PROJETO DE MISTURA RECICLADA A QUENTE

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1 17 PARTE-III PROJETO DE MISTURA RECICLADA A QUENTE 1. ORIENTAÇÃO GERAL a) Apreciar todas as etapas necessárias ao proporcionamento dos materiais utilizados. b) Seleção do tipo ou grau e quantidade do cimento asfáltico e agente de reciclagem se necessário no projeto final da mistura reciclada. c) Este é um método para reciclagem de misturas a quente usando de 10 a 70% de revestimento asfáltico reutilizável (). d) As usinas convencionais para concreto asfáltico podem usar até 50% de, sem necessidade de um método auxiliar para seu preaquecimento. A faixa mais aconselhável de neste tipo de usina varia entre 10 e 30%. e) As usinas tipo tambor, (Drum mix) pode empregar até 70% do, sendo a faixa recomendada entre 10 e 50%. A orientação geral para o estudo da mistura reciclada está esquematizada no fluxograma da Figura 9. Com os resultados médios de granulometria do agregado proveniente do e as granulometrias do agregado novo e/ou agregado mineral reutilizável (RAM) se determina, por um método de composição granulométrica, a participação de cada agregado na nova mistura. Conhecida a composição da nova mistura e sua curva granulométrica se estima a porcentagem total de asfalto. Conhecendo a viscosidade absoluta do asfalto do, se escolhe o novo tipo de CAP (mais agente de reciclagem, se necessário) para recuperar o asfalto envelhecido, e de forma que o asfalto final preencha os requisitos de qualidade das especificações e atenda às necessidades da mistura. Definidos: agregados e asfalto final para a mistura reciclada, determina-se o teor exato utilizando o método Marshall. 2. CÁLCULO DOS COMPONENTES DA MISTURA RECICLADA 2.1 Generalidades Uma mistura reciclada, esquematizada na Figura 10, está constituída pelos seguintes materiais:

2 Figura 9 18

3 19 1) De revestimento asfáltico velho, constituído por: a) agregado b) asfalto envelhecido 2) De agregados puros, sem mistura com asfalto a) Agregado novo, sem uso b) Agregado proveniente de uma camada de base granular RAM que pode ou não ter sofrido processamento: classificação e rebritagem. Em muitos casos este agregado, RAM, não é empregado. 3) De asfalto novo, com ou sem agente de reciclagem. Figura 10

4 Cálculo da porcentagem do asfalto do na mistura final % ASF M : % de asfalto na mistura, estimada pela fórmula P = 0,035 a + 0,045 b + k.c + F P = % total de asfalto a = % de partículas maiores que a nº8 e retida na nº200 c = % que passa na peneira nº200 k = 0,15 % que passa na peneira nº200: 11% a 15% 0,18 % que passa na peneira nº200: 6% a 10% 0,20 % que passa na peneira nº200: < 5% F depende da absorção do agregado (varia de 0% a 2% (usa-se 0,7%) % ASF : % de asfalto no revestimento asfáltico utilizável () % ASF M : contribuição, em %, do asfalto existente no, no total do asfalto da mistura reciclada. (1) Cálculo da contribuição do asfalto do, ( em %) na mistura final, em relação ao peso do agregado MISTURA % % ASF % AG % ASF. A % ASF. A % asfalto existente no em relação ao agregado.a. %AG.A % AGM % ASF.M M %AG. %AG M % ASF. M % asfalto do em relação ao agregado da mistura total

5 21 donde:.m.a. %AG %AG M em que: % AG % de agregado no % AG.A = % de asfalto no em relação ao agregado % AG M % de agregado em relação à mistura final de reciclagem (2) Cálculo da contribuição do asfalto do (em %) na mistura final, em relação ao peso da mistura Considerando os elementos da Figura 10 temos: % % ASF P PASF donde: % ASF PASF P e P PASF PAG % ASF PASF PASF. PAG % ASF. PASF. PAG PASF. PASF. PAG Considerando este peso em relação a um peso de mistura final, P M, temos: % ASF M PASF P M

