AVALIAÇÃO DA INFLUÊNCIA DO CONTROLE TECNOLÓGICO NA QUALIDADE DE

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1 AVALIAÇÃO DA INFLUÊNCIA DO CONTROLE TECNOLÓGICO NA QUALIDADE DE OBRAS DE PAVIMENTAÇÃO ESTUDO DE CASO: VIÁRIO DO PARQUE OLÍMPICO André Mota Fonseca Projeto de Graduação apresentado ao Curso de Engenharia Civil da Escola Politécnica, Universidade Federal do Rio de Janeiro, como parte dos requisitos necessários à obtenção do título de Engenheiro. Orientadora: Sandra Oda Rio de janeiro Abril de 2016

2 AVALIAÇÃO DA INFLUÊNCIA DO CONTROLE TECNOLÓGICO NA QUALIDADE DE OBRAS DE PAVIMENTAÇÃO ESTUDO DE CASO: VIÁRIO DO PARQUE OLÍMPICO André Mota Fonseca PROJETO DE GRADUAÇÃO SUBMETIDO AO CORPO DOCENTE DO CURSO DE ENGENHARIA CIVIL DA ESCOLA POLITÉCNICA DA UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO DE JANEIRO COMO PARTE DOS REQUISITOS NECESSÁRIOS PARA A OBTENÇÃO DO GRAU DE ENGENHEIRO CIVIL. Examinado por: Prof. Sandra Oda, D. Sc. Prof. Respicio A. do Espirito Santo Júnior, D. Sc. Eng. Leonardo Santana Cavalcanti RIO DE JANEIRO, RJ BRASIL ABRIL de 2016

3 Fonseca, André Mota Avaliação da Influência do Controle Tecnológico na Qualidade de Obras de Pavimentação - Estudo De Caso: Viário Do Parque Olímpico/ André Mota Fonseca. Rio de Janeiro: UFRJ/Escola Politécnica, 2016 XIV, 84 p.: il; 29,7 cm Orientadora: Sandra Oda Projeto de Graduação UFRJ/ Escola Politécnica/ Curso de Engenharia Civil, 2016 Referências Bibliográficas: p. 1. Pavimentação. 2. Pavimentos Flexíveis. 3. Controle Tecnológico. I. Oda, Sandra. II. Universidade Federal do Rio de Janeiro, Escola Politécnica, Curso de Engenharia Civil. III. Avaliação da Influência do Controle Tecnológico na Qualidade de Obras de Pavimentação - Estudo De Caso: Viário Do Parque Olímpico

4 Agradecimentos À professora e orientadora Sandra Oda, pelos ensinamentos e por sempre estar disposta a me ajudar. Ao Consórcio Construcap-Copasa, pela oportunidade de acompanhar a obra, e assim desenvolver este estudo. Ao meu pai, por ter sido a maior influência que tive para escolher minha profissão, e que sempre me apoiou e deu todas as condições para que eu pudesse concluir minha graduação. Ao meu irmão Thiago, por sempre ser o meu melhor companheiro em toda a minha vida. A minha namorada e companheira Samyra, que com todo o seu carinho esteve ao meu lado me apoiando e motivando nesta reta final. Por fim, agradeço aos meus familiares e amigos, que sempre torceram por mim.

5 Resumo do Projeto de Graduação apresentado à Escola Politécnica/ UFRJ como parte dos requisitos necessários para a obtenção do grau e Engenheiro Civil. Avaliação da Influência do Controle Tecnológico na Qualidade de Obras de Pavimentação - Estudo De Caso: Viário Do Parque Olímpico André Mota Fonseca Abril/2016 Orientadora: Sandra Oda Curso: Engenharia Civil O Brasil, devido a sua característica rodoviarista, faz com que sua malha rodoviária tenha grande influência em seu desenvolvimento socioeconômico. A maior parte do transporte de cargas e pessoas é feita via estradas, tanto para os transportes intermunicipais e interestaduais, quanto para o transporte urbano. Mesmo tendo essa importância, grande parte da rede rodoviária não está em condições adequadas de uso, seja pela falta de manutenção ou por falhas de construção. Isto demonstra a necessidade do uso e cumprimento de normas e técnicas, que regulamentam os procedimentos e os controles tecnológicos dos serviços de pavimentação e dos materiais utilizados. Então, este trabalho foi desenvolvido para que se possa avaliar a qualidade final de um pavimento flexível revestido com mistura asfáltica tipo SMA (Stone Matrix Asphalt), acompanhando todos os processos construtivos e controles tecnológicos, desde a seleção de materiais até a execução da camada final. Palavras-chave: Pavimentação, Pavimento flexível, Controle tecnológico

6 Abstract of Undergraduate Project presented to POLI/UFRJ as a partial fulfillment of the requirements for the degree of Civil Engineer Evaluation of the Influence of Technological Control as Paving Case Study: Viário do Parque Olímpico André Mota Fonseca April/2016 Advisor: Sandra Oda Course: Civil Engineering The Brazil, due to its high dependence on road transport, makes its road network has great influence in their socioeconomic development. Most of the transportation of cargo and people is through roads, both intercity and interstate transport, as for urban transportation. Even though this importance, much of the road network is not in adequate conditions of use, either by lack of maintenance or construction failures. This demonstrates the need to use and compliance with technical standards and, regulating the procedures and technical controls of paving services and materials used. So, this work was developed to be able to assess the final quality of a flexible pavement covered with mixing asphalt type SMA (Stone Matrix Asphalt), following all construction processes and technological controls, from material selection to the implementation of the final layer Keywords: Pavement, Flexible Pavement, Technological Control

7 LISTA DE TABELAS Tabela 1 Tipos de Pavimentos Tabela 2 - Volume Diário de Veículos Tabela 3 Resultados de ensaio com a viga Benkelman Tabela 4 Faixas granulométricas Tabela 5 Resultados de ensaio viga Benkelman Tabela 6 Resultado da granulometria da BGTC Tabela 8 Resultados do ensaio de resistência à compressão da BGTC Tabela 9 Faixas granulométricas para BGS Tabela 10 Resultados das deflexões com a viga Benkelman Tabela 11 Resultados da análise granulométrica Tabela 12 Determinação da umidade ótima da BGS Tabela 13 Resultados ensaio ISC da BGS Tabela 14 Resultados do ensaio de GC da camada de BGS Tabela 15 Resultados do ensaio do equivalente de areia Tabela 16 Faixa granulométrica para o binder - Faixa B - DNIT Tabela 17 Características e requisitos de projeto do binder - Faixa B - DNIT Tabela 18 Granulometria dos materiais pétreos Tabela 19 Resultados dos ensaios de Abrasão Los Angeles e equivalente de areia Tabela 20 Proporção de agregados do binder Tabela 21 Granulometria da mistura de agregados do binder Tabela 22 Resumo da dosagem Marshall do binder Tabela 23 Características, requisitos e resultados da dosagem Marshall do binder Tabela 24 Resultados do ensaio de teor de ligante do binder Tabela 25 Resultados da granulometria do binder Tabela 26 Resultados do ensaio de GC da camada de binder Tabela 27 Faixa granulométrica para o SMA Tabela 28 Características e requisitos de projeto do SMA Tabela 29 Características e especificações do ligante do SMA Tabela 30 Granulometria dos materiais usados no SMA Tabela 31 Proporção de cada agregado do SMA Tabela 32 Granulometria do SMA Tabela 33 Densidades dos agregados do SMA Tabela 34 Características dos agregados usados no SMA Tabela 35 Granulometria dos agregados Tabela 36 Valores do Gsb dos agregados Tabela 37 Peneiras de Controle em função do NMAS... 72

8 Tabela 38 Peneiras de controle dos agregados Tabela 39 Características dos recipientes Tabela 40 - Massa específica aparente em estado solto (LUW) Tabela 41 - Massa específica aparente em estado compactado (RUW) Tabela 42 Granulometria da mistura pelo método Bailey Tabela 43 Peneiras de controle da mistura Tabela 44 Limites dos parâmetros para mistura SMA Tabela 45 Proporções de CA, FAc e FAf Tabela 46 Características do ligante usado na dosagem do SMA Tabela 47 Resultados da dosagem do SMA pelo método Marshall Tabela 48 Resultados do ensaio Marshall Tabela 49 Resultado do ensaio de determinação do teor de ligante Tabela 50 - Resultado do ensaio de granulometria do SMA Tabela 51 Resultados do ensaio de GC da camada de SMA... 95

9 LISTA DE FIGURAS Figura 1 Principais tipos de bases e revestimentos que podem ser empregados nos pavimentos Figura 2 - Camadas do pavimento flexível Figura 3 - Trincas por fadiga Figura 4 - Trincas em blocos Figura 5 - Trincas nos bordos Figura 6 - Trincas longitudinais Figura 7 - Trincas transversais Figura 8 - Panelas Figura 9 - Depressão Figura 10 - Deformação permanente nas trilhas de roda Figura 11 - Corrugação Figura 12 - Exsudação Figura 13 - Desagregação Figura 14 Localização da obra Figura 15 Estrutura do pavimento rígido Figura 16 Estrutura do pavimento flexível Figura 17 Espalhamento do rachão com a motoniveladora Figura 18 Compactação da camada de rachão com o rolo vibratório liso Figura 19 Teste da viga Benkelman Figura 20 Compactação da camada de BGTC com o rolo vibratório liso Figura 21 Análise granulométrica Fonte: ODA, Figura 22 Espalhamento da BGS com motoniveladora Figura 23 Compactação da camada de BGS com rolo de pneu Figura 24 Verificação da cota do greide durante o espalhamento da BGS Figura 25 Imprimação da camada de BGS Figura 26 Espalhamento do binder Figura 27 Compactação com rolo de chapa Figura 28 Divisão de uma amostra de agregados (adaptada de VAVRIK et al., 2002).. 70 Figura 29 Ensaio para determinação do LUW da brita Figura 30 Ensaio para determinação do LUW do pó de pedra Figura 31 Ensaio para determinação do RUW da brita Figura 32 Ensaio para determinação do RUW do pó de pedra... 75

10 Figura 33 Representação esquemática dos parâmetros volumétrico de controle do SMA (BERNUCCI et al., 2006) Figura 34 Usina em operação Figura 35 Silos de agregados Figura 36 Silo de cal Figura 37 Silo de fibra Figura 38 Tanque de armazenamento de CAP Figura 39 Distribuição da camada de SMA e conferência da espessura Figura 40 Compactação da camada de SMA Figura 41 Prensa usada no ensaio Marshall Figura 42 Sonda rotativa usada para extração de CP s... 94

11 SUMÁRIO 1 INTRODUÇÃO Objetivo PAVIMENTO Tipos de Pavimentos Pavimentos Rígidos Pavimentos Semirrígidos Pavimentos Flexíveis Camadas de Pavimentos Flexíveis Regularização do subleito Reforço do subleito Sub-base estabilizada granulometricamente Sub-base de solo melhorado com cimento Base estabilizada granulometricamente Base de solo-cimento Imprimação com ligante asfáltico Pintura de ligação com ligante asfáltico Concreto asfáltico com asfalto polímero Patologias Trincas por fadiga Trincas em blocos Trincas nos bordos Trincas longitudinais Trincas transversais Panelas Depressão Deformação permanente nas trilhas de roda Corrugação Exsudação Desagregação ESTUDO DE CASO VIÁRIO DO PARQUE OLÍMPICO Descrição da obra Detalhamento do projeto... 31

12 3.2.2 Descrição do subleito Estrutura do Pavimento Pavimento rígido Pavimento flexível Camadas do Pavimento Flexível Camada de Rachão Detalhamento do projeto Controle Tecnológico Determinação das deflexões pela viga Benkelman Camada de BGTC Detalhamento do projeto Controle Tecnológico Determinação das deflexões pela viga Benkelman (DNER-ME 024/94) Análise Granulométrica (DNER-ME 083/98) Determinação da massa específica aparente in situ com emprego do frasco de areia (NBR 7185 e DNER-ME 092/94) Determinação da resistência à compressão de corpos de prova cilíndricos (NBR 5739) Camada de BGS Detalhamento do projeto Controle tecnológico Determinação das deflexões pela viga Benkelman (DNER-ME 024/94) Análise granulométrica (DNER-ME 083/98) Ensaio de compactação (DNIT 164/2013-ME) e Índice de Suporte Califórnia (DNER-ME 049/94) Determinação da massa específica aparente in situ com emprego do frasco de areia (NBR 7185 e DNER-ME 092/94) Ensaio do Equivalente de areia (DNER-ME 054/97) Imprimação Detalhamento do projeto... 53

13 Controle Tecnológico Pintura de ligação Detalhamento do Projeto Controle Tecnológico Camada de Binder Detalhamento do Projeto Mistura Asfáltica Materiais Material Asfáltico Materiais Pétreos Dosagem Usinagem Equipamentos utilizados Sequência de execução Controle tecnológico Camada de SMA Detalhamento do Projeto Mistura Asfáltica Materiais Material asfáltico Materiais Pétreos Fibras Dosagem Dosagem e caracterização dos agregados Dosagem pelo método Bailey Determinação do teor de ligante Usinagem Equipamentos utilizados Sequência de execução Controle tecnológico Controle das características Marshall Controle do teor de ligante Controle da granulometria Controle de compactação... 94

14 4 CONCLUSÃO REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS... 97

15 1 INTRODUÇÃO Os sistemas de transporte são elementos estratégicos para o desenvolvimento socioeconômico de uma determinada região. São responsáveis pela mobilidade de mercadorias, sejam produtos de exportação ou importação, e da acessibilidade a todas as partes de um território, sendo fundamentais à sociedade. Dentre os sistemas de transporte brasileiros, devido a uma herança de uma política governamental adotada ainda em meados do século passado, se destaca o transporte rodoviário, que possui uma malha de ,7 km de extensão, onde somente ,3 km são pavimentados (CNT, 2016). Sendo responsável por 61% do transporte de cargas e 95% do transporte de passageiros, as rodovias brasileiras deveriam estar em melhores condições de uso, porém não é o que se vê. Segundo a Pesquisa CNT de Rodovias 2015, da Confederação Nacional de Transporte, onde foram avaliados km de estradas, km (48,6%) apresentaram algum tipo de deficiência no pavimento, e classificados 35,4% como regular, 10,1% como ruim e 3,1% como péssimo. Não é possível apontar uma única causa para os problemas das rodovias nacionais. Falhas de projeto, falta de fiscalização, erros construtivos, de conceitos e de materiais desobedecendo as especificações do projeto e falta de um controle de qualidade, além da falta de manutenção, contribuem para a degradação da rede rodoviária brasileira. Portanto, é importante que se faça um planejamento, analisando o clima, o solo e o tráfego da região, a usina onde será preparada a mistura, os fornecedores de agregados e do material ligante. Além de uma execução e de um controle tecnológico rigorosos de acordo com as normas existentes, para que se tenham obtenha produto final que vise à economia e eficiência Objetivo Este trabalho foi desenvolvido com o objetivo de observar a qualidade final de um pavimento flexível, acompanhando as etapas de dosagem, seleção de materiais, execução dos serviços e controles tecnológicos. 15

