ANÁLISE DE DISPERSÃO DE RESULTADOS DO CONTROLE DE TEOR DE LIGANTE DE MISTURAS ASFÁLTICAS COM AGREGADOS DE BAIXA ABSORÇÃO A PARTIR DO ROTAREX

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1 UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA MARIA CENTRO DE TECNOLOGIA CURSO DE ENGENHARIA CIVIL ANÁLISE DE DISPERSÃO DE RESULTADOS DO CONTROLE DE TEOR DE LIGANTE DE MISTURAS ASFÁLTICAS COM AGREGADOS DE BAIXA ABSORÇÃO A PARTIR DO ROTAREX TRABALHO DE CONCLUSÃO DE CURSO Bruno César Silva Gonçalves Santa Maria, RS, Brasil 2014

2 ANÁLISE DE DISPERSÃO DE RESULTADOS DO CONTROLE DE TEOR DE LIGANTE DE MISTURAS ASFÁLTICAS COM AGREGADOS DE BAIXA ABSORÇÃO A PARTIR DO ROTAREX Bruno César Silva Gonçalves Trabalho de conclusão de curso apresentado ao Curso de Engenharia Civil da Universidade Federal de Santa Maria (UFSM. RS), como requisito para obtenção do grau de Engenheiro Civil. Orientador: Prof. Dr. Deividi da Silva Pereira Santa Maria, RS, Brasil 2014

3 UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA MARIA CENTRO DE TECNOLOGIA CURSO DE ENGENHARIA CIVIL A comissão Examinadora, abaixo assinada, aprova o trabalho de conclusão de curso ANÁLISE DE DISPERSÃO DE RESULTADOS DO CONTROLE DE TEOR DE LIGANTE DE MISTURAS ASFÁLTICAS COM AGREGADOS DE BAIXA ABSORÇÃO A PARTIR DO ROTAREX elaborado por: Bruno César Silva Gonçalves como requisito parcial para obtenção do grau de Engenheiro Civil COMISSÃO EXAMINADORA: Prof. Dr. Deividi da Silva Pereira (Presidente/Orientador) Prof. Eng. Fabio Pereira Rossato (UFSM) Prof. Eng. Mateus Camargo Tanski (UFSM) Santa Maria, 11 de dezembro de 2014.

4 RESUMO Trabalho de Conclusão de Curso Curso de Engenharia Civil Universidade Federal de Santa Maria ANÁLISE DE DISPERSÃO DE RESULTADOS DO CONTROLE DE TEOR DE LIGANTE DE MISTURAS ASFÁLTICAS COM AGREGADOS DE BAIXA ABSORÇÃO A PARTIR DO ROTAREX AUTOR: BRUNO CÉSAR SILVA GONÇALVES ORIENTADOR: PROF. DR. DEIVIDI DA SILVA PEREIRA Data e local da defesa: Santa Maria, 11 de dezembro de Este trabalho é uma pesquisa sobre o ensaio de extração de betume através do aparelho centrifugador Rotarex, um ensaio muito popular entre as empresas do ramo de pavimentação e laboratórios do mesmo ramo. O objetivo do ensaio é chegar ao teor de ligante e granulometria de uma mistura asfáltica. O teor de ligante de uma mistura é obtido através de análises em laboratório por meio de métodos de dosagem como o Marshall e Superpave, nestes métodos são encontradas além do teor de ligante, outras propriedades da mistura tão importantes quanto, como o volume de vazios, densidades, massas específicas entre outros. No teor de ligante de projeto procura-se uma melhor resposta do revestimento asfáltico frente ao serviço. Várias são as más consequências de falhas de projeto e execução de misturas quando o teor está fora do desejado: exsudações, escorregamento de massa, buracos, trincamento por fadiga, entre outras falhas. Neste trabalho procura-se comparar os resultados de extração de betume e granulometria com os valores de projeto. O material pétreo utilizado neste trabalho, se baixa absorção, com os resultados de outras pesquisas, com rocha de alta absorção. A metodologia desta pesquisa consiste em realizar diversos ensaios de extração de betume com diferentes tipos de extratores e diferentes tipos de solventes, utilizando de um material pétreo de baixa absorção. A granulometria e teor de betume das amostras já são previamente conhecidas pelo pesquisador, procurando, então, comparar esses valores de projeto aos os resultados obtidos pelos laboratoristas. Cada laboratório recebeu nove amostras, sendo três tipos diferenciados de granulometrias, variando entre si pelas suas quantidades de finos, mas com mesmo teor de asfalto. Os resultados de extração de betume mostraram valores médios de teor de ligante acima do teor real, tanto no caso de utilização de Rotarex manual como elétrico, tendo possibilidade na perda de finos durante a centrifugação juntamente ao asfalto. O Rotarex manual mostrou ineficiência na extração do ligante a maior perda na quantidade de finos, diferentemente do extrator de modelo elétrico, que teve melhor extração do ligante das amostras. A ineficiência do extrator manual acabou por influenciar os resultados de granulometria, visto que as amostras finais da extração apresentaram torrões de material pétreo e ligante, acarretando em falsos dados de material retido nas peneiras. A rocha de menor absorção desse trabalho mostrou valores mais elevados de teor de betume se comparados a rochas de maior absorção de outras pesquisas, podendo esse fato pode ter sua origem no ligante ficar mais exposto externamente em rochas de menor absorção, aumentando erroneamente os valores de teor de betume. Outra possibilidade está na abrasão elevada da rocha utilizada neste trabalho, que durante os ensaios pode ter criado maior quantidade de finos nas mostras do que em sua concepção, potencializando este erro de teor de betume. Palavras-chave: Teor de ligante asfáltico. Pavimentação. Rotarex. Absorção.