6 22. PAG.M PM (1) Por outro lado, o peso do agregado na mistura total PAG M é: % Mistura % AG M P M PAG M PAG M %AGM. P M %M % AG M PAG M PAG M PAG M PAG M. %AG M PAG P. %AGM. %AG M M M (2) De (1) e (2) tiramos: % ASFM %AGM. %AG M PM PM % ASF M %AGM. %AG M

7 Determinação da porcentagem de asfalto, estimada para a mistura reciclada Esta porcentagem pode ser determinada de duas maneiras. a) Pelo ensaio do Equivalente Centrífugo do Querosene, idealizado por Hveem no Departamento de Estradas de Rodagem da California, ASTM D b) Por fórmula empírica baseada na área superficial do agregado P = 0,035a + 0,045b + k.c + F P = % total do asfalto na mistura, em peso, em relação à mistura a = % de partículas do agregado retida na peneira nº8 b = % de partículas do agregado que passa na peneira nº8 e retida na paneira nº200 c = % de partículas que passa na peneira nº200 k = 0,15 quando o agregado tem de 11 a 15% passando na peneira nº200 k = 0,18 quando o agregado tem de 6 a 10% passando na peneira nº200 k = 0,20 quando o agregado tem menos de 5% passando na peneira nº200 F = coeficiente que depende das características de absorção do agregado Varia de 0 a 2,0%. Na ausência de outros dados usar o valor 0,7%. 2.4 Cálculo da % de asfalto novo a ser adicionada à mistura final reciclada A porcentagem estimada de asfalto novo, % ASF N, a ser adicionada à mistura reciclada é: % ASF P% % ASF N M 2.5 Cálculo da porcentagem R de asfalto novo introduzido na mistura final ASFN R% % P% 2.6 Emprego dos tipos de cimento asfáltico De acordo com as Especificações Brasileiras IBP/ABNT-EB-78 e o Regulamento Técnico DNC-01/92, os cimentos asfálticos no Brasil podem ser classificados com base: a) Na viscosidade absoluta a 60ºC nos seguintes tipos: CAP 7 com viscosidade entre 700 e 1500 poises CAP 20 com viscosidade entre 2000 e 3500 poises CAP 40 com viscosidade entre 4000 e 8000 poises

8 24 b) No ensaio de Penetração (g, 5segundos) na temperatura de 25ºC, resultando nos seguintes tipos: CAP 30/45 CAP 50/60 CAP 85/ CAP 150/200 A correlação entre estes tipos de cimentos asfálticos atuais e os tipos anteriores, definidos pelo Regulamento Técnico CNP nº21/86 é apresentado na Figura 11. Figura 11 Na determinação da viscosidade de referência ( target viscosity ), para a mistura asfalto envelhecido, asfalto novo e, se for o caso, agente de reciclagem, se adota o centro da faixa de viscosidade absoluta correspondente ao tipo de cimento asfáltico recomendado. Este é definido em função do tráfego previsto que suportará a mistura e das condições climáticas onde será utilizada a mistura asfáltica. As recomendações de uso do cimento asfáltico estão resumidas na Tabela 5 para pavimentos rodoviários e urbanos. 2.7 Determinação do tipo de cimento asfáltico novo (e/ou agente de reciclagem) a ser introduzido na mistura final (1) Caso em que não é usado agente de reciclagem Esta determinação é feita por meio de gráficos de viscosidade, Figura 12, em que a viscosidade absoluta do asfalto, expressa em poises, é representada numa escala log-log, e a porcentagem, R%, do asfalto novo em relação ao total do asfalto da mistura, numa escala aritmética.