16 2 PAVIMENTO O pavimento é uma estrutura de múltiplas camadas de espessuras finitas, construídas sobre um terreno de fundação, que é obtido pelos serviços de terraplanagem, chamado de subleito. Deve ser construído sob o ponto de vista da engenharia: máxima qualidade e mínimo custo, para que resista aos esforços oriundos do tráfego de veículos e do clima, propiciando aos usuários adequadas condições de rolamento, com conforto, economia e segurança. Em função da rigidez do conjunto de camadas (Figura 1), os pavimentos podem ser classificados em rígidos, semirrígidos e flexíveis (Tabela 1). BASE RÍGIDA FLEXÍVEL Concreto de Cimento BRITA GRADUADA TRATADA COM CIMENTO - BGTC SOLO CIMENTO GRANULOMETRICAMENTE SOLO ESTABILIZADO SOLO BETUME Macadame Hidráulico Macadame Betuminoso Alvenaria Poliédrica Paralelepípedos BRITA GRADUADA SIMPLES - BGS RÍGIDO CONCRETO DE CIMENTO Macadame de Cimento Paralelepípedos Rejuntados com Cimento CONCRETO ASFÁLTICO - CA REVESTIMENTO FLEXÍVEL ASFÁLTICO STONE MATRIX ASPHALT - SMA GAP GRADED - GG CAMADA POROSA DE ATRITO - CPA Micro-revestimento Pré-Misturado a Quente - PMQ PRÉ-MISTURADO A FRIO - PMF Penetração Direta TRATAMENTO SUPERFICIAL PENETRAÇÃO INVERTIDA CALÇAMENTO Alvenaria Poliédrica Paralelepípedos BLOCOS INTERTRAVADOS Figura 1 Principais tipos de bases e revestimentos que podem ser empregados nos pavimentos. Fonte: ODA, Tabela 1 Tipos de Pavimentos Tipos Revestimento de Pavimentos Rígido Flexível Rígida Pavimento Rígido Pavimento Semirrígido Base Flexível - Pavimento Flexível 16

17 A concepção da estrutura do pavimento e a seleção dos materiais a serem empregados em cada camada dependem principalmente dos seguintes fatores: do tráfego (volume e composição) e vida ou período de projeto; da disponibilidade de materiais da região; do relevo e das condições climáticas da região e da geometria e das condições de drenagem da via (ODA, 2013) Tipos de Pavimentos Pavimentos Rígidos O pavimento rígido é constituído de uma placa de concreto de cimento Portland, que assume o papel de revestimento e de base. A sub-base é construída, algumas vezes, para evitar o bombeamento (saída de água pelas juntas) dos solos do subleito. O pavimento rígido tem como características marcantes (ODA, 2006): Uma placa de concreto de cimento Portland, com espessura entre 18 e 40 cm, distribuindo as tensões recebidas pelo carregamento; A sub-base tem como função melhorar o suporte, além de drenar, caso seja usado material granular; Ao subleito são impostas tensões de pequenas ordens que são distribuídas por uma superfície grande. Geralmente, as placas não armadas têm comprimentos entre 3,5 e 6,0 m, e a placa com armadura de contenção de fissuras podem ter dimensões maiores. Existem juntas entre elas onde pode ocorrer a utilização de armaduras para evitar sua separação; são resistentes aos efeitos de solventes dos combustíveis, como óleo diesel e querosene de aviação Pavimentos Semirrígidos Situação intermediária entre os pavimentos rígidos e flexíveis. É constituído por revestimento asfáltico (uma ou mais camadas) assentes sobre base ou sub-base cimentada ou estabilizada quimicamente com cimento, cal, ou ambos, ou ainda por algum produto que aja como aglomerante (ODA, 2014) Pavimentos Flexíveis O pavimento flexível pode ser constituído por revestimento asfáltico, base, sub-base e reforço do subleito, sendo que as camadas de base, sub-base e reforço do subleito são geralmente de materiais granulares ou solo (ODA, 2014). 17

18 Dependendo do projeto, uma ou mais camadas da estrutura pode ser suprimida. Uma camada pode ser executada em duas etapas (duas camadas), em função da espessura máxima admitida e, principalmente, para obter uma compactação adequada (ODA, 2014). A capacidade de suporte é função das características de distribuição de cargas pelo sistema de camadas superpostas, onde as de melhor qualidade encontram-se mais próximas da carga aplicada. Um exemplo de uma seção típica pode ser visto na Figura 2 (MARQUES, 2012). No dimensionamento tradicional são consideradas as características geotécnicas dos materiais a serem usados e a definição da espessura das várias camadas dependem do valor do CBR e do tráfego, N, definido em função do número de solicitações equivalentes a um eixo padrão (8,2 t) (MARQUES, 2012). Figura 2 - Camadas do pavimento flexível. Fonte: ODA, 2014 Revestimento - camada que se destina a resistir diretamente às ações do tráfego, impermeabilizar o pavimento, melhorar as condições de rolamento, quanto ao conforto e segurança e transmitir as ações do tráfego às camadas inferiores; Base - camada destinada a resistir às ações de veículos e transmiti-las ao subleito; Sub-base - camada de complemento da base, que apresenta as funções idênticas a esta e é executada quando for conveniente reduzir a espessura da base; Reforço do subleito - utilizada para o caso de pavimentos muito espessos com a finalidade de reduzir a espessura da camada de sub-base; 18

19 Regularização do subleito - executada quando necessário, no preparo do leito para receber o pavimento. A regularização não constitui uma camada do pavimento devido à variabilidade de sua espessura podendo não ocorrer em um ou vários pontos da seção transversal. O controle na obtenção dos materiais, na alocação e utilização de equipamentos e execução dos processos construtivos aliado a um rígido controle tecnológico são de grande importância para vida útil do pavimento, contribuindo para sua qualidade, evitando desperdícios de ordem econômica, tanto na etapa construtiva quanto em manutenções corretivas, atingindo o objetivo para que foi projetada. Portanto, é necessário que se cumpram as especificações das normas dos órgãos que regulamentam e fiscalizam a execução das rodovias brasileiras (VASCONCELOS, 2007). Serão tomadas como base para a execução das camadas do pavimento, as seguintes Especificações de Serviços (ES) do Departamento Nacional de Infraestrutura de Transportes (DNIT), antigo Departamento Nacional de Estradas de Rodagem (DNER): DNIT 137/2010-ES - Pavimentação - Regularização do subleito; DNIT 138/2010-ES - Pavimentação - Reforço do subleito; DNIT 139/2010-ES - Pavimentação - Sub-base estabilizada granulometricamente; DNIT 140/2010-ES - Pavimentação - Sub-base de solo melhorado com cimento; DNIT 141/2010-ES - Pavimentação - Base estabilizada granulometricamente; DNIT 143/2010-ES - Pavimentação - Base de solo cimento; DNIT 144/2014-ES - Pavimentação - Imprimação com ligante asfáltico; DNIT 145/2012-ES - Pavimentação - Pintura de ligação com ligante asfáltico; DNER 385-ES - Pavimentação - Concreto asfáltico com asfalto polímero. 2.2 Camadas de Pavimentos Flexíveis Serão apresentadas as definições das camadas de pavimentos flexíveis, segundo o DNIT Regularização do subleito Operação destinada a conformar o leito estradal, transversal e longitudinalmente, obedecendo às larguras e cotas constantes das notas de serviço de regularização de terraplenagem do projeto, compreendendo cortes ou aterros até 20 cm de espessura (DNIT 137/2010-ES). 19

20 2.2.2 Reforço do subleito Reforço do subleito: camada estabilizada granulometricamente, executada sobre o subleito devidamente compactado e regularizado, utilizada quando se torna necessário reduzir espessuras elevadas da camada de sub-base, originadas pela baixa capacidade de suporte do subleito (DNIT 138/2010-ES); Estabilização granulométrica Processo de melhoria da capacidade resistente de materiais in natura ou mistura de materiais, mediante emprego de energia de compactação adequada, de forma a se obter um produto final com propriedades adequadas de estabilidade e durabilidade (DNIT 138/2010-ES) Sub-base estabilizada granulometricamente Sub-base Camada de pavimentação, complementar à base e com as mesmas funções desta, executada sobre o subleito ou reforço do subleito, devidamente compactado e regularizado (DNIT 139/2010-ES) Sub-base estabilizada granulometricamente Camada de sub-base executada com utilização do processo de estabilização granulométrica (DNIT 139/2010-ES) Sub-base de solo melhorado com cimento Solo melhorado com cimento Material proveniente de mistura de solo, cimento e água em proporções previamente determinadas por processo próprio de dosagem em laboratório, de forma a apresentar determinadas características de resistência e durabilidade. Os teores usuais de cimento situam-se na faixa de 2 a 4%, em peso, em relação ao total da mistura (DNIT 140/2010- ES) Sub-base de solo melhorado com cimento Camada de sub-base obtida mediante a utilização de solo melhorado com cimento submetido a adequado processo de cura e devidamente compactada (DNIT 140/2010- ES). 20

21 2.2.5 Base estabilizada granulometricamente Base Camada de pavimentação destinada a resistir aos esforços verticais oriundos dos veículos, distribuindo-os adequadamente à camada subjacente, executada sobre a subbase, subleito ou reforço do subleito devidamente regularizado e compactado (DNIT 141/2010-ES) Base estabilizada granulometricamente Camada de base executada com utilização do processo de estabilização granulométrica (DNIT 141/2010-ES) Base de solo-cimento Solo cimento Material proveniente de mistura de solo, cimento e água em proporções previamente determinadas por processo próprio de dosagem em laboratório, de forma a apresentar determinadas características de resistência e durabilidade (DNIT 143/2010-ES) Base de solo-cimento Camada de base obtida mediante a utilização de solo-cimento devidamente compactado e submetido a adequado processo de cura (DNIT 143/2010-ES) Imprimação com ligante asfáltico Consiste na aplicação de material asfáltico sobre a superfície da base concluída, antes da execução do revestimento asfáltico, objetivando conferir coesão superficial, impermeabilização e permitir condições de aderência entre esta e o revestimento a ser executado (DNIT 144/2014-ES) Pintura de ligação com ligante asfáltico Consiste na aplicação de ligante asfáltico sobre superfície de base ou revestimento asfáltico anteriormente à execução de uma camada asfáltica qualquer, objetivando promover condições de aderência entre esta e o revestimento a ser executado (DNIT 145/2012-ES). 21

22 2.2.9 Concreto asfáltico com asfalto polímero Mistura executada em usina apropriada, com características específicas, constituída de agregado, material de enchimento (filler) se necessário, e cimento asfáltico de petróleo modificado por polímero do tipo SBS (Styrene-Butadiene-Styrene), espalhada e comprimida a quente (DNER-ES 385/99). 2.3 Patologias As patologias, ou defeitos de superfície, são os danos ou deteriorações na superfície dos pavimentos asfálticos que podem ser identificados a olho nu e classificados segundo uma terminologia normatizada (DNIT 005/2003-TER-DNIT, 2003a). Os defeitos de superfície podem aparecer precocemente (devido a erros ou inadequações) ou a médio ou longo prazo (devido à utilização pelo tráfego e efeitos das intempéries). Entre os erros ou inadequações que levam à redução da vida de projeto, destacam-se os seguintes fatores, agindo separada ou conjuntamente: erros de projeto; erros ou inadequações na seleção, na dosagem ou na produção de materiais; erros ou inadequações construtivas; erros ou inadequações nas alternativas de conservação e manutenção (BERNUCCI et al., 2006). A deterioração do pavimento pode manifestar-se sob diferentes formas: trincas (por fadiga, em blocos, nos bordos, longitudinais, por reflexão e transversais), remendos, panelas (ou buracos), distorções (acúmulo de deformação permanente nas trilhas de roda e corrugação), defeitos na superfície (desintegração ou desgaste, agregados polidos e exsudação), desnível entre pista e acostamento e bombeamento (saída de água pelas trincas do pavimento sob ação das cargas do tráfego) (FERNANDES JR et al., 1999). A seguir serão apresentados algumas patologias geradas em função da combinação de fatores associados ao tráfego e ao clima Trincas por fadiga As trincas por fadiga (Figura 3) constituem em uma série de pequenos blocos e estão relacionadas com as repetidas deformações provocadas pelas cargas do tráfego, aliadas à existência de uma ou mais camadas instáveis, consequência de base granular e subleito saturados ou pavimento com espessuras de camadas insuficientes para suportar as cargas (YOSHIZANE, 2006). É um dos principais defeitos que ocorrem nos pavimentos flexíveis. 22

23 Figura 3 - Trincas por fadiga. Fonte: YOSHIZANE, Trincas em blocos Trincas em blocos (Figura 4) são trincas conectadas formando uma série de grandes blocos, aproximadamente retangulares. Podem ser provocadas por mudança de volume na mistura asfáltica do revestimento, na base ou no subleito. As causas podem estar associadas a variações no volume de misturas asfálticas com agregados finos e elevado teor de asfalto muito viscoso. A ausência de tráfego também acelera a evolução das trincas em blocos, pois o remoldamento diminui a velocidade de envelhecimento do revestimento (YOSHIZANE, 2006). Figura 4 - Trincas em blocos. Fonte: YOSHIZANE,

24 2.3.3 Trincas nos bordos As trincas nos bordos (Figura 5) são formadas longitudinalmente, a uma distância média de 30 cm da extremidade lateral do pavimento. Podem ocorrer, eventualmente, ramificações em direção ao acostamento. Geralmente são causadas por falta de adequado confinamento lateral do acostamento. Também podem ser causadas por adensamento ou ruptura plástica do material das camadas sob a área trincada, em virtude de drenagem ineficiente ou inexistente (YOSHIZANE, 2006). Figura 5 - Trincas nos bordos. Fonte: YOSHIZANE, Trincas longitudinais Trincas longitudinais (Figura 6) são trincas predominantemente paralelas ao eixo, que ocorrem nas juntas longitudinais de faixas de tráfego contíguas. São causadas, geralmente, por ligação inadequada entre camadas lançadas consecutivamente para formar as faixas de tráfego (YOSHIZANE, 2006). 24