5 LISTA DE FIGURAS Figura 1 - Situação das rodovias conforme levantamento da CNT Figura 2 Extrator de betume Rotarex Figura 3 Defeitos por erro na quantidade de ligante Figura 4 Extensão da malha rodoviária brasileira Figura 5 Classificação dos Agregados Figura 6 Curvas Granulométricas Figura 7 Ilustração da análise por peneiramento Figura 8 Equipamento para ensaio de abrasão Los Angeles Figura 9 Equipamento para índice de forma e exemplos de agregados com diferentes formas Figura 10 Esquemas de partícula de agregado na determinação das massas específicas real, aparente e efetiva, da esquerda para a direita Figura 11 Material submetido antes (esquerda) e após (direita) o ensaio de sanidade Figura 12 Disposição das camadas dos pavimentos flexíveis Figura 13 Prensa Marshall Figura 14 Exemplo de curvas utilizadas no método Marshall Figura 15 Compactador giratório Superpave (CGS) Figura 16 Gráfico densidade x número de giros do CGS Figura 17 Comparação entre diferentes tipos de dosagem Figura 18 Aparelho extrator Rotarex descrção das peças Figura 19 Aparelho extrator Rotarex especificações de norma Figura 20 Gráfico das composições granulométricas utilizadas na pesquisa Figura 21 Resultados ensaio Brookfield Figura 22 Etapas de mistura Figura 23 Aferimento do peso da amostra total Figura 24 Preparação da amostra no Rotarex Figura 25 Ficha enviada às empresas Figura 26 Percentualidade média de perda ou ganho de agregado por peneira. Rocha de baixa absorção Figura 27 - Porcentagem média de perda ou ganho de material para cada traço. Rocha de baixa absorção Figura 28 - Porcentagem média de perda ou ganho por tipo de Rotarex Figura 29 Média de teores de ligante do Rotarex manual e Rotarex elétrico Figura 30 Média dos resultados para cada traço Figura 31 Comparação entre teores de ligante entre a presente pesquisa, rocha de baixa absorção, e a com alta absorção de Rossato et al. (2014) Figura 32 Proporção dos tipos de solventes utilizados na pesquisa Figura 33 Erro absoluto médio por tipo e solvente Figura 34 Comparação de resultados Rotarex manual Figura 35 - Comparação de resultados Rotarex elétrico Figura 36 - Comparação de resultados Traço REF Figura 37 - Comparação de resultados Traço REF +2% Figura 38 - Comparação de resultados Traço REF -2% Figura 39 Amostras de material retido na 3/8 Rotarex Manual... 73

6 Figura 40 Amostras de material retido na 3/8 Rotarex Manual (e) e Elétrico (d)73 Figura 41 - Amostra de material retido na 3/8 de uma extração com Rotarex manual Figura 42 - Frações contidas em uma amostra de material retido na 3/8 de uma extração com Rotarex manual após uma nova e mais eficiênte extração de ligante 75 Figura 43 Diferença de resultados influência da abrasão... 76