9 25 TABELA - 5 CATEGORIA DO TRÁFEGO CLIMA TEMPERADO QUENTE BASE DA CLASSIFICAÇÃO VISCOSIDADE DE REFEFERÊNCIA 1) Rodovias Pesado e muito pesado CAP CAP CAP 20 CAP 20 PENETRAÇÃO VISCOSIDADE ABSOLUTA poises Médio e leve CAP 85- CAP 85- CAP 7 CAP 7 PENETRAÇÃO VISCOSIDADE ABSOLUTA 1 poises 2) Vias urbanas Pesado e muito pesado CAP CAP CAP 20 CAP 20 PENETRAÇÃO VISCOSIDADE ABSOLUTA poises Médio e leve CAP 85- CAP 85- CAP 7 CAP 7 PENETRAÇÃO VISCOSIDADE ABSOLUTA 1 poises A viscosidade de referencia é agente de reciclagem a ser do usada para definir o tipo empregado com o asfalto de CAP e/ou envelhecido do A viscosidade de referência (target viscosity) para a mistura, a ser obtida pela mistura asfalto velho existente no, com o asfalto novo, é normalmente o centro da faixa de viscosidade absoluta do asfalto indicado para uma mistura nova, considerando o tráfego e o clima.. Neste gráfico (Figura 12) se coloca a viscosidade absoluta do asfalto envelhecido, do, na escala vertical correspondente a R=0 ( isto é, só se considera o asfalto envelhecido do ), obtendo-se o ponto A. Como se deseja que a mistura resultante do asfalto envelhecido com o novo tenha uma determinada viscosidade, a de referência, marca-se o ponto B com o valor de R e a viscosidade de referência para a mistura. Ligando-se A com B e prolongando até a escala vertical correspondente a R= (referente somente ao asfalto novo puro) obtém-se o ponto C que fornece a viscosidade absoluta do asfalto novo que deverá ser utilizado. Neste gráfico a viscosidade é representada por um número seguido por uma potência de 10 poises. The Asphalt Institute dá a seguinte sugestão na seleção do grau de cimento asfáltico para reciclagem: a) Quando a quantidade do for igual ou inferior a 20%, não considerar a viscosidade do CAP existente no. b) Quando for utilizado mais de 21% de mude o grau do asfalto para o grau seguinte, isto é, CAP 20 CAP 7.

10 26 DADOS Viscosidade do Asfalto do = poises % de asfalto novo em relação ao asfalto total da mistura: R = 62% Viscosidade de referência = ( ) : 2 = RESULTADO Asfalto a ser adicionado deverá ter viscosidade = 800 poises isto é : CAP 7 Não precisa agente de reciclagem Figura 12

11 27 (2) Caso em que é usado agente de reciclagem Para a determinação do tipo de asfalto e do agente de reciclagem, utiliza-se um gráfico log.log/aritmético, Figura 13, em que a viscosidade absoluta, em poises, é representada em escala logarítmica, e a porcentagem R, de asfalto novo em relação ao total da mistura é representada numa escala aritmética. DADOS Viscosidade do Asfalto do = poises % de asfalto novo em relação ao asfalto total da mistura: R = 56% CAP 20 Viscosidade de referência = 2 750poises RESULTADO Asfalto novo deve ter viscosidade de 400 poises (ponto C) Não existe CAP com esta viscosidade. Devemos usar agente de reciclagem. Usar o AR 1 : viscosidade cinemática: 50 a 175 cst (valor médio = 112cSt) 1,1 poises (Ponto E) A viscosidade de 400 poises é obtida com uma mistua de CAP-20 com AR 1 definida pelo ponto F, isto é: 17% de AR 1 e 83% de CAP-20 Figura 13

