. cleitons@mpc.com.br 6 GILBERTO DE FREITAS, Eng. Diretoria de Obras (DO) sede- DER-SP. São Paulo/Brasil. ggilberto@terra.com.br 7 MARLENE DOS REIS ARAUJO. Diretora da Assessoria de Planejamento do DER-SP. São Paulo/Brasil. mraraujo@sp.gov.br 8 MARIA APARECIDA G. SANI. Eng. do DER-SP DP. São Paulo/Brasil. dp@der.sp.gov.br 9 PAULO CEZAR PIOLTINE. Eng. do DER-SP DP. São Paulo/Brasil. 10 VALTER PRIETO. Eng. do DER-SP DP. São Paulo/Brasil. valterprieto@bol.com.br 11 NATAL TAKASHI ARAKAWA, Diretor do DER São José do Rio DER-SP Preto. dr9-der@der.sp.gov.br 12 MARIO CARLOS CARDOSO, Diretor de Serviço Técnico da 7ª Divisão Regional de Assis (DR.07). st7- der@der.sp.gov.br 13 RONALDO VIZZONI. ABCP - Gerente Nacional de Infraestrutura da Associação Brasileira de Cimento Portland. ronaldo.vizzoni@abcp.org.br 14 GRACIANA FAGUNDES DO NASCIMENTO. ABCP - Associação Brasileira de Cimento Portland. graciana.nascimento@abcp.org.br RESUMO Em 2007 a Universidade Presbiteriana Mackenzie (UPM) e o Departamento de Estradas de Rodagem do Estado de São Paulo (DER-SP) assinaram um convênio para a implantação e implementação de uma pista experimental. O objetivo dessa parceria é de promover o desenvolvimento tecnológico e a busca de novas alternativas para construção de pavimentos, com a possibilidade de se obter em um curto prazo, o desempenho dessas novas tecnologias em escala real. Essa facilidade contempla a investigação de novas tecnologias em diversas disciplinas na área rodoviária como a pavimentação, meio ambiente, pontes e outros componentes viários, envolvendo as mais variadas parcerias para o desenvolvimento dessas áreas, criando-se várias modalidades de patrocinadores, sem nenhum ônus para o DER-SP ou a UPM. Desde então já foram realizadas duas experiências pioneiras, sendo que a primeira estudou o desempenho de diferentes materiais aplicados para a cura de camadas de solo cimento e a segunda é sobre o estudo de reciclagem de pavimento flexível com adição de cimento Portland e também com espuma asfalto, para utilização em camada de base. Neste trabalho é relatado o estudo realizado com adição de cimento Portland. PALAVRAS-CHAVE: Pista experimental. Reciclagem de pavimento. Reciclagem com adição de cimento Portland. Camada de base. ABSTRACT

2 In 2007, Mackenzie Presbyterian University (UPM) and the São Paulo Department of Highways (DOT) (DER-SP) signed an agreement for the establishment and implementation of an experimental test track. The goal of this partnership is to promote technological development and the search for new alternatives for pavements, with the possibility of obtaining a fast response of the performance of these new technologies in real scale. This facility includes research on new technologies in various disciplines in the area as road paving, environment, road bridges and other components, involving a variety of partnerships for the development of these areas, creating various types of sponsors, with no cost for DER-SP or UPM. Since then two pioneering experiments were performed, and the first was a study of the performance from different materials used for curing layers of soil cement and the second was the study of recycling flexible pavement with the addition of Portland cement and also with foam asphalt for use in the base layer. This paper reports the study with the addition of Portland cement. KEY WORDS: Test track. Recycling of pavement. Recycling with the addition of Portland cement. Base course.