7 LISTA DE TABELAS Tabela 1 - Dimensões Nominais das Peneiras Tabela 2 - Especificações dos Cimentos Asfálticos de Petróleo (CAP) - Classificação por penetração Tabela 3 Número de giros especificados no Superpave Tabela 4 Critérios para escolha do teor de ligante de projeto Tabela 5 Propriedades do material pétreo utilizado neste trabalho Tabela 6 Porcentagem de material passante por traço utilizado Tabela 7 Distribuições granulométricas dos traços da pesquisa Tabela 8 Médias das faixas de temperatura Tabela 9 Resultados gerais para teores de asfalto Tabela 10 Composição antes e após uma nova extração de uma amostra de torrões de material retido na 3/

8 LISTA DE ABREVIATURAS, SIGLAS E SÍMBOLOS. Sigla/Símbolo Grandeza ABNT Associação Brasileira de Normas Técnicas ASTM American Society for Testing Materials CA Concreto Asfáltico CAP Cimentos Asfálticos de Petróleo CBUQ Cimento Betuminoso Usinado à Quente CNT Confederação Nacional do Transporte DNER Departamento Nacional de Estradas e Rodagem DNIT Departamento Nacional de Infraestrutura de Transportes kgf Quilogramas Força mm Milímetros NCHRP National Cooperative Highway Research Program Ninical Número de giros do ponto inicial da curva de densificação no compactador giratório do Superpave Nmáximo Número de giros do ponto máximo da curva de densificação no compactador giratório do Superpave Nprojetp Número de giros de projeto no compactador giratório do Superpave ºC Graus Celsius REF Traço referência REF -2% Traço referência com menos 2% de teor de finos REF +2% Traço referência com mais 2% de teor de finos REFAP Refinaria de Petróleo Aberto Pascualini rpm Rotações por minuto SHRP Strategic Highway Research Program SSF Segundo Faybolt-Furol UFSM Universidade Federal de Santa Maria

9 SUMÁRIO 1 INTRODUÇÃO Objetivo geral Objetivos específicos Sistematização REVISÃO BIBLIOGRÁFICA O Pavimento e sua importância Agregados nas misturas asfálticas Natureza Tamanho Graduação Limpeza Resistência à abrasão Textura superficial Forma das partículas Absorção, densidade específica e massa específica Adesividade Sanidade O Ligante asfáltico O Revestimento asfáltico Métodos dosadores de misturas asfálticas O método Marshall O método Superpave Método Marshall x Método Superpave Controle tecnológico: Ensaios de extração de betume Rotarex Granulometria Metodologia Planejamento de Pesquisa Mistura Procedimento para mistura das amostras Ensaio de Extração de Betume Distribuição das amostras RESULTADOS E ANÁLISES Perda ou ganho de material granular Rotarex manual ou mecânico A influência do teor de finos na determinação do teor de ligante A influência da absorção na determinação do teor de ligante Tipos de solventes A influência da absorção na determinação da granulometria Observações durante a realização da pesquisa Conclusões Conclusões finais Sugestões de trabalhos futuros... 80

10 Referências ANEXO A... 83

11 10 1 INTRODUÇÃO Pavimentos flexíveis são de suma importância na economia brasileira. Rodovias em bom estado de serviço só tendem a melhorar a eficiência no transporte de cargas, escoamento de insumos para portos e distribuição de mercadorias, e transporte de passageiros dentro do território nacional. Uma recente pesquisa realizada pela Confederação Nacional do Transporte (CNT) mostra que as rodovias no Brasil possuem 49,9% do total de seus pavimentos deficientes. A Pesquisa CNT (2014) aponta vários defeitos, tais como buracos, trincas, afundamento de trilhas de roda, etc. Foram avaliados 98,475 km, sendo toda a parcela federal e algumas das principais de âmbito estadual. Também foram diferenciadas as suas gestões: 79,515 km públicas (80,7%), e 18,960 km sob gestão privada (19,3%). Concluiu-se o seguinte: 74,1% das rodovias concedidas tiveram classificação Ótima ou Boa; somente 29,3% da malha gerida por órgãos públicos tiveram a mesma classificação. Através desta pesquisa pode-se observar que a forma de gestão tem impacto direto na qualidade da infraestrutura brasileira. Observe a Figura 1. Figura 1 - Situação das rodovias conforme levantamento da CNT Fonte: CNT (2014)