12 28 Considerando-se, por ensaio, o valor da viscosidade do asfalto envelhecido do marca-se o ponto A na linha vertical correspondente a R=0. Considerando a % de asfalto novo em relação à % de asfalto total da mistura, R, e a viscosidade de referência (do centro da faixa) CAP, indicado ao serviço, define-se o ponto B. Ligando A e B e prolongando até a linha correspondente a R=, (só asfalto novo), determina-se o ponto C que indica a viscosidade que deve ter o asfalto novo. Se esta viscosidade for menor que os limites dos graus de CAP haverá necessidade de inclusão de um agente de reciclagem. R %Agente de Re ciclagem %Asfalto Novo %Agente de Re ciclagem A quantidade de agente de reciclagem é determinada da seguinte forma: Usa-se o mesmo gráfico de viscosidade em que a escala vertical indica o log-.log viscosidade absoluta e R, agora representa a porcentagem necessária do agente de reciclagem, na escala aritmética. Agora, na linha vertical correspondente a R=0 (significa 0% de agente de reciclagem), marca-se o valor do centro da faixa da viscosidade absoluta do CAP indicado para a mistura, obtendo-se o ponto D. Na linha vertical correspondente a R=, marca-se o valor médio da viscosidade absoluta do agente de reciclagem, obtendo-se o ponto E. Observe-se que para R=, neste caso, só temos agente de reciclagem. Traça-se a reta DE. O ponto C representa a viscosidade do asfalto novo da mistura asfalto novo-agente de reciclagem que recuperará o asfalto envelhecido do. Por C traça-se uma horizontal que intercepta a reta DE, no ponto F. Uma vertical baixada do ponto F determina um valor na escala do R que é a porcentagem do agente de reciclagem, na mistura com o asfalto novo. Desta forma se define a composição final do asfalto na mistura, que será: Asfalto envelhecido do + CAP novo + agente de reciclagem em proporções que resultem num produto final com a viscosidade igual ao valor da faixa de viscosidade do CAP escolhido 3. EXEMPLO DE CÁLCULO DOS COMPONENTES DA MISTURA E DO TIPO DO ASFALTO NOVO 3.1 Exemplo I Um trecho de estrada apresenta um tráfego pesado. O pavimento está constituído por uma camada de revestimento asfáltico com 8cm de espessura apoiado sobre base granular. O defeito predominante é instabilidade da mistura. As condições do trecho são regulares e se decidiu, entre um recapeamento e uma reciclagem, a solução reciclagem do revestimento.

13 29 Amostras coletadas do revestimento indicam que ele está com um teor médio de asfalto de 6,5%. A composição granulométrica média do agregado do revestimento () obtida com a amostra do revestimento após a extração do asfalto está indicada na Tabela 6. Tabela 6 GRANULOMETRIA DOS AGREGADOS PENEIRA % QUE PASSA AGREGADO BRITA ¾ PEDRISCO 19,00mm (3/4 ) 12,70mm (1/2 ) 9,50mm (3/8 ) 4,80mm (nº4) 2,40mm (nº8) 0,58mm (nº30) 0,30mm (nº50) 0,15mm (nº) 0,075mm (nº200) Nesta tabela estão indicadas as granulometrias médias de dois tipos de agregados novos disponíveis para a nova mistura. Pelas características do tráfego, pesado, optou-se, pela faixa granulométrica IV.b, das Especificações do The Asphalt Institute representada no gráfico da Figura 14. Dispõe-se de 2 tipos de agregados novos: uma brita com tamanho máximo de ¾ e um pedrisco com tamanho máximo 3/8. As curvas granulométricas dos materiais estão representadas no gráfico da Figura 14. Não se dispõe de agregado mineral puro, recuperado da base do pavimento (RAM). (1) Definição da composição dos agregados A composição granulométrica pelo método das tentativas obteve a seguinte composição: Brita ¾ 25% Pedrisco 3/8 35% Agregado reutilizável () 40% Com estas porcentagens calculamos a curva granulométrica da mistura, Tabela 7.

14 30 Figura 14 Tabela 7 PENEIRA AGREG. (40%) % que passa AGREG. BRITA (25%) % que passa AGREG.PEDRISCO (35%) % que passa MISTURA % que passa 19,0mm 12,7mm 9,5mm nº4 nº8 nº30 nº50 nº nº200 x 0,40 = 40,0 92 x 0,40 = 36,8 86 x 0,40 = 34,4 72 x 0,40 = 28,8 58 x 0,40 = 23,2 32 x 0,40 = 12,8 24 x 0,40 = 9,6 15 x 0,40 = 6,0 8 x 0,40 = 3,2 x 0,25 = x 0,25 = x 0,25 = 6,3 7 x 0,25 = 1,7 3 x 0,25 = 0, x 0,35 = 35 x 0,35 = 35 x 0,35 = x 0,35 = 31,5 60 x 0,35 = 21,0 29 x 0,35 = 10,2 21 x 0,35 = 7,4 15 x 0,35 = 5,3 9 x 0,35 = 3,2 93,8 75,7 62,0 45,0 23,0 17,0 11,3 6,4