3 INTRODUÇÃO O movimento de mercadorias e pessoas é realizado pelo transporte, que impulsiona as relações econômicas e o intercâmbio entre os povos. No Brasil o modal mais utilizado ainda é o rodoviário, que responde por 65% do total de cargas transportadas no país. Segundo a Agência Nacional de Transportes Terrestres (ANTT), o país possui uma malha viária de aproximadamente 1,8 milhões de km de rodovias, com apenas km pavimentados (entre rodovias estaduais e federais), ou seja, somente 8% (DNIT, 2011). Com esse panorama, existem km a serem pavimentados, isso sem se considerar que existe a necessidade de manutenção, recuperação da malha pavimentada uma vez que, ao longo do tempo o pavimento vai perdendo sua capacidade de servir de forma satisfatória o tráfego, devido ao aparecimento de uma série de patologias, podendo ser de origem funcional ou até estrutural, que se não tratadas, evoluem até a incapacitação total do pavimento. Para evitar que a rodovia chegue a esse ponto devem ser feitas manutenções periodicamente, que dependendo de sua gravidade podem ser de rejuvenescimento, reabilitação, ou até reconstrução de um pavimento, garantindo assim o restabelecimento de sua serventia. Neste ano de 2011 está prevista a verba de R$ 17 bilhões para as rodovias federais. Desses, R$ 5 bilhões serão destinados à manutenção de rodovias e R$ 7,5 bilhões para a implantação de novas estradas (DNIT, 2011). A cada dia aumenta a escassez de materiais ou necessidade de preservação de recursos naturais não renováveis que são utilizados na engenharia rodoviária para execução de pavimentos, tais como pedra, areia e solo, pois são extraídos da natureza, causando um impacto ambiental, representando uma das maiores preocupações dos profissionais que atuam nessa área, uma vez que, ainda que no momento exista uma grande quantidade de jazidas, observa-se gradativamente a dificuldade para obtenção de novas áreas licenciadas ou de novas autorizações que atendam a demanda atual. As questões ambientais abarcam um universo mais amplo, que vai além da consideração somente dos impactos causados na fauna e na flora, mas também estabelece a seleção e preservação de matérias-primas naturais, reaproveitamento de materiais, técnicas construtivas, economia de petróleo e energia. Os investimentos em pavimentos, sejam eles novos ou destinados a intervenções de conservação ou recuperação, deverão atender a exigências ecológicas cada dia mais rigorosas, tornando as organizações envolvidas, vulneráveis a sanções de diversas espécies. Dentre essas sanções inclui-se a não liberação de empréstimos ou financiamentos internos e externos, caso não se disponha de uma política de projeto, construção e manutenção definida e adequada à gestão ambiental. Por outro lado, na última Pesquisa CNT de Rodovias de 2010, foram percorridos km de rodovias, observando-se o pavimento, sinalização e geometria da via. 14,7% das rodovias avaliadas foram classificadas como ótimas, 26,5% como boas, 33,4% regulares, 17,4% ruins e 8%, péssimas. Em 2009, a Pesquisa CNT de Rodovias havia analisado km e o percentual de rodovias ótimas foi de 13,5%, 17,5% de boas, 45% regulares, 16,9% ruins e 7,1% péssimas (CNT, 2010). Quanto a classificação dos pavimentos, a figura 1 mostra o quadro de 2009 e 2010.