25 Figura 6 - Trincas longitudinais. Fonte: YOSHIZANE, Trincas transversais Trincas transversais (Figura 7) são trincas que atravessam toda a pista perpendicularmente ao eixo, causadas por contração do revestimento e, eventualmente, também da base e sub-base (YOSHIZANE, 2006). Figura 7 - Trincas transversais. Fonte: YOSHIZANE, Panelas Panelas (Figura 8) são cavidades de diversos tamanhos que ocorrem no revestimento resultantes de uma desintegração localizada. Esses pontos de fraqueza do pavimento, 25

26 geralmente causados por aplicação insuficiente de asfalto ou por ruptura da base associada a uma drenagem deficiente, evoluem, sob a ação do tráfego e em presença de água, da fragmentação até a remoção de partes do revestimento e da base (YOSHIZANE, 2006). Figura 8 - Panelas. Fonte: YOSHIZANE, Depressão Depressão (Figura 9) é uma concavidade no pavimento, isto é, uma porção localizada do revestimento, situada em nível pouco mais baixo que o nível médio da superfície que a rodeia. As leves depressões somente são perceptíveis após uma chuva, com o aparecimento de poças d água. As depressões são criadas por defeitos de construção ou são causadas por recalque do terreno de fundação ou de aterro (YOSHIZANE, 2006). Figura 9 - Depressão. Fonte: YOSHIZANE, Deformação permanente nas trilhas de roda A deformação permanente (Figura 10) é um tipo de distorção que se manifesta sob a forma de depressões longitudinais, sendo decorrente da densificação dos materiais ou de ruptura por cisalhamento. As distorções resultam, geralmente, da compactação deficiente 26

27 das camadas do pavimento, excesso de finos na mistura asfáltica, excesso de ligante asfáltico e expansão ou contração das camadas inferiores. A deformação permanente nas trilhas de roda desenvolve-se em pavimentos mal compactados (densificação) ou com baixa estabilidade (YOSHIZANE, 2006). A deformação permanente também é um dos principais defeitos encontrados nos pavimentos flexíveis. Figura 10 - Deformação permanente nas trilhas de roda. Fonte: YOSHIZANE, Corrugação A corrugação (Figura 11) é uma distorção caracterizada pela formação de ondulações transversais na superfície do pavimento asfáltico. Ocorre em locais que apresentam elevados esforços tangenciais, evidenciando uma mistura instável em virtude de problemas de dosagem, como por exemplo, excesso de asfalto, ligante pouco viscoso e mistura com excesso de agregados finos, lisos ou arredondados, ou de problemas construtivos, como por exemplo, excesso de umidade, fraca ligação entre base e revestimento e cura insuficiente das misturas produzidas com emulsões asfálticas ou asfaltos diluídos (YOSHIZANE, 2006). 27

28 Figura 11 - Corrugação. Fonte: YOSHIZANE, Exsudação A exsudação (Figura 12, YOSHIZANE, 2006) é caracterizada por excesso de ligante asfáltico na superfície do pavimento, comprometendo a segurança ao diminuir o coeficiente de atrito pneu-pavimento. O movimento ascendente do asfalto, que resulta na formação de uma película na superfície, ocorre mais frequentemente em países de clima quente, tendo como causas o excesso de ligante, o baixo índice de vazios da mistura e a compactação pelo tráfego (YOSHIZANE, 2006). Figura 12 - Exsudação. Fonte: YOSHIZANE, Desagregação A desagregação (Figura 13) é caracterizada pela corrosão do revestimento do pavimento em virtude da perda da adesão asfalto-agregado, isto é, pela não adesividade do cimento asfáltico ao agregado. É motivada por quebra ou inexistência do vínculo entre o agregado e o cimento asfáltico, devido à presença de poeira ou de agregado sujo; execução da 28

29 obra em condições meteorológicas desfavoráveis e permanência de água na superfície do pavimento, o que provoca a remoção do asfalto pela água e pelo vapor d água (YOSHIZANE, 2006). Figura 13 - Desagregação. Fonte: YOSHIZANE,

30 3 - ESTUDO DE CASO VIÁRIO DO PARQUE OLÍMPICO O estudo de caso será feito na obra do Viário do Parque Olímpico, localizada no Rio de Janeiro, e consiste no acompanhamento de todas as etapas da construção do seu pavimento flexível, mas com enfoque principal no revestimento. Assim, o estudo de caso será divido em: Detalhamento do projeto; Apresentação dos controles tecnológicos realizados nas camadas do pavimento; Seleção de materiais e desenvolvimento do projeto de dosagem de materiais constituintes do revestimento asfáltico; Acompanhamento da preparação e controle tecnológico dos materiais na usina de asfalto e na aplicação do revestimento Descrição da obra A obra do Viário do Parque Olímpico faz parte do conjunto de projetos de mobilidade urbana da Prefeitura do Rio de Janeiro relacionados aos Jogos Olímpicos e Paraolímpicos de Localizada na Barra da Tijuca, no epicentro das principais instalações dos jogos, ela é de suma importância para o tráfego de pessoas envolvidas com o evento, e será mais um legado olímpico, pois oferecerá maior conforto e qualidade de vida à população da cidade. Com prazo de conclusão para o primeiro semestre de 2016 e um investimento inicial de R$ 514,3 milhões, a obra consiste, principalmente, na duplicação da Avenida Salvador Allende e da Avenida Embaixador Abelardo Bueno (trecho entre a Estrada Coronel Pedro Correia e a rótula da Avenida Salvador Allende), ficando a cargo do consórcio vencedor da licitação formado pelas empresas Construcap-CCPS Engenharia e Comércio S/A, e S/A de Obras y Servicios Copasa. Embora faça parte do traçado da Transolímpica, uma via expressa com pistas exclusivas para o BRT, que ligará Recreio dos Bandeirantes a Deodoro, na Zona Oeste da cidade do Rio de Janeiro, a Avenida Salvador Allende foi excluída do lote de obras do corredor. Já o trecho da Avenida Embaixador Abelardo Bueno, não integra o itinerário do Transcarioca, que percorre a parte inicial da avenida e é desviado para a Estrada Coronel Pedro Correia, mas faz uma ligação entre a Transolímpica e a Transcarioca. 30

31 Serão construídas pistas laterais, elevando de duas para cinco faixas de rolamento por sentido, quatro para veículos em geral, proporcionando o aumento da capacidade de tráfego para a região, e uma exclusiva para o BRT (Bus Rapid Transit: Sistema de transporte público baseado no uso de ônibus de tráfego rápido), que facilitará a integração entre a Transolímpica, Transcarioca e Transoeste. Além de duplicar a capacidade viária das pistas, as transformações incluem a construção de terminais de integração, estações de BRT ao longo das vias, e também estão previstas a implantação do sistema de drenagem e a reurbanização da região, com a construção de uma ciclovia ao longo de todas as vias e um projeto de paisagismo que promete dar nova vida ao local. Alguns números do empreendimento: 2 terminais de ônibus e BRT, uma localizada no entroncamento entre as avenidas Salvador Allende e Embaixador Abelardo Bueno (Terminal Olímpico) que irá integrar a Transolímpica e a Transcarioca, e outra no Recreio dos Bandeirantes (Terminal Recreio), que irá que irá integrar a Transolímpica e a Transoeste; 10 estações de BRT, sendo 9 na Salvador Allende e 1 na Abelardo Bueno; 21 Obras de Artes Especiais, pontes e viadutos; 415 mil metros quadrados de asfalto; 68 mil metros quadrados de calçada; 182 mil metros quadrados de canteiros; novas árvores plantas; 133 mil metros quadrados de grama. 3.2 Detalhamento do projeto As Avenidas Salvador Allende e Embaixador Abelardo Bueno são vias arteriais de grande importância local. Localizadas entre a Estrada dos Bandeirantes, Avenida das Américas e Avenida Ayrton Senna, fazem a ligação entre três grandes bairros, Jacarepaguá, Barra da Tijuca e Recreio dos Bandeirantes, sendo fundamental para a mobilidade da região (Figura 14). 31

32 Figura 14 Localização da obra Fonte: Google Maps, acesso em 30 de março de 2016 Devido a esta localização geográfica, verifica-se uma grande circulação de veículos, comprovada através dos seus Volumes Diários de Veículos (VDM), vistos na Tabela 2. Tabela 2 - Volume Diário de Veículos Logradouro Referência VDM Av. Embaixador Abelardo Bueno Altura da Av. Ayrton Senna Av. Embaixador Abelardo Bueno Altura da Av. Salvador Allende Av. Salvador Allende Altura do Portão 3 do Riocentro Fonte: CET-RIO, março de 2013 No dimensionamento do pavimento flexível foi considerado um tráfego previsto de N = 4,26 x 10 7 (N é o número de repetições da carga do eixo padrão de 8,2 t considerado equivalente aos eixos dos veículos comerciais da frota circulante) para um período de projeto de 10 anos Descrição do subleito A região da obra em estudo apresentou um terreno de fundação, subleito, fraco, onde foi encontrado material argiloso saturado, de cor escura, caracterizando a presença de material orgânico, e nível de lençol aflorado. 32

33 Então, diversas soluções geotécnicas tiveram que ser adotadas para a estabilização do solo do subleito e assim alcançar uma condição mecânica admissível para assentar o pavimento. Foram elas: Substituição total da camada de solo mole; Aterro de sobrecarga com geodreno; Jet Grouting; Colunas de brita. Como na maioria das áreas a camada de solo fraco não ultrapassou 3 metros, baseando nas recomendações da norma DNER PRO-381/98, visando melhor técnica e custo, a solução mais utilizada foi a troca de solo, substituindo a camada de solo mole por uma camada de rachão até a cota de implantação do pavimento Estrutura do Pavimento As vias possuirão, ao fim da obra, quatro faixas de pavimento flexível e uma faixa de pavimento rígido, por sentido Pavimento rígido A estrutura do pavimento rígido é composta por uma camada de 50 a 70 cm de rachão sobre o subleito, uma camada de regularização de 10 cm de BGS (brita graduada simples), uma sub-base de 12 cm de CCR (concreto compactado à rolo) e uma placa de concreto de 25 cm, que tem a função de base e revestimento (Figura 15). Figura 15 Estrutura do pavimento rígido Fonte: Autor 33

34 Não haverá aprofundamento sobre a estrutura do pavimento rígido, pois desviaria uma pouco o foco do trabalho, que é voltado para o pavimento flexível Pavimento flexível A estrutura do pavimento flexível é composta por uma camada de 50 a 70 cm de rachão sobre o subleito, uma camada de 16 cm de BGTC (brita graduada tratada com cimento), uma camada de 15 cm de BGS, uma camada intermediária de 5 cm de binder e um revestimento com mistura asfáltica especial do tipo SMA (Stone Matrix Asphalt) de 5 cm de espessura (Figura 16). As camadas serão detalhadas na seção 3.3. Figura 16 Estrutura do pavimento flexível Fonte: Autor Observando a estrutura deste pavimento, percebe-se que se trata de um pavimento semirrígido, também chamado de pavimento invertido. Nele, a camada de BGS, apesar de ser chamada de base no projeto, não tem a função estrutural de uma base, cabendo a camada de BGTC fazer este papel. Ao ser aplicada em camada de base, a BGTC, devido à cura do cimento, apresenta retração que leva ao aparecimento de fissuras e trincas, e estes problemas podem refletir no revestimento asfáltico. Por este motivo, emprega-se uma camada de BGS entre o revestimento asfáltico e a camada de BGS para inibir a reflexão de trincas de retração da base de BGTC para o revestimento. Vale ressaltar que a camada de BGS, para que o pavimento tenha um bom desempenho, deve estar perfeitamente intertravada, ou seja, deve estar bem compactada, pois caso contrário a BGS terá sua resistência reduzida, não dando suporte ao revestimento, 34

35 fazendo com que o pavimento apresente problemas de trincamento e/ou afundamentos na superfície, podendo provocar o colapso da estrutura. Outro ponto a se observar, é a utilização de misturas asfálticas mornas (em inglês, Warm Mix(es) Asphalt WMA). As misturas asfálticas mornas são misturas que, geralmente, utilizam aditivos químicos para diminuir as temperaturas de produção e aplicação em aproximadamente 30 C, em relação às misturas a quente convencionais, mantendo as mesmas características. O uso de misturas mornas traz importantes benefícios, como: Menor emissão de poluentes atmosféricos; Melhoria no ambiente de trabalho na pavimentação; Diminuição do consumo energético; Menor envelhecimento do asfalto; Menor dificuldade de aplicação em épocas ou locais de clima frio; e maior habilidade de transporte por longas distâncias Camadas do Pavimento Flexível Camada de Rachão A camada de rachão, ou pedra de mão, é uma camada de material granular de grandes dimensões, de 76 mm a 25 cm, compactada, com os agregados firmemente entrosados, e os vazios preenchidos por agregado miúdo. Suas características são bem próximas as do Macadame Hidráulico e seco, pois possuem forma de execução semelhante, mas se diferem na granulometria do agregado graúdo, que não se enquadra nas faixas granulométricas do macadame, já que o rachão possui dimensões maiores. Como não há a utilização de água na compactação do pó de pedra para preenchimento dos vazios na camada de rachão, ela se aproxima mais do macadame seco Detalhamento do projeto Devido à baixa capacidade de suporte do subleito, conforme apresentado no item 3.2.2, a camada de rachão substitui a camada de solo mole removida, com a função de reforço do subleito, tendo em média de 50 cm a 70 cm de espessura, mas em alguns pontos chegou a atingir quase 3 metros. Materiais utilizados: 35

36 o Rachão (agregado graúdo); o Pó de pedra (agregado miúdo material de enchimento). A pedra de mão e o pó de pedra utilizados são provenientes de pedreiras de granito, localizadas próximas a obra. Equipamentos utilizados: o Escavadeira; o Caminhão basculante; o Motoniveladora com escarificador - Patrol ; o Trator de esteira; o Rolo compactador liso, pé de carneiro e de pneu. Sequência de execução: o Com a utilização da escavadeira, a camada de solo mole é removida e encaminhada para o bota-fora, transportada por caminhões basculantes; o Em seguida, caminhões basculantes carregados de rachão descarregam o material na área onde o solo mole foi removido, ele é espalhado e acertado utilizando escavadeiras, tratores de esteiras e motoniveladoras (Figura 17) até a cota estabelecida em projeto, criando uma camada de espessura uniforme; Figura 17 Espalhamento do rachão com a motoniveladora Fonte: Autor 36