15 31 (2) Porcentagem estimada de CAP para concreto asfáltico P = 0,035 a + 0,045 b + k.c + F P = % asfalto no concreto asfáltico a = % retido pen nº8 = 55% b = % passa pen nº8 e retida pen nº200 = 45,0 6,4 = 38,6 c = %passa nº200 = 6,4 k = 0,18 F = 0,7 P = 0,035x55 + 0,045x38,6 + 0,18x6,4 + 0,7 = 5,5% (3) Porcentagem estimada de asfalto novo mais agente de reciclagem na mistura Porcentagem de asfalto envelhecido do CAP que entra na mistura: % ASF M %AGM. %AG M % ASF, por ensaio = 6,5 % AG M = % - 5,5% = 94,5% % AG M = 40% 94,5 x 40 6,5 % ASF M = 245, 7 6,5 93, 5 = 2,63% % asfalto novo + agente de recicl. = P - % ASF M = 5,5 2,63 = 2,87% (4) Porcentagem de asfalto novo em relação ao asfalto total na mistura = R novo R = P% 2, 87 5, 5 = 52%

16 32 (5) Determinação do tipo e da porcentagem de cimento asfáltico O ensaio de determinação da viscosidade absoluta com o asfalto envelhecido do, determinou um valor de poises. Para definir o tipo de asfalto usa-se o gráfico, Figura 15, que apresenta a viscosidade absoluta na escala log-log, e, da porcentagem do asfalto novo no total do asfalto da mistura em escala aritmética. Figura III-7 % - Figura 15

17 33 Para R=0, isto é, não há asfalto novo, a viscosidade é do asfalto envelhecido = poises. Marca-se o ponto A. Para tráfego pesado o tipo de asfalto recomendado é o CAP 20 com faixa de viscosidade absoluta entre e poises. O centro da faixa, poises, é a viscosidade de referência e ela deve ser obtida pela mistura do asfalto envelhecido mais o novo, com uma porcentagem de asfalto novo de 52%. Portanto, a mistura de 52% de asfalto novo com 48% do asfalto envelhecido deverá atingir a viscosidade de poises. Assim, no gráfico, poises e R=52% define-se o ponto B. A reta que liga A e B, prolongada até a vertical para R=, define o ponto C. À este ponto C, corresponde uma viscosidade 360 poises que é a viscosidade do asfalto novo. Como a menor viscosidade do menor grau de CAP, CAP 7, é 700 poises, não existe um asfalto com a viscosidade 350 poises, e portanto, temos de adicionar um agente de reciclagem para reduzir a viscosidade do tipo de cimento asfáltico recomendado a esta viscosidade. (6) Definição da porcentagem e do tipo de agente de reciclagem Como o asfalto recomendado é o CAP 20, a viscosidade de referência é poises. Este valor é colocado no gráfico, no ponto D, correspondente a R=0, porque agora, o R % %Agente %Asfalto Novo de Re ciclagem %Agente de Re ciclagem Seleciona-se um agente de reciclagem com viscosidade baixa, por exemplo AR 1 viscosidade de 50 a 175 cst tendo viscosidade de referência 112 cst que numericamente corresponde a 1,1 poises. Este valor é representado no gráfico na linha da viscosidade correspondente a R=, é o ponto E. Ligar por uma reta os pontos D e E, que intercepta a horizontal traçada por C, no ponto F, que determina o valor de R=19%, porcentagem do agente de reciclagem em relação à mistura cimento asfáltico novo + agente de reciclagem. Como a porcentagem de asfalto novo (+ agente de reciclagem) é 2,87%, a porcentagem do agente de reciclagem é: % Agente de Re ciclagem 19 2,87 0,55% % Asfalto Novo 2,87 0,55 2,32%