4 Figura 1. Quadro comparativo da malha rodoviária de 2009 e 2010 (dados extraídos CNT, 2010) No quadro da figura 1 observa-se que a maior porcentagem de rodovias se localiza na região sudeste e talvez por essa razão o estado do pavimento tenha obtido uma porcentagem elevada de ótimo, no entanto na segunda porcentagem na ordem decrescente, destaca-se a região nordeste, onde, embora atualmente estejam sendo construídos trechos novos de pavimentos, apresenta praticamente a sua malha bastante deteriorada. No quadro da malha rodoviária brasileira ainda prevalece a gestão pública e as rodovias sob a chancela federal. Nessa pesquisa denotou-se que as melhores rodovias se encontram na região sudeste, praticamente no Estado de São Paulo sendo que, 54,1% dos pavimentos se apresentaram em estado satisfatório (ótimo ou bom) e 13,1% em estado crítico (ruim ou péssimo), o que é preocupante, pois somente metade da extensão dos pavimentos existentes está em estado aceitável. Com esse quadro fica clara a necessidade de um programa de recuperação. RECICLAGEM DE PAVIMENTOS O pavimento é dimensionado e construído para atender um determinado volume de tráfego apresentando serventia por um determinado período e, ao atingir certa idade, sua capacidade funcional e/ou estrutural pode estar comprometida. Neste momento deve- se fazer o diagnóstico das condições do pavimento existente e definir a melhor técnica de reabilitação. A técnica de reciclagem de pavimentos tem sido muito utilizada em países desenvolvidos, onde seu uso foi iniciado na década de 1915 (TAYLOR apud MOTTA et al., 2002). A utilização da reciclagem a frio de pavimentos teve início no Brasil, na década de 80 com a chegada das primeiras máquinas recicladoras. Foi na Via Anhanguera, rodovia que liga as cidades de São Paulo a Campinas, onde foi executada a primeira reciclagem a frio em uma extensão de 90 km (MELLO; CAMERATO, 1995). Na segunda metade da década de 90, a reciclagem com adição de cimento portland teve início sendo utilizada na recuperação de rodovias e vias urbanas. A partir de 2001 a reciclagem a frio com adição de cimento portland tornou-se uma prática muito comum na área da pavimentação no Brasil.

5 A reciclagem tem sido apontada como a melhor forma de preservar o meio ambiente, preservando materiais virgens, como por exemplo, os agregados. Também possui as seguintes vantagens: redução de energia envolvida no processo de produção de agregados, tempo de execução da obra quando comparado com os processos tradicionais, segurança, na medida em que ocorre uma redução no tempo de execução do serviço (MERIGHI; FORTES, 2005). Também se podem citar os seguintes benefícios: preservação da geometria original da via e dos gabaritos verticais; correção do perfil longitudinal e transversal do pavimento; preservação da integridade das camadas subjacentes; reutilização e conservação de recursos naturais não renováveis; preservação do meio ambiente e redução do volume de bota-fora; melhoria das propriedades físicas do pavimento; melhoria do desempenho funcional e estrutural com prolongamento da vida útil do pavimento; economia de custos em relação aos métodos tradicionais de restauração (BERTHELOT et al., 2005). Com a reciclagem pode haver um reaproveitamento total ou parcial de uma ou mais camadas, com adição ou não de novos materiais, com o objetivo de se construir uma camada com as características de um material novo. Em 2008, Fortes afirmava que no Brasil executava-se algo em torno de 1 milhão a 1,2 milhões de m 3 / ano dos diversos processos de reciclagem profunda de pavimentos. Desses, aproximadamente 60% dos serviços recebem a adição de cimento Portland, 35% apenas uma estabilização granulométrica, e por fim 5% espuma asfáltica. Na grande maioria dos casos, a reciclagem obtém sucesso, os problemas encontrados na reciclagem podem ser divididos em: a) Projeto problemas quanto à concepção, não era a solução adequada pra o problema; b) Drenagem falta ou deficiência de drenagem profunda, gerando um acúmulo de umidade na camada de base reciclada ou nas camadas inferiores; c) Projeto