37 o Com o material espalhado e acertado, é feita a compactação da camada com rolo compactador liso e pé de carneiro, até que se consiga um bom entrosamento do agregado; o No próximo passo, o pó de pedra é descarregado por caminhões basculantes, espalhado pela motoniveladora, sobre a camada de rachão, e compactado pelo rolo liso e de pneu para que o agregado miúdo penetre e preencha os vazios existentes na camada de rachão a fim de travar o esqueleto sólido (Figura 18). Figura 18 Compactação da camada de rachão com o rolo vibratório liso Fonte: Autor Com a camada de rachão finalizada, é feito o controle geométrico, onde são verificadas a largura da plataforma e a cota do greide de projeto Controle Tecnológico Ensaio realizado para a camada de rachão: Determinação das deflexões pela viga Benkelman (DNER-ME 024/94). Este ensaio é realizado pelo laboratório do Consórcio, e seus resultados são encaminhados a engenharia e a fiscalização da obra. Os resultados do ensaio que serão apresentados, são de um trecho escolhido aleatoriamente Determinação das deflexões pela viga Benkelman Realizado após a camada finalizada, o ensaio com a viga Benkelman é o teste de campo mais familiar aos profissionais da área de pavimentação, para avaliação da capacidade estrutural do pavimento através de medições das deflexões dos pavimentos sob 37

38 condições de carregamento. Este teste é bastante simples, de baixo custo e de fácil execução. A viga Benkelman é composta essencialmente de uma parte fixa que é apoiada por meio de três pés reguláveis, e uma viga móvel acoplada a parte fixa por meio de uma articulação, ficando uma extremidade em contato com o pavimento e a outra acionando um extensômetro com precisão de milímetros. Execução do ensaio (Figura 19): o A viga é colocada em posição longitudinal em relação ao eixo da pista, com a ponta de prova a meia-distância das rodas do semi-eixo traseiro simples de rodas duplas do caminhão com pneus calibrados à pressão de 0,55Mpa (5,6kgf/cm2 ou 80lb/pol2) e carga de 80KN (8,2tf) no eixo traseiro simples; o Com o caminhão posicionado e a viga ajustada, é feita a leitura inicial (L0) no extensômetro (em 1/100mm); o Em seguida o caminhão se desloca 10 metros para frente, e é feita a leitura final (Lf); o Com os valores de L0, Lf, e da constante da viga (a/b=2), que no caso é igual a 2, calcula-se a deflexão (D) pela expressão abaixo: =( ) o Este ensaio é realizado de estaca em estaca, variando o local entre bordo direito (BD), eixo (EX) e bordo esquerdo (BE). 38

39 Figura 19 Teste da viga Benkelman Fonte: Autor A Tabela 3 mostra os resultados obtidos em um trecho ensaiado. Tabela 3 Resultados de ensaio com a viga Benkelman Estaca Posição L 0 L f (a/b) D 1939 BE EX BD EX BE Como a Deflexão Máxima de projeto, para a camada de rachão, é igual a 136 (0,01mm), o trecho ensaiado foi aprovado Camada de BGTC A brita graduada tratada com cimento (BGTC) tem sido bastante utilizada em pavimentos de vias de alto volume de tráfego, geralmente como base de pavimentos com revestimentos asfálticos, porém também é empregada como base de pavimentos intertravados ou sub-base de pavimentos de concreto. A granulometria da BGTC é muito semelhante a da brita graduada simples (BGS). Tratase de uma mistura de agregados minerais, cimento Portland e água. A mistura de 39

40 agregados é constituída de produtos de britagem de rocha sã, e a quantidade de cimento representa entre 3% a 5% do peso seco da mistura. A dosagem e a mistura devem ser feitas em usina, mas a água pode ser incorporada na própria pista. A compactação é realizada mediante rolagem com vibração ou não, imediatamente após a distribuição na pista, que é feita de preferência por vibroacabadora, mas também pode ser espalhada utilizando uma motoniveladora Detalhamento do projeto Materiais utilizados: o Mistura de agregados Faixa C DNIT; Tabela 4 Faixas granulométricas Fonte: DNER 141/2010-ES o Cimento Portland CP III 40 RS 4,5% da mistura; o Água; Na obra em estudo, a BGTC é produzida por uma usina localizada em uma pedreira de granito da região, e o agregado da mistura é da própria pedreira. Equipamentos utilizados: o Caminhão basculante; o Motoniveladora com escarificador Patrol ; o Rolo compactador liso e de pneu. 40

41 Sequência de execução: o Os caminhões basculantes descarregam a BGTC na pista, sobre a camada de rachão executada, formando pilhas de material; o A motoniveladora espalha e regulariza a camada para que após a compactação ela esteja uniforme e na cota de projeto; o Por fim, a compactação é realizada com o rolo compactador liso seguida com o rolo de pneu (Figura 20). Figura 20 Compactação da camada de BGTC com o rolo vibratório liso Fonte: Autor Com a camada de BGTC finalizada, é feito o controle geométrico, onde são verificadas a largura da plataforma, a espessura da camada e a cota do greide de projeto Controle Tecnológico Ensaios realizados para a camada de BGTC: Determinação das deflexões pela viga Benkelman (DNER-ME 024/94); Análise Granulométrica (DNER-ME 083/98); Determinação da massa específica aparente in situ com emprego do frasco de areia (NBR 7185 e DNER-ME 092/94); Ensaio de compressão de corpos-de-prova cilíndricos (NBR 5739). Estes ensaios são realizados pelo laboratório do Consórcio, e seus resultados são encaminhados a engenharia e a fiscalização da obra. 41

42 Os resultados dos ensaios que serão apresentados, são de um trecho escolhido aleatoriamente Determinação das deflexões pela viga Benkelman (DNER-ME 024/94) O teste de viga Benkelman para a camada de BGTC segue o mesmo procedimento realizado para a camada de rachão, descrita no item A tabela 5 mostra os resultados obtidos em um trecho ensaiado. Tabela 5 Resultados de ensaio viga Benkelman Estaca Posição L 0 L f (a/b) D 1939 BD EX BE EX BD Como a Deflexão Máxima de projeto, para a camada de BGTC, é igual a 90 (0,01mm), o trecho ensaiado foi aprovado Análise Granulométrica (DNER-ME 083/98) Este ensaio é realizado para verificar a granulometria do material, e conferir se ela está enquadrada na faixa determinada do projeto. Para determiná-la é feito o peneiramento de uma amostra do material, fazendo-o passar por uma série de peneiras empilhadas, com malhas de aberturas decrescentes, obtendo o peso retido em cada uma. 42

43 Figura 21 Análise granulométrica Fonte: ODA, 2014 Com os pesos retidos nas peneiras, calcula-se a porcentagem passante, em relação ao peso da amostra, em cada peneira. Para o trecho entre as estacas 1939 a 1945 foi coletada uma amostra de 1042,60 g da BGTC, obtendo os resultados apresentados na Tabela 6 para este ensaio: Tabela 6 Resultado da granulometria da BGTC Peneiras Faixa C DNIT % Passante 2 50,8 mm ,0 1 ½ 38,1 mm ,0 1 25,4 mm ,0 3/8 9,5 mm ,2 Nº 4 4,8 mm ,9 Nº 10 2,00 mm ,6 Nº 40 0,42 mm ,2 Nº 200 0,074 mm ,1 43

44 A partir da análise granulométrica foi verificado o enquadramento do material na Faixa C do DNIT, conforme mostrado no Gráfico 1. Gráfico 1 Curva granulométrica da BGTC Determinação da massa específica aparente in situ com emprego do frasco de areia (NBR 7185 e DNER-ME 092/94) Ensaio de campo realizado após a finalização da camada, onde uma amostra da mesma é coletada para se determinar a massa específica aparente in situ, e comparar com o material ensaiado em laboratório anteriormente (CBR), a fim de conferir se a camada atingiu o grau de compactação e sua umidade ótima. Para o trecho entre as estacas 1939 e 1945, foi coletada uma amostra na estaca central do trecho, estaca 1942, e os valores obtidos são apresentados na Tabela 7. Tabela 7 Resultados do ensaio de GC da camada de BGTC Massa específica aparente in situ 2,350 g/cm³ Umidade 7,6 % Massa específica seca máxima 2,162 g/cm³ Umidade ótima 7,9 % Massa específica seca in situ 2,183 g/cm³ Grau de compactação 101,0 % 44

45 Como o projeto exige grau de compactação maior que 100% e o desvio de umidade em relação a ótima de ±1%, o trecho ensaiado foi aprovado Determinação da resistência à compressão de corpos de prova cilíndricos (NBR 5739) Ensaio realizado para determinar a resistência à compressão do material, através do rompimento de um corpo de prova cilíndrico, utilizando uma prensa mecânica que aplica uma força axial. Na execução do trecho entre as estacas 1939 e 1945 foi coletado material para moldagem de 4 corpos de prova, sendo 2 para rompimento com 7 dias e 2 para rompimento com 28 dias. A Tabela 8 mostra os resultados. Tabela 8 Resultados do ensaio de resistência à compressão da BGTC Corpo de prova Idade f ck 1 7 dias 3,08 MPa 2 7 dias 3,01 Mpa 3 28 dias 4,69 MPa 4 28 dias 4,62 MPa A resistência à compressão de projeto, f ck, deve ser maior do que 3,5 MPa, portanto o trecho foi aprovado Camada de BGS A BGS é utilizada em bases e sub-bases de pavimentos flexíveis e rígidos. A partir da década de 60 começou a substituir o macadame hidráulico. Pela definição do DNIT, brita graduada simples (BGS) é uma mistura em usina, de produtos de britagem de rocha sã que, nas proporções adequadas, resulta no enquadramento em uma faixa granulométrica contínua que, corretamente compactada, resulta em um produto final com propriedades adequadas de estabilidade e durabilidade. A BGS é um material bem graduado, com diâmetro nominal de no máximo 38,0 mm, sendo mais usuais diâmetros nominais menores (25,0 mm ou 19,0 mm) e possui poucos finos passantes na peneira 200 (0,075 mm), entre 3 e 9%. Da mesma forma que a BGTC, dosagem e a mistura devem ser feitas em usina, mas a água pode ser incorporada na própria pista. A compactação é realizada mediante 45

46 rolagem com vibração ou não, imediatamente após a distribuição na pista, que é feita de preferência por vibroacabadora, mas também pode ser espalhada utilizando uma motoniveladora Detalhamento do projeto Materiais utilizados: o Mistura de agregados Faixa C DNIT (Tabela 9); Tabela 9 Faixas granulométricas para BGS o Água. Fonte: DNER 141/2010-ES A BGS é produzida por uma usina localizada em uma pedreira de granito da região, e o agregado da mistura é da própria pedreira. Mesma fornecedora da BGTC. Equipamentos utilizados: o Caminhão basculante; o Motoniveladora com escarificador Patrol ; o Rolo compactador liso e de pneu. Sequência de execução: o Os caminhões basculantes descarregam a BGS na pista, sobre a camada de BGTC executada, formando pilhas de material; o A motoniveladora espalha e regulariza a camada para que após a compactação ela esteja uniforme e na cota de projeto (Figura 22); 46

47 Figura 22 Espalhamento da BGS com motoniveladora Fonte: Autor o A compactação é realizada com o rolo compactador liso e finalizada com o rolo de pneu (Figura 23). Figura 23 Compactação da camada de BGS com rolo de pneu Fonte: Autor Com a camada de BGS finalizada, é feito o controle geométrico, onde são verificadas a largura da plataforma, a espessura da camada e a cota do greide de projeto (Figura 24). 47

48 Figura 24 Verificação da cota do greide durante o espalhamento da BGS Fonte: Autor Controle tecnológico Ensaios realizados para a camada de BGS: Determinação das deflexões pela viga Benkelman (DNER-ME 024/94); Análise Granulométrica (DNER-ME 083/98); Ensaio de compactação (DNIT 164/2013-ME) e Índice de Suporte Califórnia (DNER-ME 049/94) Determinação da massa específica aparente in situ com emprego do frasco de areia (NBR 7185); Ensaio do equivalente de areia (DNER-ME 054/97); Estes ensaios são realizados pelo laboratório do Consórcio, e seus resultados são encaminhados à engenharia e à fiscalização da obra. Os resultados dos ensaios que serão apresentados, são de um trecho escolhido aleatoriamente Determinação das deflexões pela viga Benkelman (DNER-ME 024/94) O teste de viga Benkelman para a camada de BGS segue o mesmo procedimento realizado para a camada de rachão, descrita no item A Tabela 10 mostra os resultados obtidos em um trecho ensaiado. 48

49 Tabela 10 Resultados das deflexões com a viga Benkelman Estaca Posição L 0 L f (a/b) D 1939 BE EX BD EX BE Como a Deflexão Máxima de projeto, para a camada de BGS, é igual a 70 (0,01mm), o trecho ensaiado foi aprovado Análise granulométrica (DNER-ME 083/98) A análise granulométrica para a camada de BGS segue o mesmo procedimento realizado para a camada de BGTC, descrita no item Para o trecho entre as estacas 1939 a 1945 foi coletada uma amostra de 5843,20 g da BGS, obtendo os resultados apresentados na Tabela 11. Tabela 11 Resultados da análise granulométrica Peneiras Faixa C DNIT % Passante 2 50,8 mm ,0 1 ½ 38,1 mm ,0 1 25,4 mm ,0 3/8 9,5 mm ,3 Nº 4 4,8 mm ,1 Nº 10 2,00 mm ,0 Nº 40 0,42 mm ,8 Nº 200 0,074 mm ,2 A partir desta análise granulométrica foi verificado o enquadramento do material na Faixa C DNIT, conforme apresentado no Gráfico 2. 49

50 Faixa C DNIT 0,074 0,42 2,00 4,76 9,5 50, /8" 2" Gráfico 2 - Curva granulométrica da BGS Ensaio de compactação (DNIT 164/2013-ME) e Índice de Suporte Califórnia (DNER-ME 049/94) O ensaio de compactação é realizado para determinar o teor de umidade ótima correlacionada ao peso específico seco máximo do material, através da compactação de uma amostra em um cilindro com volume conhecido, variando sua umidade. A energia de compactação pode ser realizada em três níveis: normal, intermediária e modificada, sendo a modificada a adotada na execução do ensaio na obra. Para o trecho entre as estacas 1939 e 1945, os resultados obtidos são apresentados na Tabela 12 e Gráfico 3. Tabela 12 Determinação da umidade ótima da BGS Corpo de prova Umidade (%) 4,7 5,9 8,0 9,9 11,1 Densidade solo seco 1,908 2,016 2,108 2,028 1,928 50