12 Os crescimentos econômico e demográfico apresentados nos últimos anos e sua expectativa futura de expansão implicam em um acréscimo na demanda por transporte que, por sua vez, gera maior demanda por infraestrutura, sobretudo por rodovias. Assim, para atender aos anseios da sociedade é necessário que se disponibilize vias adequadas ao volume de tráfego e que garantam segurança e eficiência aos usuários. (CNT, 2014, p. 330). Dentro de todo esse processo de classificação encontra-se o controle tecnológico. Este deve ditar a situação realmente empregada em obra comparada a sua idealizada em projeto, verificando a conformidade ou não conformidade do pavimento com esta idealização. Um exemplo de projeto é o de Concreto Asfáltico, amplamente utilizado em rodovias pelo mundo, é moldado para que tanto a parcela de agregados como a de ligante forme uma massa uniforme, com certo atrito interno entre suas diferentes granulometrias e correta ligação como um todo, número de vazios correto, maximizando sua funcionalidade e vida útil. O controle do teor de ligante na pavimentação com misturas asfálticas é de suma importância no controle tecnológico da malha rodoviária, em campo e em laboratório, tanto por parte da empreiteira quanto por parte da fiscalização. Para esse controle é realizado, entre outros, o Ensaio de Extração de Betume, normalizado pela DNER ME 53/94, que é um ensaio de baixo custo e de procedimento simples. Outros ensaios também são empregados para a obtenção de porcentagem de ligante em massas asfálticas, mas esses não fazem parte deste estudo. O ensaio de extração de betume com o Rotarex (Figura 2) é o mais utilizado atualmente pelas empresas empreiteiras e fiscalizadoras de obras e laboratórios de pesquisa, mas seus resultados não têm passado a devida confiança diante a sua popularidade, esta comparada a outros ensaios de extração. Tal desconfiança devese justamente ao fato de ocorrer perda de finos juntamente ao ligante extraído da amostra durante a centrifugação (ROSSATO ET AL. 2014). 11

13 12 Figura 2 Extrator de betume Rotarex Uma falha nesse procedimento pode levar a erros consideráveis em uma obra rodoviária, tanto no excesso como na falta de ligante asfáltico presente na massa, podendo causar defeitos na pista de rolagem da rodovia. Estes defeitos causados por erro no teor de ligante usado em pista em relação ao calculado como ideal para o concreto asfáltico podem ser, por exemplo: exsudação e trincas por fadiga, causados por uma massa com maior porcentagem de ligante asfáltico e por menor porcentagem, respectivamente. Mas outras falhas também podem ocorrer como já relatadas por Augusto Junior (1992 apud Rossato et al., 2014): baixa estabilidade, baixa resistência ao trincamento por fadiga, corrugação, deformações plásticas, desagregações, baixo atrito pneu/pavimento, oxidação acelerada e permeabilidade excessiva (Figura 3). Essas falhas afetam diretamente o conforto do usuário, segurança na via e durabilidade do revestimento.

14 13 a) b) c) Figura 3 Defeitos por erro na quantidade de ligante Onde: a) Afundamento plástico de trilha de roda, b) Escorregamento de massa, c) Exsudação Fonte: Bernucci et al. (2006) O ensaio baseia-se na comparação de massas inicial e final da amostra, logo, havendo um erro no levantamento de dados finais, este pode causar discrepância nos resultados. O estudo visa também obter um fator de calibração para o aparelho, tanto o elétrico quanto o manual, com o objetivo de minimizar as diferenças de resultados em relação ao valor real de ligante na mistura asfáltica. Sendo assim, faz-se necessário o estudo para analisar a dispersão de resultados no ensaio de extração de betume com o Rotarex para haver um conhecimento maior sobre sua acurácia nos resultados e devido conhecimento sobre sua necessidade de calibração, tanto para o aparelho elétrico quanto para o manual.

15 Objetivo geral Esta pesquisa visa analisar os resultados de teor de ligante asfáltico e granulometria do ensaio de extração de betume em misturas betuminosas comparando-os a valores de referência, sendo estas misturas confeccionadas com agregados de baixa absorção. 1.2 Objetivos específicos a) Analisar o comportamento dos resultados obtidos no ensaio de extração de betume mediante comparação entre diferentes agregados, tipos de aparelho, manual e elétrico, e tipos de solventes empregados nessas diferentes combinações; b) Evidenciar a influência da perda de material fino durante o ensaio de extração de betume pelo equipamento Rotarex no teor asfáltico obtido no mesmo; c) Obter um fator de calibração para os aparelhos utilizados nas diferentes empresas participantes baseada na razão entre o teor de asfalto encontrado e o teor de projeto para um agregado de baixa absorção. 1.3 Sistematização Possuindo cinco capítulos distintos, este trabalho inicia por uma revisão bibliográfica, discursando sobre a importância do modal rodoviário no Brasil, sua situação, e a importância do controle tecnológico na otimização do serviço de pavimentação com misturas asfálticas. O segundo capítulo discorre sobre o embasamento teórico necessário para realização deste trabalho, desde conceitos básicos sobre materiais pétreos, ligantes