da mistura erros na determinação da granulometria, teores de umidade, etc.; d) Executivos alteração da granulometria, teores de umidade ótima inadequados, qualidade da mistura insatisfatória e problemas na compactação; e) Controles deficiência ou total inexistência dos controles tecnológicos. (FORTES, 2008). PISTA EXPERIMENTAL A primeira pista de testes foi a Bates Experimental Road, construída entre 1922 e 1923, no Estado de Illinois, Estados Unidos da América, pelo Departamento de Estradas de Rodagem (DOT) (MERIGHI, 1999), no entanto a mais conhecida entre nós é a pista do AASHO Road Test ( ) construída pelo Federal Highway Administration (KURT; ZIMMERMAN and FINN, 2004). Em 2001 foi finalizada a construção da pista experimental localizada em Alburn Alabama, EUA. Esta pista é gerenciada pelo NCAT - National Center for Asphalt Technology. Ela possui formato oval com 2700m de extensão e com tráfego e cargas controladas. As seções de teste, com comprimento de 60 m cada, recebem tráfego canalizado à razão de velocidade de aproximadamente 70 km/h (45 mph) (FORTES et al, 2008b). Trilhando esse mesmo caminho, o Departamento de Estradas de Rodagem do Estado de São Paulo- DER SP assinou no dia 20 de setembro de 2007, um convênio com a Universidade Presbiteriana Mackenzie, para a implementação de uma pista experimental como um centro de excelência na

6 geração e desenvolvimento de novas tecnologias de pavimentação. A pista experimental está localizada na Estrada Velha Campinas/São Paulo (SP 332 denominada Rodovia Visconde de Porto Seguro), entre os quilômetros 95,38 e 101,4, trecho localizado entre os bairros Joapiranga e Recreio dos Cafezais, passando em frente ao Colégio Visconde de Porto Seguro, em Valinhos (FORTES et al., 2009a, b, c). Na figura 2 está apresentada uma vista da mesma. Entre os objetivos dessa empreitada podem-se citar o desenvolvimento de novos produtos/tecnologias, pesquisas, os estudos, educação aplicada em construção de rodovias e serviços, usando novas técnicas e materiais; soluções considerando-se o fator custo/benefício em novas construções; elaboração de trabalhos orientados para a solução de problemas e transferência de tecnologia para os profissionais atuantes da área rodoviária. Figura 2. Localização da pista experimental e do trecho da reciclagem Nessa parceria, o Estado desempenha o papel de gestor e fomentador de novas tecnologias e dos saberes. A Iniciativa Privada deve prover a pesquisa para a inovação da tecnologia, divulgando o seu produto e seu know-how e expertise. A Universidade assegura a neutralidade e a credibilidade, com vocação para a pesquisa e transferência de tecnologia. Como retorno, o Estado passa a ter em mãos um estado da arte de cada tecnologia/insumo/equipamento que foi avaliado por dezenas de especialistas no assunto e a possibilidade de gerar/atualizarem normas e procedimentos mais adequados à realidade brasileira e que possam subsidiar com maior eficácia o trabalho dos projetistas.

7 A Universidade cumpre seu papel social, conferindo credibilidade e neutralidade, desenvolvendo, estimulando e transferindo a tecnologia gerada e o setor privado passa a ter acesso em tempo reduzido e a um custo muito baixo a pesquisas, tecnologias, conhecimento e tendências do mercado que por si só poderiam demorar anos para conhecer. Há ainda a se considerar que seu produto é testado e comparado em termos de desempenho com os demais concorrentes, sob a ótica da imparcialidade/credibilidade imposta pela universidade e sob a chancela do Estado enquanto produto. Isso traz uma visibilidade diferenciada: uma vez que a pista experimental é pública, os documentos gerados são disponibilizados a todos, além de servir até como validação de seu produto junto a seus clientes (FORTES et al., 2008a, b). A primeira pesquisa desenvolvida na pista foi o estudo inédito da cura em camadas de solo cimento que ocorreu em 2007, tendo sido construído um trecho com extensão de 400 m, onde foram estabelecidos vários processos de cura para elaboração de recomendações de procedimentos de cura em camadas de solo com