51 2,200 Compactação 2,100 Densidade (g/cm3) 2,000 1,900 1,800 1, Umidade (%) Gráfico 3 - Determinação da umidade ótima da BGS O ensaio do Índice de Suporte Califórnia (California Bearing Ratio CBR) determina a expansão do material quando ele estiver saturado, e o valor de CBR, capacidade de suporte do solo, que é calculado pela relação, em porcentagem, entre a pressão necessária para produzir uma penetração de um pistão padronizado num corpo de prova do material, e a pressão necessária para produzir a mesma penetração numa mistura padrão de brita estabilizada granulometricamente. O ensaio pode ser realizado utilizando um, três ou os cincos cilindros do ensaio de compactação. Para este ensaio foram usados 3 corpos de prova do ensaio de compactação, chegando aos resultados apresentados na Tabela 13. Tabela 13 Resultados ensaio ISC da BGS Índice de Suporte Califórnia (CBR) 98,80 % Expansão 0,00 % O projeto pede CBR maior ou igual a 80% e expansão menor ou igual a 0,3%, portanto o trecho foi aprovado. 51

52 Determinação da massa específica aparente in situ com emprego do frasco de areia (NBR 7185 e DNER-ME 092/94) Assim como foi feito para a camada de BGTC, item , este ensaio é realizado para a camada de BGS. Para o trecho entre as estacas 1939 e 1945 foi coletada uma amostra na estaca 1943, e os valores obtidos são apresentados na Tabela 14. Tabela 14 Resultados do ensaio de GC da camada de BGS Massa específica aparente in situ 2,299 g/cm³ Umidade 8,7 % Massa específica seca máxima 2,108 g/cm³ Umidade ótima 8,0 % Massa específica seca in situ 2,114 g/cm³ Grau de compactação 100,3 % Como o projeto exige grau de compactação maior que 100% e o desvio de umidade em relação a ótima de ±1%, o trecho ensaiado foi aprovado Ensaio do Equivalente de areia (DNER-ME 054/97) O ensaio do equivalente de areia determina a limpeza do material, verificando a presença de material plástico na mistura da BGS. Na execução do trecho entre as estacas 1939 a 1945, foi coletada uma amostra e realizados 3 ensaios. Os resultados obtidos são mostrados na Tabela 15 e no Gráfico 4. Tabela 15 Resultados do ensaio do equivalente de areia Ensaio 1 Ensaio 2 Ensaio 3 Média 79 % 77 % 79 % 78,3 % A média obtida foi acima do valor mínimo exigido no projeto, 55%, portanto o trecho foi aprovado para este ensaio. 52

53 100% 90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0% 79% Equivalente de areia 1 Equivalente de areia 2 Equivalente de areia 3 77% 79% 79% Gráfico 4 Resultados do ensaio do equivalente de areia Imprimação Imprimação é a aplicação de material asfáltico de baixa viscosidade sobre a superfície da camada de BGS concluída (Figura 25), para obtenção de coesão superficial, impermeabilização e condições de aderência entre esta e a camada de binder a ser executada. Com foco na sustentabilidade, na obra em estudo, a imprimação é feita com Emulsão Asfáltica Especial (CM - Imprimação), que é à base de água, diferente do CM-30 que é constituído por 50% de cimento asfáltico de petróleo e 50% de solvente de petróleo. E também, além de não agredir o meio ambiente, a cura do CM - Imprimação é mais rápida, devido à evaporação da água, e apresenta desempenho similar na absorção na base, em relação ao CM Detalhamento do projeto Material utilizado: o Emulsão Asfáltica Especial (CM Imprimação). Equipamento utilizado: o Caminhão espargidor com pulverizador. Sequência de execução: o A camada de BGS deve estar limpa, livre de materiais soltos. Caso seja necessário, podem ser usadas vassouras mecânicas rotativas ou vassouras 53

54 comuns, ou até jato de ar comprimido, para a limpeza da pista. No caso da camada estiver muito seca e empoeirada, pode-se umedecer ligeiramente antes da distribuição do ligante, o A aplicação do asfalto diluído é feita, a uma taxa de 0,8 a 1,6 l/m², através do uso do caminhão espargidor com pulverizador. o Deve-se tomar o cuidado para que não se forme poças ou falhas na superfície imprimada, verificando a homogeneidade da aplicação. Figura 25 Imprimação da camada de BGS Fonte: Autor Controle Tecnológico O único controle realizado é o da taxa de aplicação (T). Este ensaio é realizado pelo laboratório do Consórcio, e seus resultados são encaminhados à engenharia e à fiscalização da obra. O resultado do ensaio que será apresentado, é de um trecho escolhido aleatoriamente. 54

55 Durante a aplicação do ligante é colocada uma bandeja, de peso (P 1) e área (A) conhecidos, que coleta o ligante asfáltico. Após a cura da imprimação, a bandeja é pesada obtendo (P 2), e assim calculada a taxa de resíduo (TR). = ( ) Com o valor de TR, se obtém a Taxa de Aplicação (T) do material asfáltico, em função da porcentagem de resíduo verificada no ensaio de laboratório. Para o trecho entre as estacas 165 e 167, com uma bandeja colocada no bordo esquerdo da estaca 166, chegou-se a taxa de aplicação de 1,220 l/m², ficando dentro do limite estabelecido pelo projeto, de 0,8 a 1,6 l/m² Pintura de ligação A pintura de ligação é a aplicação de ligante asfáltico sobre a camada de BGS imprimada, caso ela tenha ficada exposta ao tráfego, e também sobre a camada de binder, para que haja aderência BGS-binder e binder-sma Detalhamento do Projeto Material utilizado: o Emulsão Asfáltica Catiônica tipo RR-1C ou RR-1C diluída 1:1 com água. Equipamento utilizado: o Caminhão espargidor com pulverizador. Sequência de execução: o Mesma execução da imprimação, diferenciando somente na taxa de aplicação que deve estar entre 0,8 e 1,2 l/m² Controle Tecnológico Assim como na imprimação, só é realizado o controle da taxa de aplicação, porém o método utilizado é o da pesagem do caminhão. Este ensaio é realizado pelo laboratório do Consórcio, e seus resultados são encaminhados à engenharia e à fiscalização da obra. O resultado do ensaio que será apresentado, é de um trecho escolhido aleatoriamente. 55

56 O caminhão é pesado antes e depois da aplicação. Com o valor da diferença entre os pesos (P 1 P 2), o valor da área (A) executada e a densidade do material, considerada igual a 1,00 kg/m³, calcula-se a taxa de aplicação (T). = ( ) 1,00 Para o trecho entre as estacas 165 e 167, chegou-se a taxa de aplicação de 1,16 l/m² na pintura realizada sobre a camada de BGS, ficando dentro do limite estabelecido pelo projeto, de 0,8 a 1,2 l/m² Camada de Binder A camada de binder é uma camada de Concreto Asfáltico, também chamado de Concreto Betuminoso Usinado a Quente (CBUQ). Trata-se de uma mistura usinada a quente, composta de agregado mineral graduado, material de enchimento (filler) e cimento asfáltico de petróleo, espalhada e compactada a quente. É a camada inferior do revestimento do pavimento, que é subdivido em duas, camada de ligação ou intermediária (binder), e camada de rolamento ou simplesmente capa. Essa subdivisão do revestimento normalmente é feita, para fins de execução, quando a espessura de projeto do revestimento ultrapassa 70 mm Detalhamento do Projeto Mistura Asfáltica A mistura asfáltica escolhida para a camada de binder foi o concreto asfáltico com asfalto polímero, na faixa granulométrica B, definido pela norma DNER-ES 385/99. Sua composição deve satisfazer os requisitos da tabela com as respectivas tolerâncias no que diz respeito à granulometria e aos percentuais de cimento asfáltico, e através do ensaio Marshall, devem ser determinadas suas características que atendam as especificações das Tabelas 16 e

57 Tabela 16 Faixa granulométrica para o binder - Faixa B - DNIT Peneiras Faixa B DNIT 1 ½ 38,1 mm ,4 mm /4 19,1 mm /8 9,5 mm Nº 4 4,76 mm Nº 10 2,00 mm Nº 40 0,42 mm Nº 80 0,18 mm 8 20 Nº 200 0,075 mm 3 8 Tabela 17 Características e requisitos de projeto do binder - Faixa B - DNIT Características Requisitos Teor de ligante 4% a 7% Volume de vazios (Vv) 4% a 6% Relação betume-vazios (RBV) 65% a 72% Estabilidade mínima 500kgf (75 golpes) Fluência (0,1) 2,0 a 4,5 mm Materiais Material Asfáltico O material asfáltico é o mesmo utilizado para o SMA, o CAPFLEX 80 com o aditivo AD- WARM. As propriedades do ligante encontram-se na Tabela Materiais Pétreos Os agregados (brita 1, brita 0 e pó de pedra) foram obtidos da pedreira de granito, da Ibrata Mineração, localizada no bairro de Vargem Pequena, Rio de Janeiro-RJ. A Tabela 18 apresenta as características granulométricas dos materiais pétreos empregados na produção do binder e a Tabela 19 apresenta os resultados dos ensaios de abrasão Los Angeles e equivalente de areia. 57

58 Tabela 18 Granulometria dos materiais pétreos Peneiras Brita 1 Brita 0 Pó de Pedra 1 ½ 38,1 mm 100,0 100,0 100,0 1 25,4 mm 100,0 100,0 100,0 3/4 19,1 mm 96,1 100,0 100,0 3/8 9,5 mm 6,1 81,9 100,0 Nº 4 4,76 mm 2,4 8,3 100,0 Nº 10 2,00 mm 1,9 0,8 79,3 Nº 40 0,42 mm 1,2 0,5 29,7 Nº 80 0,18 mm 0,9 0,4 15,0 Nº 200 0,074 mm 0,6 0,4 8,4 Tabela 19 Resultados dos ensaios de Abrasão Los Angeles e equivalente de areia Ensaio Especificação Resultado Abrasão Los Angeles < 55 % 56,0 % Equivalente de areia > 55 % 66,2 % Dosagem Assim como no SMA, foi usado o método das tentativas para definir a porcentagem de cada agregado usado na composição do binder que atenda a faixa especificada. A proporção de cada material obtida pelo método das tentativas é apresentada na Tabela 20. Tabela 20 Proporção de agregados do binder Agregados % de agregados Brita 1 35,0 % Brita 0 14,0 % Pó de pedra 51,0 % Com essas proporções foi definida a granulometria da mistura, conforme apresentados na Tabela 21 e no Gráfico 5. 58

59 Tabela 21 Granulometria da mistura de agregados do binder Peneiras Faixa B DNIT Mistura Faixa de Trabalho 1 ½ 38,1 mm ,0 100,0 100,0 1 25,4 mm ,0 100,0 100,0 3/4 19,1 mm ,6 91,6 100,0 3/8 9,5 mm ,6 57,6 71,6 Nº 4 4,76 mm ,0 48,0 58,0 Nº 10 2,00 mm ,2 36,2 45 Nº 40 0,42 mm ,6 10,6 20,6 Nº 80 0,18 mm ,0 8,0 11,0 Nº 200 0,075 mm 3 8 4,6 3,0 6, Faixa especificada Série3 Limite Inferior - Trabalho Gráfico 5 - Curva granulométrica do binder O teor de ligante de 4,50 % foi determinado pelo método Marshall, que terá seu procedimento detalhado no item , visto que o método também foi usado na dosagem do SMA. Diferente do SMA, a compactação dos CP s é feita com 75 golpes por face. A Tabela 22 apresenta um resumo da dosagem Marshall do binder. 59

60 Tabela 22 Resumo da dosagem Marshall do binder Teor de ligante 4,5 % Densidade teórica 2,481 g/cm³ Densidade aparente 2,360 g/cm³ Volume de vazios (VV) 4,9 % Vazios do agregado mineral (VAM) 15,0 % Relação betume vazios (RBV) 67,5 % Estabilidade 1178 kgf Fluência (0,1) 2,8 mm Vazios com betume (VCB) 10,1 % Usinagem O binder é produzido em uma usina volumétrica, Drum Mix móvel, de propriedade do Consórcio, instalada na pedreira que fornece os agregados. Maiores detalhes da usina e da produção das misturas asfálticas são dados no item Equipamentos utilizados Caminhão Basculantes; Vibroacabora; Rolos vibratórios de chapa e de pneus; Ferramentas manuais (pás, rastelos, etc) Sequência de execução Transporte da mistura asfáltica da usina até o local de aplicação é feito por caminhões basculantes; Antes da distribuição e compactação da mistura asfáltica é realizada uma pintura de ligação, conforme falado no item 3.3.5; O espalhamento do material sobre a pista é realizado por uma vibroacabora (Figura 26); 60

61 Figura 26 Espalhamento do binder Fonte: Autor Por fim, é feita a compactação com rolos de chapa vibratória e de pneus (Figura 27). Figura 27 Compactação com rolo de chapa Fonte: Autor 61

62 Controle tecnológico Os controles realizados para a camada de binder são: Controle das temperaturas dos agregados (no secador), do ligante (no tanque de estocagem) e da mistura (na saída do misturador e durante o espalhamento); Controle das características Marshall da mistura (estabilidade, volume de vazios, relação betume-vazios e fluência), com a realização do ensaio Marshall em 3 corpos de prova moldados com material colhido na saída do misturador; Controle do teor de ligante, através da extração de betume dos corpos de prova, usando o extrator centrífugo Rotarex; Controle da granulometria da mistura, após a extração do betume; Controle de compactação, através da comparação da densidade aparente de projeto com a de um corpo de prova extraído por uma sonda rotativa; Controle geométrico, onde são verificados o acabamento da superfície e a espessura de projeto. Os ensaios são realizados pelo laboratório do Consórcio, e seus resultados são encaminhados a engenharia e a fiscalização da obra. Os resultados dos ensaios que serão apresentados, são de um trecho escolhido aleatoriamente. Estes controles também são realizados para a camada de SMA, portanto serão mais detalhados somente no item Os resultados do material coletado durante a produção do binder para execução do trecho entre as estacas 2059 e 2073 são apresentados nas Tabelas 23, 24 e 25. Tabela 23 Características, requisitos e resultados da dosagem Marshall do binder Características Projeto Requisitos Resultado Ensaio Estabilidade (kgf) 1200 > Fluência (0,1 mm) 2,8 2,0 a 4,5 4,2 V.v. (%) 4,9 4 a 6 5,3 RBV (%) 67,3 65 a 72 65,9 62