16 15 asfálticos, ensaios de controle de qualidade e suas normas, e até recentes pesquisas que originaram as perguntas objetivo desse trabalho. O capítulo terceiro tem por objetivo elucidar sobre a metodologia empregada neste trabalho, como o planejamento da pesquisa, as fases que foram realizadas, desde a preparação dos agregados até o findar da elaboração da pesquisa, como ensaios realizados. O quarto capítulo analisa os resultados obtidos da pesquisa, procurando comparar e discutir esses dados, com elucidações através de tabelas e gráficos, com o objetivo de facilitar a análise de resultados. A conclusão, capítulo cinco, apresenta o que lhe é lógico, além das considerações finais, observações e sugestões de futuros trabalhos na mesma linha de pesquisa ou ligados de forma direta ou indireta a esta. Após a conclusão é apresentada a referência, com a bibliografia consultada para realização deste trabalho.

17 16 2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA 2.1 O Pavimento e sua importância O modal rodoviário predomina a matriz brasileira de transporte, conforme pesquisa realizada pela CNT (2014). As rodovias em nosso país têm contribuído diretamente no crescimento econômico e desenvolvimento social ao longo do tempo, desde a data de 1861, quando tivemos a primeira estrada de rodagem inaugurada. Oito décadas depois já contávamos com 423 km de malha rodoviária pavimentada, entre estradas federais e estaduais. No ano de 1945, através de um decreto, assegurou-se autonomia financeira e técnica ao Departamento Nacional de Estradas de Rodagem, fato esse que alavancou o crescimento rodoviário. Em cinco anos a malha rodoviária mais que dobrou de tamanho, chegando a 968 km. Mas hoje, com km de rodovias, somente 12% delas são pavimentadas. Dentro do âmbito federal ( km), uma porcentagem de 8,2% é de pista dupla, fato este importante, visto que pistas duplas propiciam aumento na capacidade de tráfego e maior segurança (Figura 4). Esses dados são levantados pelo Sistema Nacional de Viação (SNV) de 2014 (apud CNT, 2014).

18 17 Figura 4 Extensão da malha rodoviária brasileira Fonte: CNT (2014) O transporte rodoviário no Brasil é de suma importância no transporte de pessoas e bens. A manutenção, recuperação e ampliação da malha necessitam de investimentos, mas visando a situação somente do que já existe, é indispensável a existência de mecanismos de avaliação da infraestrutura existente. A má situação qualitativa das rodovias existentes sofre por insuficiente manutenção, oferecendo risco aos que nelas trafegam, sendo transporte de pessoas ou cargas (CNT, 2014).

19 Agregados nas misturas asfálticas Os agregados, ou materiais pétreos, podem ser naturais ou artificiais. Os naturais são encontrados na natureza (pedregulhos, seixos rolados, etc.). Os artificiais são, por exemplo, a escória e a argila expandida, pois necessitam de transformação química e física a partir de materiais naturais para serem utilizados. Esta definição é dada pelo Departamento Nacional de Infraestrutura de Transportes (DNIT) no seu Manual de Pavimentação (DNIT, 2006). Nele também é encontrada sua metodologia de classificação, sendo por natureza e tamanho e quanto à sua graduação (Figura 5). Figura 5 Classificação dos Agregados Fonte: DNIT (2006) Natureza Segue a classificação pela natureza (DNIT, 2006):

20 19 a) Agregados naturais são provenientes da alteração das rochas por processos de intemperismo ou produzidos por processos de britagem. São exemplos os pedregulhos, seixos, britas, areias, etc.; b) Agregados artificiais são produtos ou subprodutos produzidos industrialmente, por processo físico-químico de um material. Como exemplos são dados a escória de alto forno, argila calcinada e a argila expandida Tamanho Os agregados também são classificados no Manual de Pavimentação do DNIT (2006) quanto ao tamanho de seus grãos (Tabela 1): a) Graúdo: material retido na peneira nº 10; b) Miúdo: material passante na peneira nº 10 e retido na peneira nº 200; c) Filler ou enchimento: é o material que passa pelo menos 65% de sua massa na peneira nº 200. Tabela 1 - Dimensões Nominais das Peneiras Vão da Peneira Abertura da Peneira Padrão Número Milímetros Polegadas 75,0mm 75,0 3,0 50,0mm 50,0 2,0 37,5mm 34,5 1,5 25,0mm 25,0 1,0 19,0mm 19,0 0,75 9,50mm 9,50 0,375 4,75mm 4 4,75 0,187 2,36mm 8 2,36 0,0937 2,00mm 10 2,00 0,0789 1,18mm 16 1,18 0, µm 30 0,600 0, µm 40 0,425 0, µm 50 0,300 0, µm 100 0,150 0, µm 200 0,075 0,0029 Fonte: Bernucci et al. (2006)