cimento (FORTES, 2008b). O segundo projeto experimental foi referente à execução dos serviços de reciclagem de pavimento com cimento e/ou espuma de asfalto, por ser uma tecnologia mais recente e não possuir norma técnica formalizada, mas estar em consonância com os projetos em desenvolvimento pelo Governo do Estado de São Paulo. ESCOPO DA PESQUISA O presente trabalho relata a pesquisa realizada na pista experimental do DER-SP/Mackenzie para o estudo da reciclagem de pavimento flexível. O referido projeto teve como objetivo a execução de sete subtrechos de reciclagem de pavimento com cimento e com espuma de asfalto, por serem tecnologias recentes e não possuírem norma técnica formalizada, mas estarem em consonância com os projetos em desenvolvimento pelo Governo do Estado de São Paulo. Houve a reutilização da própria camada de asfalto existente e da camada de base do pavimento, após adição de alguns agregados e/ou estabilizantes químicos. O trecho se localizava na SP 332 Rodovia Visconde de Porto Seguro, antiga Estrada Velha Campinas - São Paulo, do quilômetro 96,393 ao 97,100 no trecho compreendido entre a estaca ,00m e a 370, entre os Bairros Joapiranga e Recreio dos Cafezais, na cidade de Valinhos (defronte ao Colégio Visconde de Porto Seguro). Inicialmente foi realizada a fresagem de parte do pavimento a ser reciclado para coleta de material para a realização da dosagem. Também foram realizados furos a cada cem metros, alternadamente no eixo de cada faixa, para verificação da estrutura do pavimento existente. Foram realizadas diversas reuniões com a participação das empresas envolvidas nas diferentes atividades, tais como, execução dos trechos, controle tecnológico, projeto, ABCP, etc. além do Comitê de Tecnologia do DER-SP e dos professores da Escola de Engenharia da Universidade Presbiteriana Mackenzie, para o planejamento dessa pesquisa, de toda a parte do projeto, de execução e de controle tecnológico, com criação de grupos para maior detalhamento de cada uma das tarefas.

8 Foram realizados ensaios preliminares com o objetivo de definir parâmetros que para a elaboração do projeto a ser executado; ensaios de acompanhamento da obra, para o controle tecnológico e de qualidade dos serviços realizados e ensaios posteriores, para verificação do desempenho das tecnologias utilizadas. Ensaios Preliminares: foram realizados o ensaio de sondagem de reconhecimento de pavimento; ensaios de dosagem de materiais para reciclagem do pavimento com espuma de asfalto e com adição de cimento portland onde, ao material fresado foram acrescentadas diversas proporções de pedrisco ou pós de pedra, oriundas da Pedreira Basalto 5, de Cimento Portland da Votoran e de CAP 50-70, permitindo assim uma melhor composição da mistura a ser aplicada. No levantamento da camada da base existente entre o Colégio Porto Seguro e o Condomínio Itamaracá, foram encontrados os valores médios de 5 cm de capa asfáltica (CAUQ) e 5 cm de base de macadame hidráulico, estando essa estrutura assentada diretamente no subleito (solo vermelho / arenoso) (figura 3). Os ensaios realizados em janeiro de 2009 revelaram valores de deflexão muito elevados, com valores acima de 200x10-2 mm. Também foi realizado o inventário de superfície (figura 4). O projeto do pavimento sendo que a distribuição dos trechos ficou definida conforme esquema abaixo e/ou definições, após consenso técnico entre o DER/SP, Mackenzie e Empresas Parceiras: 07 trechos de 100 m x 7,50m Capa de 3 cm, com exceção de alguns trechos que receberam espessura de 4 cm. Figura 3. Coleta de materiais e determinação da espessura Na figura 5 está apresentado o esquema da subdivisão dos trechos de reciclagem. Ensaios de acompanhamento da obra, realizados no período do desenvolvimento dos serviços: determinação das deflexões do pavimento pela Viga Benkelman e pelo FWD (figura 6); ensaios da mistura asfáltica usinada (Densidade Aparente pelo Método Marshall / Percentagem de asfalto Análise Granulométrica) (figura7); avaliação Objetiva das superfícies de pavimentos

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