63 Tabela 24 Resultados do ensaio de teor de ligante do binder Características Projeto Requisitos Resultado Ensaio Teor de ligante (%) 4,5 4,5 ± 0,3 4,55 Tabela 25 Resultados da granulometria do binder Peneiras Faixa de trabalho Resultado Ensaio 1 ½ 38,1 mm 100,0 100, ,4 mm 100,0 100, /4 19,1 mm 91,6 100,0 97,6 3/8 9,5 mm 57,6 71,6 71,4 Nº 4 4,76 mm 48,0 58,0 53,6 Nº 10 2,00 mm 36, ,8 Nº 40 0,42 mm 10,6 20,6 13,6 Nº 80 0,18 mm 8,0 11,0 8,9 Nº 200 0,075 mm 3,0 6,5 4,6 A Tabela 26 apresenta os resultados do controle de compactação do trecho entre as estacas 2052 e A densidade aparente de projeto foi de 2,360 g/cm³. A especificação exige G.C. > 97%. Os ensaios são realizados pelo laboratório do Consórcio. Tabela 26 Resultados do ensaio de GC da camada de binder CP Estaca Densidade (g/cm³) Grau de compactação ,322 98, , , ,311 97, ,328 98, ,316 98, ,287 96, ,343 99, ,324 98, Camada de SMA O SMA foi aplicado na última camada do pavimento, na camada de rolamento ou, simplesmente capa. O SMA (Stone Mastic Asphalt, terminologia mais utilizada na Europa, ou Stone Matrix, terminologia mais utilizada nos EUA) é um tipo de mistura asfáltica especial, executada a quente em usina apropriada, composta de agregados graúdos e miúdos, material de enchimento (filler), fibras e ligante asfáltico modificado por polímero ou asfalto-borracha. 63

64 A mistura asfáltica SMA possui granulometria descontínua, composta por uma elevada fração (entre 70% e 80%) de agregados graúdos britados de alta qualidade, uma rica massa de ligante/filler (10% passando na peneira nº 200), chamada de argamassa ou mastique, e aproximadamente 4% de volume de vazios. Essa mistura forma um esqueleto de alta estabilidade devido ao contato pedra a pedra e geralmente consomem de 1 a 1,5% a mais de cimento asfáltico quando comparadas às misturas de concreto asfáltico convencional. Por ser uma mistura rica em ligante asfáltico (acima de 6%), é formada uma película asfáltica mais espessa, que associada à impermeabilidade, dificulta a oxidação do ligante e retarda seu envelhecimento. Mas por outro lado, há uma tendência ao escorrimento do ligante durante a usinagem, estocagem, transporte e aplicação da mistura, e para inibir o escorrimento, são adicionadas fibras a mistura, sendo a de celulose a mais utilizada. Em relação as suas características de desempenho, possui boa resistência à deformação permanente (devido ao contato pedra-pedra), bom desempenho quanto ao aparecimento de trincas por fadiga e ao desgaste (devido à maior espessura da película de asfalto), boa estabilidade a elevadas temperaturas, boa flexibilidade a baixas temperaturas, elevada resistência ao desgaste e elevada adesividade entre agregados minerais e o ligante. Além disso, em função da sua macroestrutura mais rugosa, o SMA promove uma melhoria das características funcionais da via melhorando a aderência em pistas molhadas (aumento da resistência a derrapagem), a drenagem superficial da água de chuva (redução da espessura da película de água entre os pneus e a sua superfície), reduzindo o spray, ou esborrifo de água, a reflexão da luz em condições de pista molhada (melhora das condições de visibilidade), e também, reduzindo o ruído do tráfego. Sua aplicação é recomendada para vias de tráfego pesado, com alta frequência de caminhões, interseções, áreas de carregamento e descarregamento de cargas, rampas, pontes, paradas e faixas de ônibus, pistas de aeroportos, estacionamentos e portos Detalhamento do Projeto Mistura Asfáltica A mistura asfáltica SMA é composta por agregados graúdos (Brita 16 mm), pó de pedra, filler, fibra de celulose e ligante asfáltico modificado por polímero (CAPFLEX 80). 64

65 A faixa granulométrica adotada é a D11 da norma europeia (EAPA, 1998), apresentada na tabela, e as características e requisitos definidos pelo projetista estão na Tabela 27. Tabela 27 Faixa granulométrica para o SMA Peneiras SMA Faixa D11 3/4" 19,1 mm 100 1/2" 12,5 mm /16 8 mm Nº 4 4,75 mm Nº 10 2 mm Nº 200 0, Tabela 28 Características e requisitos de projeto do SMA Características Requisitos Fibra de celulose 0,3% a 0,5%, na mistura Teor de ligante 6% a 7% Volume de vazios (Vv) 3% a 5% VAM 17% RBV 70% a 80% Estabilidade 500 kgf Fluência (0,1) 2,0 a 4,5 mm Resistência Tração diametral 6 kgf Escorrimento máximo 0,3% Materiais Material asfáltico O material asfáltico utilizado é o CAPFLEX 80, cimento asfáltico de petróleo modificado com polímeros, com o aditivo AD-WARM, produzido pela BR Distribuidora, na Fábrica de Emulsões Asfálticas de Duque de Caxias FASDUC. O AD-WARM permite a usinagem da massa asfáltica em temperaturas até 30 C inferiores às de um processo convencional. Com isso, se reduzem o consumo de energia necessária e as emissões de fumos de asfalto, sem alterações nas propriedades do ligante ou da mistura usinada. A questão da temperatura mais baixa é especialmente conveniente quando o local da compactação na pista fica distante da usina de asfalto ou em via sujeita a congestionamentos de trânsito. Uma massa asfáltica tradicional pode 65

66 perder qualidade ou mesmo ser descartada, se esfriar durante o transporte; já com a mistura morna utilizando o AD-WARM, esse risco é minimizado. O ligante deve atender as especificações do projeto apontadas na Tabela 29. Tabela 29 Características e especificações do ligante do SMA Características Especificações Métodos Penetração (100g, 25ºC, 5 seg) (dmm) NBR 6576 Ponto de amolecimento (ºC) > 80 NBR 6560 Recuperação elástica (%) > 90 NBR Ponto de fulgor ( C) > 235 NBR Viscosidade Brookfield 135, sp 21, 20rpm (cp) < 3000 NBR Viscosidade Brookfield 155, sp 21, 50rpm (cp) < 2000 NBR Viscosidade Brookfield 177, sp 21, 100rpm (cp) < 1000 NBR Materiais Pétreos O agregado graúdo (brita 16mm) é obtido da pedreira de granito da Ibrata Mineração, localizada no distrito de Pacheco, no município de Itaboraí-RJ, distante, aproximadamente, 80 km da usina. Já o pó de pedra é o mesmo utilizado para o binder. A escolha por este agregado graúdo de uma jazida distante se deve ao fato de não ter encontrado pedreiras mais próximas que possuíssem agregados com resultados satisfatórios no ensaio de abrasão Los Angeles. O filler utilizado é o produto retido no filtro de manga, vindo da exaustão do secador do agregado miúdo, da linha de produção de argamassa, da Rio Mix Argamassa. Para melhorar a adesividade entre o ligante e os agregados, também é utilizada a cal hidratada Pavitex Plus CH-1 da Pinocal, fornecidos em embalagens (big bag) de 500 kg. Tabela 30 Granulometria dos materiais usados no SMA Peneiras Brita 16mm Pó de pedra Filler Cal 3/4" 19,1 mm 100,0 % 100,0 % 100,0 % 100,0 % 1/2" 12,5 mm 94,0 % 100,0 % 100,0 % 100,0 % 5/16 8 mm 30,0 % 100,0 % 100,0 % 100,0 % N 4 4,75 mm 1,3 % 100,0 % 100,0 % 100,0 % N 10 2 mm 0,50 % 79,3 % 100,0 % 100,0 % N 200 0,075 mm 0,20 % 8,4 % 100,0 % 96,0 % 66

67 Fibras A fibra utilizada é a VIATOP Premium da JRS, fornecida em embalagens (big bag) de 500 kg. Este material tem forma granular, composto de fibra de celulose (90% do peso) e betume (10% do peso) Dosagem Dosagem e caracterização dos agregados Para determinar a porcentagem de cada agregado (Tabela 31), de forma que a mistura destes agregados proporcione uma curva granulométrica que atenda a faixa especificada (Tabela 32 e Gráfico 6), incluindo as tolerâncias e considerando que os materiais, individualmente, não satisfazem à especificação da mistura selecionada, foi usado o método das tentativas. Esse método consiste em determinar por meio de tentativa as proporções (as quantidades) de cada material, de acordo com a seguinte equação: = Onde: P = % total de materiais que passam em uma dada peneira da combinação de agregados A, B, C,... P a, P b, P c,... = % de material que passa em uma dada peneira de agregados A, B, C,... a, b, c,... = proporções de agregados A, B, C,..., usados na combinação, de forma que o total seja 100% Tabela 31 Proporção de cada agregado do SMA Agregados % de agregados Brita 16 mm 73,0 % Pó de pedra 20,0 % Cal 5,0 % Filler 2,0 % Os agregados foram caracterizados de acordo com as seguintes normas de ensaios: granulometria DNER-ME 083/98 (Tabela 32), densidade de agregado graúdo e determinação da absorção DNER-ME 081/98 (Tabela 33), densidade do agregado 67

68 miúdo DNER-ME 084/95 (Tabela 33), abrasão de Los Angeles DNER-ME 035/98 (Tabela 34), e equivalente de areia da fração miúda DNER-ME 054/97 (Tabela 34). Tabela 32 Granulometria do SMA Peneiras Faixa D11 Mistura Faixa de Trabalho 3/4 19,1 mm ,0 100,0 100,0 1/2" 12,5 mm ,62 90,62 100,0 5/16 8 mm ,90 45,0 53,90 Nº 40 4,75 mm ,95 25,0 32,95 Nº 10 2 mm ,23 20,23 26,23 Nº 200 0,075 mm , , Faixa especificada Faixa De Trabalho MIstura 10 4 "5/16" 1/2" "3/ , , ,5 19,1 Gráfico 6 Curva granulométrica do SMA Tabela 33 Densidades dos agregados do SMA Densidade real do agregado graúdo retido na #10 Densidade real do agregado miúdo passante na #10 Densidade real do agregado passante na #200 Densidade aparente do agregado graúdo Densidade efetiva da mistura Densidade real da mistura 2,722 g/cm³ 2,705 g/cm³ 2,728 g/cm³ 2,685 g/cm³ 2,706 g/cm³ 2,720 g/cm³ 68

69 Tabela 34 Características dos agregados usados no SMA Ensaio Especificação Resultado Abrasão Los Angeles < 40 % 42,0 % Equivalente de areia > 55 % 62,2 % Normas europeias e norte-americanas, como a AASHTO M , tem especificado abrasão Los Angeles 30%, porém há casos de sucesso com agregados britados cuja abrasão excedeu 50%. Na região do município do Rio de Janeiro, os agregados encontrados apresentam resultados de abrasão Los Angeles altos, acima de 55%, e em alguns casos chegam a 65%. Devido a isto, com a autorização do projetista e da fiscalização da obra, foi permitido o uso de um agregado com desgaste de abrasão Los Angeles mais alto Dosagem pelo método Bailey Para efeito de comparação com o projeto em estudo, foi feita uma dosagem pelo método Bailey, utilizando os mesmo materiais do SMA. O Método Bailey é uma forma de seleção granulométrica que auxilia na escolha da composição dos agregados com o objetivo de obter uma mistura com esqueleto mineral que apresente um maior intertravamento dos agregados graúdos, e pode ser usado com qualquer metodologia de dosagem (SUPERPAVE ou MARSHALL). O método está diretamente ligado às características de compactação da mistura, com os vazios no agregado mineral (VAM) e com o volume de vazios da mistura compactada (Vv ou Va, vazios com ar) (CUNHA, 2004). Para analisar o intertravamento dos agregados é necessário obter as massas específicas, solta e compactada de cada agregado, através de ensaios constantes na AASHTO T Com a distribuição granulométrica dos agregados e as massas específicas, solta e compactada, avalia-se a granulometria escolhida encaixando-a num esqueleto ideal, assegurando, dessa forma, a resistência à deformação permanente 69

70 pelo intertravamento dos agregados graúdos e a durabilidade pelo teor de ligante adequado devido à obtenção de uma adequada distribuição de vazios. (ODA, 2015). Para avaliação da estrutura de agregados são determinados os seguintes parâmetros da mistura de agregados: proporção de agregados graúdos (proporção CA), proporção graúda dos agregados finos (proporção FAc) e proporção fina dos agregados finos (proporção FAf) (Figura 15). Estes parâmetros são determinados considerando as peneiras de controle adotadas pelo método (VAVRIK et al., 2002). Agregado graúdo (CA CA) PCS Porção graúda do agregado miúdo (FAc FAc) SCS Porção miúda do agregado miúdo (FAf FAf) Figura 28 Divisão de uma amostra de agregados (adaptada de VAVRIK et al., 2002) Recomendações de valores máximos e mínimos de cada proporção têm como objetivo assegurar o melhor intertravamento dos agregados, porém esses podem ser ajustados com a finalidade de aumentar ou diminuir os vazios no agregado mineral e restringir a possibilidade de segregação da mistura (VAVRIK et al., 2002). O método permite também ajustes na quantidade de vazios das misturas em função da porcentagem de cada material e considera o intertravamento dos agregados graúdos o principal fator relacionado à resistência à deformação permanente da mistura (NASCIMENTO, 2008; CAVALCANTI, 2010). Para entender a relação entre a granulometria de agregados e os parâmetros volumétricos das misturas, o método Bailey considera dois princípios básicos: Arranjo de agregados, e Definição de agregado graúdo e miúdo. A partir desses princípios, os passos iniciais do método Bailey são: Combinar os agregados em volume, e Analisar a mistura combinada. 70

71 Para determinar a composição de agregados em volume devem ser realizados os seguintes passos: Determinação da granulometria de cada material: Foram definidas as porcentagens passantes em cada peneira através de um novo ensaio de granulometria contendo todas as peneiras exigidas para o método (Tabela 35). Tabela 35 Granulometria dos agregados Peneira Brita Pó de pedra 1" 25,0 mm 100,0 100,0 3/4" 19,0 mm 100,0 100,0 1/2" 12,5 mm 85,2 100,0 3/8" 9,5 mm 29,5 100,0 5/16" 8,0 mm 29,5 100,0 1/4" 6,25 mm 0,9 100,0 Nº 4 4,75 mm 0,1 100,0 Nº 8 2,36 mm 0,1 85,1 Nº 10 2,0 mm 0,1 79,0 Nº 16 1,18 mm 0,1 60,8 Nº 30 0,6 mm 0,1 39,2 Nº 40 0,42 mm 0,1 29,4 Nº 50 0,3 mm 0,1 23,8 Nº 80 0,18 mm 0,1 14,8 Nº 100 0,15 mm 0,1 12,4 Nº 200 0,075 mm 0,1 6,2 Determinação a massa específica aparente dos agregados, Gsb (bulk specific gravity), em g/cm³: A obra já possuía o valor da massa específica da brita, porém não possuía a do pó de pedra, e não foi possível realizar o ensaio para determiná-lo. Como o estudo somente tem fins acadêmicos foi feita uma ponderação para chegar a um valor para o Gsb do pó de pedra (Tabela 36). Tabela 36 Valores do Gsb dos agregados Agregados Gsb (kg/m³) Brita 2685 Pó de pedra