18 34 (7) Estudo da mistura pelo Método Marshall Usando a composição do agregado: Base ¾ 25% Pedrisco 3/8 35% Agregado recuperado do 40% São moldados vários corpos de prova com teores de asfalto variando de 0,5% tendo como base a porcentagem estimada, P, de asfalto, que no exemplo é 5,5%. Assim os corpos de prova para o estudo da mistura serão moldados com as porcentagens: 4,5% 5,0% 5,5% 6,0% e 6,5% Cada corpo de prova será moldado conforme os elementos calculados e indicados na Tabela 8 Tabela 8 ÍTEM DISCRIMINAÇÃO % DE ASFALTO DO CORPO DE PROVA (1) % de asfalto na mistura 4,5 5,0 5,5 6,0 6,5 (2) % de agregado na mistura 95,5 95,0 94,5 94,0 93,5 (3) % do asfalto envelhecido do na mistura 2,52 2,51 2,50 2,49 2,47 (4) % de asfalto novo, CAP 20, e /ou agente de reciclagem 4,5-2,52=1,98 5,0-2,51=2,49 5,5-2,5=3,0 6,0-2,49=3,51 6,5-2,47=4,03 (5) % adicional de Brita ¾, Agregado Novo 23,9 23,8 23,6 23,5 23,4 (6) % adicional de pedrisco, agregado novo, na mistura 33,4 33,3 33,1 32,9 32,7 (7) % de agregado recuperado do 38,2 38,0 37,8 37,6 37,4 (8) % do revestimento asfáltico recuperado na mistura: (3+7) 40,7 40,5 40,3 40,1 39,9 (9) MISTURA : (4)+(5)+(6)+(8)

19 35 Com os corpos de prova preparados com estas dosagens, realiza-se o ensaio Marshall na modalidade usada para as misturas convencionais. Detalhes complementares são os seguintes: a) O material oriundo do revestimento asfáltico reutilizável () deve ser aquecido e mantido na temperatura da mistura para perder umidade e facilitar sua mistura. b) O agregado deve ser aquecido 10ºC acima da temperatura da mistura. c) O material do e o agregado devem ser misturados antes da colocação do asfalto e/ou agente de reciclagem. d) Quando for adicionado agente de reciclagem este deve ser primeiramente misturado com o asfalto novo, nas proporções definidas pelo projeto. Faixas de trabalho Com base nos resultados do ensaio Marshall determina-se: a) Faixa granulométrica de trabalho b) A porcentagem de asfalto de projeto e a faixa de trabalho do teor de asfalto. Observação final Este estudo se processou com base nas amostras coletadas da pista para o estudo de reciclagem. O processo de frezagem e de escarificação e rebritagem fragmentam as partículas de agregado produzindo uma granulometria diferente da obtida com as amostras iniciais. Deve-se analisar se com estas novas granulometrias o projeto mantém sua validade. Em caso contrário deverá ser reestudada a mistura com as granulometrias de amostras colhidas no depósito do. 4.2 Exemplo 2 Seguindo as etapas do Exemplo 1, chegamos a seguinte composição granulométrica: Agregado do =25% Agregado Novo Brita 3 / 4" 35% Pedrisco 40% A porcentagem do asfalto no, deste exemplo, é 4,8% e este asfalto envelhecido apresenta uma viscosidade absoluta de poises. A porcentagem estimada de asfalto total na mistura P = 5,7%. Calcula-se a porcentagem do asfalto envelhecido do, no total do asfalto.

20 36 % AG M 4,8 95,2 % ASFM 95,2 x 25 4,8 ( 48 ) 1,2 Calcula-se a % de asfalto novo na mistura: 5,7-1,2 = 4,5 Calcula-se: A porcentagem de asfalto novo em relação ao asfalto total da mistura: R 4,5 5 7, 78,9% Considerando-se que a mistura será usada numa via com tráfego pesado,o tipo de CAP indicado é o CAP 20, com viscosidade absoluta entre e 3 500, resultando numa viscosidade de referência de poises. Com viscosidade poises e R=0 obtém-se o ponto A, Figura 16. Com R = 78,9 e a viscosidade desejada para a mistura final do asfalto de poises, obtém-se o ponto B. Ligando A e B obtém-se o ponto C para R=, isto é, a viscosidade do asfalto a ser empregado na mistura, que no caso é de poises. Esta viscosidade está acima dos limites de 700 e poises do CAP 7, e abaixo de do CAP 20. Há necessidade de adicionar agente de reciclagem com uma porcentagem de 3%. Esta quantidade pequena pode ser desconsiderada e se adotar o CAP 20. Ele é o asfalto novo que deverá ser empregado na mistura para que, associado ao asfalto envelhecido do, de um produto final com viscosidade absoluta próxima de poises, centro da faixa de viscosidade do CAP 20, indicada para a mistura. As demais etapas do projeto são aquelas indicadas no Exemplo-1.

21 37 Figura 16 -