72 Lembrando que esta ponderação, para um caso em que o resultado da dosagem fosse aplicado, não seria aceitável, o correto seria realizar o ensaio para a determinação da massa específica aparente de todos os materiais. Determinação do tamanho máximo nominal, NMAS, e das peneiras de controle, HS, PCS, SCS e TCS: O NMAS é definido como sendo a abertura da peneira anterior a primeira peneira que retém mais de 15% de material da amostra de agregados. A PCS é obtida através da multiplicação do NMAS por 0,22, a SCS é definida como o produto do valor encontrado de PCS pelo fator 0,22 e a TCS pelo produto entre a SCS e o mesmo fator 0,22. A Tabela 37 mostra o resumo das peneiras de controle de acordo com o NMAS. Peneiras de Controle Tabela 37 Peneiras de Controle em função do NMAS Tamanho Máximo Nominal (NMAS), mm 37,5 25,0 19,0 12,5 9,5 4,75 HS 19,0 12,5 9,5 6,25 4,75 2,36 PCS 9,5 4,75 4,75 2,36 2,36 1,18 SCS 2,36 1,18 1,18 0,60 0,60 0,30 TCS 0,60 0,30 0,30 0,15 0,15 0,075 Para os materiais em estudo, a Tabela 38 mostra os valores encontrados. Tabela 38 Peneiras de controle dos agregados Peneiras de controle Brita Pó de Pedra NMAS 12,5 2,36 HS 6,25 2,36 PCS 2,36 1,18 SCS 0,600 0,300 TCS 0,15 0,075 Determinação do peso unitário solto, LUW (Loose Unit Weight), e do peso unitário compactado, RUW (Rodded Unit Weight), dos agregados: Peso unitário solto (LUW) de um agregado é a quantidade de agregado que preenche um recipiente de volume conhecido, sem qualquer esforço de compactação aplicada. Esta condição representa o início do intertravamento do agregado graúdo (isto é, contato grão a grão), sem qualquer esforço de compactação aplicada. É obtida 72

73 dividindo o peso de agregados pelo volume do recipiente utilizado no ensaio, que deve ser conhecido. Peso unitário compactado (RUW) representa a quantidade de agregado que preenche um recipiente de volume conhecido com aplicação de um esforço de compactação. O esforço de compactação aumenta o contato de grão a grão e diminui o volume de vazios no agregado. É calculada dividindo o peso de agregados pelo volume do recipiente utilizado no ensaio. Para a realização destes ensaios, é necessário que os agregados estejam secos. Os ensaios para determinação do LUW e RUW da brita foi realizado no laboratório de mecânica dos solos da UFRJ, já para o pó de pedra foi realizado no laboratório da obra. o Determinação do LUW dos agregados: Foram realizados 3 testes para cada material, utilizando recipientes de pesos e volumes conhecidos (Tabela 39). Tabela 39 Características dos recipientes RECIPIENTE PESO (kg) VOLUME (cm³) Brita 5, ,72 Pó de pedra 4, ,46 Para a realização deste ensaio, é necessário que os agregados estejam secos. Os materiais foram despejados dentro dos recipientes de forma cuidadosa, para que não haja nenhuma compactação (Figura 29). 73

74 Figura 29 Ensaio para determinação do LUW da brita Fonte: Autor Figura 30 Ensaio para determinação do LUW do pó de pedra Fonte: Autor Foram encontrados os valores apresentados na Tabela 40. AGREGADOS Tabela 40 - Massa específica aparente em estado solto (LUW) PESO DO RECIPIENTE + AGREGADOS (kg) PESO DOS AGREGADOS (kg) LUW (kg/m³) TESTE 1 TESTE 2 TESTE 3 MÉDIA Brita 9,630 9,675 9,745 9,683 4, ,824 Pó de pedra 6,328 6,319 6,333 6,327 1, ,403 o Determinação do RUW dos agregados: Também foram realizados 3 testes para cada material, utilizando os mesmos recipientes do ensaio para determinação do LUW. Neste ensaio, os materiais foram despejados dentro dos recipientes em 3 camadas, cada uma compactada, 25 golpes, com uma haste de ferro de 10mm de diâmetro. 74

75 Figura 31 Ensaio para determinação do RUW da brita Fonte: Autor Figura 32 Ensaio para determinação do RUW do pó de pedra Fonte: Autor Foram encontrados os seguintes valores na Tabela 41. AGREGADOS Tabela 41 - Massa específica aparente em estado compactado (RUW) PESO DO RECIPIENTE + AGREGADOS (kg) TESTE 1 TESTE 2 TESTE 3 MÉDIA PESO DOS AGREGADOS (kg) RUW (kg/m³) Brita 10,230 10,360 10,295 10,295 4, ,451 Pó de pedra 6,556 6,584 6,588 6,576 1, ,906 Verificação do comportamento dos agregados: A partir da quantidade de material passante na PCS, é definido se os agregados tem comportamento graúdo ou miúdo: 75

76 - Se 49,9% ou menos passa na PCS, tem comportamento graúdo, CA; - Se 50% ou mais passa na PCS, tem comportamento miúdo, FA. Portanto, a brita tem comportamento graúdo e o pó de pedra tem comportamento miúdo. Determinação dos vazios da fração graúda de agregados: Para o cálculo do VCA LUW (vazios da fração graúda do agregado solto) e do VCA RUW (vazios da fração graúda do agregado compactado), foram utilizadas as seguintes expressões: = Onde: = G RUW = massa específica da fração graúda do agregado seco compactado, g/cm³ G w = massa específica da água (0,998 g/cm³); G sb = massa específica aparente da fração graúda do agregado, g/cm³ Para materiais de comportamento graúdo, que é o caso da brita: - VCA LUW varia de 43% a 49% - VCA RUW varia de 37% a 43% Resultados encontrados: - VCA LUW = 51% - VCARUW = 44% Escolha do peso unitário, CUW (Chosen Unit Weight): Para misturas do tipo SMA, a CUW se refere a uma porcentagem da massa unitária compactada (RUW) da fração graúda, CA, variando de 110 a 125% do RUW (Rodded Unit Weight). Recomenda-se começar com um valor médio da % do peso unitário, portanto foi usado CUW = 118%. Determinação da porcentagem passante na peneira 0,075 mm (#200) desejada (% targed): 76

77 No caso de misturas do tipo SMA, esse valor deve estar entre 8 e 11% (AASHTO MP ), sendo importante considerar como desejado pelo menos um valor maior que o limite inferior, ou seja, a % mínima para esse tipo de mistura deve ser maior que 8%. Foi definido target = 9%. Determinação do peso da contribuição da fração graúda: Massa de CA = RUW x CUW CA Massa de CA = 1506,45 x 118% = 1777,61 kg Determinação dos vazios (Voids) da fração graúda, CA, no peso unitário escolhido, CUW Solid Volume, SV = CA / Gsb CA = 1777,61 / 2685 = 0,662 m³ Voids Volume, VV = 1 SV = 1 0,662 = 0,338 m³ Voids, % = VV x 100 = 33,8% Determinação do peso por unidade de volume de fração miúda, FA, para preencher os vazios da fração graúda compactada, RUW ou LUW FA: Para misturas tipo SMA, deve ser considerado LUW FA. Para os outros tipos de misturas deve ser considerado RUW FA. Portanto, LUW FA = 1523,40 kg/m³ Determinação das porcentagens de CA (%CA) e FA (%FA) por peso: Massa de CA = 1777,61 kg Massa de FA = VV x LUW FA = 0,338 x 1523,40 = 514,83 kg Total = Massa de CA + Massa de FA = 2292,44 kg % CA = 77,54 % % FA = 22,46 % Determinação da % de material de tamanho oposto (opposite sized material, OSM) de cada material, ou seja, determinar a % de material graúdo no FA (%OSM CA) e de material miúdo no CA (%OSM FA), a partir da PCS: %OSM CA = %CA x %PCS = 77,54 x 0,1% = 0,07 % 77

78 %OSM FA = %FA x (100% - %PCS) = 22,46 x (100% - 60,8%) = 8,80 % Correção das % de cada material, %CA e %FA, em função da %OSM: %CA = (%CA + %OSM CA) - %OSM FA = (77,54 + 0,07) 8,80 = 68,82 % %FA = (%FA + %OSM FA) - %OSM CA = (22,46 + 8,80) 0,07 = 31,18 % Determinação da % total de material passante na peneira 0,075 mm (#200), correspondente a soma das frações existentes no CA e no FA, a partir dos valores corrigidos de %CA e %FA : %CA' x % passante na peneira 0,075mm do CA = 68,82 x 0,01% = 0,06 % %FA' x % passante na peneira 0,075mm do FA = 31,18 x 6,2% = 1,94 % % total de material passante na peneira 0,075mm = 1,94 + 0,06 = 2,00 % Determinação da % de fíler mineral, MF, necessário para completar a % desejada (target) na mistura de material passante na peneira 0,075 mm: % MF = %targed - % total de material passante na peneira 0,075mm = 9,0 2,0 = 7,0% % passante na peneira 0,075mm do MF = 100 % % MF' = 7,0 / 100% = 7,0 % Determinação das % finais de cada material por peso: %FA'' = %FA' - %MF' = 31,18 7,0 = 24,2 % %CA final = %CA' = 68,8 % %FA final = %FA'' = 24,2 % %MF final = %MF' = 7,0 % 78

79 Tabela 42 Granulometria da mistura pelo método Bailey Peneira Brita Pó de pedra Filler # mm % passada 68,8 % passada 24,2 % passada 1" 25,0 100,0 68,8 100,0 24,2 100,0 7,0 100,0 Faixa D11 Curva 7,0 mínimo máximo 3/4" 19,0 100,0 68,8 100,0 24,2 100,0 7,0 100,0 100,0 100,0 1/2" 12,5 85,2 58,6 100,0 24,2 100,0 7,0 89,8 80,0 100,0 3/8" 9,5 29,5 20,3 100,0 24,2 100,0 7,0 51,5 5/16" 8 29,5 20,3 100,0 24,2 100,0 7,0 51,5 45,0 75,0 1/4" 6,25 0,9 0,6 100,0 24,2 100,0 7,0 31,8 Nº 4 4,75 0,1 0,06 100,0 24,2 100,0 7,0 31,2 25,0 40,0 Nº 8 2,36 0,1 0,06 85,1 20,6 100,0 7,0 27,6 Nº 10 2,00 0,1 0,06 79,0 19,1 100,0 7,0 26,2 20,0 30,0 Nº 16 1,18 0,1 0,06 60,8 14,7 100,0 7,0 21,8 Nº 30 0,60 0,1 0,06 39,2 9,5 100,0 7,0 16,5 Nº 40 0,42 0,1 0,06 29,4 7,1 100,0 7,0 14,2 Nº 50 0,30 0,1 0,06 23,8 5,8 100,0 7,0 12,8 Nº 80 0,180 0,1 0,06 14,8 3,6 100,0 7,0 10,6 Nº 100 0,150 0,1 0,06 12,4 3,0 100,0 7,0 10,0 Nº 200 0,075 0,1 0,06 6,2 1,5 100,0 7,0 8,6 8,0 12,0 Definição das peneiras de controle Tabela 43 Peneiras de controle da mistura Peneiras NMAS = 12,5 mm Controle mm % passante HS 6,25 31,8 PCS 2,36 27,6 SCS 0,600 16,5 TCS 0,150 10,0 Avaliação do comportamento da mistura de agregados Se 49,9% ou menos da mistura de materiais passa na PCS, considera-se graúda, CA; Se 50% ou mais da mistura de materiais passa na PCS, considera-se miúda, FA. Como % passante na PCS = 27,6% é menor do que 49,9%, a mistura tem comportamento graúdo. Cálculo das proporções A análise da mistura de agregados combinados se faz por meio dos parâmetros: proporção CA (Coarse Aggregate Ratio = proporção de agregado graúdo), proporção FAc (Fine Aggregate Coarse Ratio = proporção graúda do agregado miúdo) e proporção FAf (Fine Aggregate Fine Ratio = proporção miúda do agregado miúdo), determinados pelas seguintes expressões: 79

80 Proporção CA= % passante na HS - % passante na PCS % passante na HS Proporção FAc= Proporção de FAf = % passante na SCS % passante na PCS % passante na TCS % passante na SCS A Tabela 44 mostra os limites dos parâmetros para mistura SMA. Tabela 44 Limites dos parâmetros para mistura SMA NMAS 25,0 mm 19,0 mm 12,5 mm 9,5 mm 4,75 mm Proporção CA 0,45-0,60 0,35-0,50 0,25-0,40 0,15-0,30 0,05-0,20 Proporção FAc 0,60-0,85 Proporção FAf 0,65-0,90 Calculando as proporções, chegou-se aos valores da Tabela 45. Tabela 45 Proporções de CA, FAc e FAf Proporção Valores obtidos Limites para mistura CA 0,06 0,25-0,40 FAc 0,60 0,60-0,85 FAf 0,61 0,65-0,90 A proporção CA ficou baixa, isso indica uma alta compactação dos agregados miúdos que necessitam de uma forte estrutura para alcançar as propriedades requeridas. Misturas com proporção CA abaixo do recomendado são mais suscetíveis à segregação Determinação do teor de ligante A BR Distribuidora forneceu um certificado de qualidade com as características do ligante usado na dosagem, apontados na Tabela 46. Tabela 46 Características do ligante usado na dosagem do SMA Características Especificações Resultados Método Penetração (100g, 25ºC, 5 seg) (dmm) NBR 6576 Ponto de amolecimento (ºC) > NBR 6560 Recuperação elástica (%) > 90 94,5 NBR Ponto de fulgor ( C) > NBR Viscosidade Brookfield 135, sp 21, 20rpm (cp) < NBR Viscosidade Brookfield 155, sp 21, 50rpm (cp) < NBR Viscosidade Brookfield 177, sp 21, 100rpm (cp) < ,5 NBR Densidade (g/cm³) - 1,048-80

81 O teor de ligante foi determinado pelo método de dosagem Marshall, que é um dos mais utilizados no mundo. Para determinar o teor de projeto das misturas asfálticas através da metodologia Marshall devem ser seguidas as normas DNER-ME 43/95, ASTM D , ASTM D e NBR 15785:10. O método Marshall considera os seguintes parâmetros para determinação do teor de projeto ( teor ótimo ) de ligante asfáltico: o Estabilidade: carga (kgf) sob a qual o corpo de prova rompe quando submetido à compressão diametral. É resistência máxima do corpo de prova à compressão diametral semi-confinada; o Fluência: deformação total apresentada pelo corpo de prova de mistura asfáltica, desde a aplicação da carga inicial nula até a aplicação da carga máxima, expressa em décimos de milímetros ou centésimos de polegada. De forma geral, a dosagem Marshall tem como objetivo definir as proporções de agregados e de ligante de uma mistura asfáltica que apresente as seguintes características: o Densidade máxima possível, para garantir máxima estabilidade; o Fluência entre determinados limites, para garantir flexibilidade; o Volume de vazios (Vv) entre determinados limites para garantir que não ocorra oxidação da massa asfáltica pela ação da água e/ou ar, e que também não ocorra exsudação; o Relação betume vazios (RBV) entre determinados limites, para garantir que exista ligante asfáltico suficiente e que não ocorra exsudação. Roteiro de Dosagem Marshall: Para a confecção das misturas asfálticas foram utilizadas 5 teores de ligante asfáltico modificado por polímero (5,0%, 5,5%, 6,0%, 6,5% e 7,0%) e 0,3% de fibra celulose em relação à massa total, valor este indicado pela EAPA (1998). As temperaturas de mistura (ligante), compactação e de agregado foram fornecidas pelo fabricante do ligante asfáltico, Foram moldados 3 CP s para cada um dos 5 teores de ligante, para determinação do teor ótimo. 81

82 Preparação dos corpos de prova (CP s): Os agregados foram aquecidos até a temperatura especificada, colocados em um recipiente e misturados a seco. Em seguida, foi feita uma cratera no agregado seco e adicionada a quantidade de material asfáltico, de acordo com os 5 teores definidos para o ensaio. A mistura dos agregados com material asfáltico foi feita manualmente com uma colher até a obtenção de uma massa asfáltica com distribuição uniforme do ligante. Após o processo de mistura de todos os componentes da mistura asfáltica, a mesma foi inserida em um molde aquecido, acomodado com uma espátula com 15 golpes vigorosos nas laterais e 10 golpes no centro da massa. Compactação: Os corpos de prova foram compactados com 50 golpes em cada face com o compactador Marshall manual. Em seguida, deixou-se esfriar os CP s por pelo menos 12 horas a temperatura ambiente. Execução do ensaio: Após a desmoldagem, os volumes dos corpos de prova, já frios, foram calculados com a média de 4 medidas de alturas e de 4 de diâmetros, utilizando um paquímetro de cada um deles. Para a determinação da densidade aparente (d), os corpos de prova foram pesados no ar e na água (peso imerso), e usando a equação abaixo ela foi calculada para cada CP. = á Onde: = massa do corpo de prova ao ar, em g; á = massa do corpo de prova imerso, em g. A densidade aparente adotada para cada teor de ligante, foi média aritmética das densidades encontradas nos 3 CP s. 82

83 Em seguida, os mesmos foram aquecidos em banho maria, a 60ºC durante 30 minutos, e submetidos a ruptura na prensa Marshall, sendo aplicada uma carga contínua de compressão diametral, a uma velocidade média de 2 (50,8 mm) por minuto, até o rompimento para medir a estabilidade (kg) e a fluência (mm). A carga máxima aplicada que provoca o rompimento do CP representa o valor da estabilidade Marshall e a deformação sofrida até momento da ruptura, é o valor da fluência. Por fim, foram determinados os outros parâmetros volumétricos dos CP s para cada teor de ligante asfáltico. Densidade máxima teórica: Onde: = 100 % + % + % + % %a = % de ligante asfáltico, expressa em relação à massa total da mistura asfáltica; %Ag = % de agregado graúdo, expressa em relação à massa total da mistura asfáltica; %Am = % de agregado miúdo, expressa em relação à massa total da mistura asfáltica; %f = % de fíller, expressa em relação à massa total da mistura asfáltica; G a = massa específica real do ligante asfáltico; G Ag = massa específica real do agregado graúdo; G Am = massa específica real do agregado miúdo; G f = massa específica real do fíller. Volume de vazios (Vv): =100 Vazios cheios com betume (VCB): Onde: %b = teor de ligante db = densidade do ligante = % Volume de vazios do agregado mineral (VAM): 83

84 = + Relação betume vazios (RBV): = 100 Resultados: Os resultados encontrados após o ensaio Marshall estão na Tabela 47. CAP (%) Tabela 47 Resultados da dosagem do SMA pelo método Marshall DMT (g/cm³) d (g/cm³) V V (%) VAM (%) RBV (%) Estab. (kgf) VCB (%) Fluência (0,1 mm) 5,0% 2,504 2,385 4,8 16,1 70, ,4 4,3 5,5% 2,485 2,392 3,7 16,3 77, ,6 4,1 6,0% 2,465 2,372 3,8 17,4 78, ,6 3,8 6,5% 2,477 2,375 3,0 17,7 83, ,7 4,6 7,0% 2,429 2,378 2,1 18,0 88, ,9 4,8 Com estes resultados determinou-se como 6,0% o teor ótimo de ligante asfáltico, pois foi o teor que atendeu a todos os requisitos do projeto, apontados na tabela. Se fosse considerado o teor de projeto aquele correspondente ao volume de vazios igual a 4,0%, o teor ótimo seria próximo a 6,0%. Vale ressaltar que, para o teor de 5,5%, possivelmente ocorreu algum erro durante o ensaio, podendo ser em relação a temperatura ou a compactação, já que seu volume de vazios ficou abaixo do encontrado para o teor de 6,0%, e deveria estar entre os valores encontrados para 5,0% e 6,0%. O SMA deve necessariamente apresentar um esqueleto pétreo onde seja garantido o contato pedra a pedra de agregados graúdos. Este contato é garantido quando o VCA MIX (vazios da fração graúda do agregado na mistura compactada) é menor ou igual ao VCA DRC (vazios da fração graúda do agregado compactado) (NAPA, 1999). Ou seja, quando os agregados graúdos, em sua grande maioria com dimensões similares, tocam-se, formam-se vazios que devem ser ocupados, em parte, por um mastique, composto por agregados na fração areia, fíler, asfalto e fibras. Deve-se sempre manter vazios com ar para que a mistura não exsude e possa ainda sofrer compactação adicional pelo tráfego (BERNUCCI et al., 2006). 84

85 Figura 33 Representação esquemática dos parâmetros volumétrico de controle do SMA (BERNUCCI et al., 2006) Os cálculos do VCA MIX e do VCA DRC é feito através das equações: Onde: = 100 VCA DRC = vazios da fração graúda do agregado compactado, %; G s = massa específica da fração graúda do agregado seco compactado, kg/cm³ G w = massa específica da água (998kg/m³); G sb-g = massa específica aparente da fração graúda do agregado, g/cm 3. =100 VCAMIX = vazios da fração graúda do agregado na mistura compactada, %; Gmb = massa específica aparente da mistura compactada, g/cm 3 ; Gsb-g = massa específica aparente da fração graúda do agregado, g/cm 3 ; PCA = % de fração graúda do agregado em relação ao peso total da mistura VCA DRC = 44,4% VCA MIX = 40,2% Verificação: VCA MIX > VCA DRC 85

86 Usinagem Assim como o binder, o SMA é produzido na usina volumétrica, Drum Mix, móvel, de propriedade do consórcio (Figura 34). Por ser uma usina volumétrica, sua produção é contínua, com capacidade de produção de 120 toneladas por hora, possibilitando uma produção eficiente. Figura 34 Usina em operação Fonte: Autor A usina possui seis silos frios dosadores, com correias alimentadoras, que são abastecidos por uma pá carregadeira de acordo com a mistura que será produzida, sendo quatro para os agregados(figura 35), um para a cal (Figura 36) e um para as fibras (Figura 37). 86

87 Figura 35 Silos de agregados Fonte: Autor Figura 36 Silo de cal Fonte: Autor 87

88 Figura 37 Silo de fibra Fonte: Autor As correias fazem o transporte dos agregados dos silos até o secador, que é do tipo contrafluxo, ou seja, o agregado movimenta-se no sentido contrário ao queimador. Na saída do tambor secador está localizado o misturador, ou homogeneizador, local onde o ligante asfáltico, que está armazenado em um tanque (Figura 38), é adicionado à mistura. Figura 38 Tanque de armazenamento de CAP Fonte: Autor Do homogeneizador, a mistura é transportada por correias para o carregamento do caminhão basculante, que faz o transporte da mistura até o local de aplicação. 88

89 A usina também possui um sistema de filtragem, com filtros de mangas, que controla a emissão de poluentes durante o funcionamento da usina. Todo o processo de produção da mistura asfáltica é controlado por um sistema de automação. Este sistema indica ao operador da usina todas as informações necessárias durante o funcionamento da usina: os fluxos momentâneos de agregados, filler, cal, fibras e ligante asfáltico; consumo individual dos materiais; fluxo do processo de produção; produção acumulada; temperatura dos gases, mistura e betume; fórmula aplicada; ativação de movimentos Equipamentos utilizados Caminhões Basculantes; Vibroacabora; Rolos de chapa; Ferramentas manuais (pás, rastelos etc) Sequência de execução Transporte da mistura asfáltica da usina até o local de aplicação é feito por caminhões basculantes; Antes da distribuição e compactação da mistura asfáltica é realizada uma pintura de ligação, conforme falado no item 3.3.5; O espalhamento do material sobre a pista é realizado por uma vibroacabadora (Figura 39); 89

90 Figura 39 Distribuição da camada de SMA e conferência da espessura Fonte: Autor Por fim, é feita a compactação com rolos de chapa (Figura 40). 90

91 Figura 40 Compactação da camada de SMA Fonte: Autor Controle tecnológico Os controles realizados para a camada de SMA são: Controle das temperaturas dos agregados (no secador), do ligante (no tanque de estocagem) e da mistura (na saída do misturador e durante o espalhamento); Controle das características Marshall da mistura (volume de vazios e relação betume-vazios), com a realização do ensaio Marshall em 3 corpos de prova moldados com material colhido na saída do misturador. Diferente do binder, a prensa Marshall é usada para determinar a resistência a tração por compressão diametral; Controle do teor de ligante, através da extração de betume dos corpos de prova, usando o extrator centrífugo Rotarex; Controle da granulometria da mistura, após a extração do betume; Controle de compactação, através da comparação da densidade aparente de projeto com a de um corpo de prova extraído por uma sonda rotativa; Controle geométrico, onde são verificados o acabamento da superfície e a espessura de projeto. Os ensaios são realizados pelo laboratório do Consórcio, e seus resultados são encaminhados à engenharia e à fiscalização da obra. Os resultados dos ensaios que serão apresentados, são de um trecho escolhido aleatoriamente Controle das características Marshall São moldados 3 CP s com uma amostra retirada na saída do misturador da usina por turno de trabalho, para realização do ensaio Marshall, usando os mesmo procedimentos realizados para a dosagem. 91

92 Figura 41 Prensa usada no ensaio Marshall Fonte: Autor Para o material produzido para aplicação no trecho entre as estacas 2058 e 2065 foram obtidos os resultados da Tabela 48. Tabela 48 Resultados do ensaio Marshall Características Projeto Requisitos Resultado Ensaio RT Diametral (kgf) 9 > 6 9 V.v. (%) 3,8 3 a 5 3,99 RBV (%) 78,2 70 a 80 76, Controle do teor de ligante É feita a extração do betume de uma amostra da mistura, por meio do extrator centrífugo Rotarex, de acordo com a norma DNER-ME 053/94. O Rotarex promove a separação da parte granular da parte ligante de uma amostra da mistura em questão. Após esta separação pode-se conferir a proporção de agregados e a proporção de asfalto da mistura e confrontar estes resultados com os de projeto. O ensaio segue a seguinte sequência: Coleta da mistura betuminosa (± 1000 g). Esta coleta é feita na usina de fabricação da mistura; A amostra é colocada em estufa por um período de uma hora (100 a 120º C); Pesa-se a amostra (1000 g) e a coloca dentro do extrator de betume junto com papel filtro; 92

93 No interior do extrator, é despejado 150 ml de solvente (Tetracloreto de carbono CCl4) e é deixado em repouso por 15min. É colocado um Becker sob o tubo lateral de escoamento. Aplica-se um movimento rotativo no prato centrifugador, a uma velocidade gradativa, até que a solução de betume e solvente venha escoar-se pelo tubo lateral; Após esta primeira fase, o aparelho é paralisado e adicionado uma nova porção de solvente (150ml) sobre a mistura no interior do prato; Estas operações são repetidas até que o solvente saia completamente limpo no tubo lateral; Após o último ciclo de centrifugação o prato com o material que sobrou (agregados) é levado para estufa (80 a 100º C) para secagem e eliminação do solvente ainda presente nos agregados; Depois de seco o agregado é pesado; A diferença de peso da amostra antes e após o ensaio indica o peso do betume (asfalto) extraído; O cálculo da porcentagem de betume (teor de betume) é dado pela seguinte expressão: = í 100 Durante a produção de SMA para o trecho entre as estacas entre as estacas 2058 e 2065, foi coletada uma amostra para realização deste ensaio e foram obtidos os valores da Tabela 49. Tabela 49 Resultado do ensaio de determinação do teor de ligante Características Projeto Requisitos Resultado Ensaio Teor de ligante (%) 6,0 6,0 ± 0,3 5, Controle da granulometria O ensaio de granulometria, para verificação e conferência da faixa granulométrica empregada, é realizado de acordo com a norma, com o agregado restante da amostra utilizada no ensaio de extração de betume. A Tabela 50 mostra os resultados obtidos. 93

94 Tabela 50 - Resultado do ensaio de granulometria do SMA Peneiras Faixa de trabalho Resultado Ensaio 3/4 19,1 mm 100,0 100,0 100,0 1/2 12,5 mm 90,6 100,0 96,7 5/16 8,0 mm 45,0 53,9 55,5 Nº 4 4,75 mm 25,0 33,0 31,3 Nº 10 2,0 mm 20,2 26,2 24,3 Nº 200 0,075 mm 8,0 10,7 8, Controle de compactação Utilizando uma sonda rotativa, são extraídos CP s de uma camada de SMA em um trecho já executado, para verificação do grau de compactação da camada. Figura 42 Sonda rotativa usada para extração de CP s Fonte: Autor Os CP s são pesados ao ar e imersos para determinação da sua densidade, massa específica aparente da mistura compactada, através da fórmula: = O grau de compactação é calculado através da razão entre a massa específica aparente da mistura compactada e a massa específica aparente de projeto. Controle de compactação do trecho entre as estacas 2052 e Densidade aparente de projeto = 2,372 g/cm³ Especificação: G.C. > 97 % 94