21 Graduação Também há a classificação do material pétreo (DNIT, 2006) quanto a sua graduação (Figura 6): a) Graduação Densa: material com curva granulométrica de material bem graduado, com quantidade de material fino que preencha os vazios entre as partículas de maior tamanho; b) Aberta: também de curva granulométrica bem graduada, mas com menor quantidade de finos, insuficiente para preencher os vazios entre as partículas maiores; c) Macadame: possui partículas de um mesmo tamanho, granulometria uniforme. Seu diâmetro máximo é próximo do dobro do diâmetro mínimo. Figura 6 Curvas Granulométricas Fonte: Bernucci et al. (2006) O peneiramento é o método utilizado para análise da distribuição granulométrica de uma amostra de agregados. Ela é feita do seguinte modo: uma amostra seca de agregado é fracionada através das peneiras, sendo que estas são dispostas em ordem decrescente de abertura da malha. Com as massas retidas nas

22 21 peneiras, essas são comparadas a massa inicial da amostra num todo (100%), assim calcula-se as porcentagens de massas retidas por tamanho da abertura das peneiras (Figura 7). Esse método de análise granulométrica de agregados é normalizado pela DNER-ME 083/98 Agregados análise granulométrica, e a coleta de amostras e sua redução pela DNER-PRO 120/97 e DNER-PRO 199/96, respectivamente. Nelas são descritas desde o método e material usado na coleta (pá, enxada, lona, caixa de madeira, vassoura, etiqueta), quantidades de material, embalagem, etc., e a correta redução de uma amostra coletada para os ensaios, por quarteamento ou utilizando de um separador mecânico. Figura 7 Ilustração da análise por peneiramento Fonte: Bernucci et al. (2006) Bernucci et al. (2006) ressalva que a rigidez, durabilidade, trabalhabilidade, resistência à fadiga e deformação permanente, entre outras propriedades e qualidades esperadas de uma mistura asfáltica, estão diretamente ligadas à correta distribuição granulométrica. Uma correta curva granulométrica proporciona um maior

23 22 desempenho do pavimento, por assegurar a estabilidade da camada de revestimento asfáltico devido ao entrosamento entre as diferentes graduações de partículas do esqueleto mineral e o atrito entre elas. Mas não somente a classificação quanto ao tamanho e distribuição tem importância. Outras características tecnológicas do material pétreo são de mesma importância no desempenho do pavimento asfáltico: limpeza, resistência à abrasão, textura superficial, forma das partículas, absorção, adesividade, sanidade, densidade/massa específica (BERNUCCI ET Al., 2006) Limpeza O ensaio de equivalente de areia, descrito na norma DNER-ME 054/97 relativiza a proporção de argila ou pó em agregados miúdos. Há limites aceitáveis de presença de materiais deletérios nos agregados para a utilização em pavimentação. Esses materiais podem ser vegetação, conchas e grumos de argila presentes na superfície do agregado Resistência à abrasão A determinação da resistência à abrasão é comumente feita através do ensaio de abrasão Los Angeles, normatizado pela DNER-ME 035/98. Em resumo, uma amostra de g é submetida de 500 a 1000 revoluções em um equipamento padronizado (Figura 8). Juntamente ao agregado são adicionadas esferas padronizadas em quantidades variáveis, dependendo da parcela na qual essa amostra se encaixa, os limites dessas parcelas de amostras retidas ou passantes são tabelados. O resultado esperado é um valor relativo em porcentagem de quantidade de material reduzido retido na peneira nº 12, relacionado ao valor de quantidade de material inicial de amostragem.

24 23 Os valores aceitáveis de abrasão Los Angeles dependem da empregabilidade do agregado e à que fim esse será submetido. Os limites desses valores são regulados pelos órgãos viários. Como em revestimentos o desgaste é alto durante o seu tempo de serviço, é indicada uma baixa taxa de abrasão para seus agregados. Os valores especificados no Brasil para camadas de base e revestimento de pavimentos são limitados entre 40 e 55% de abrasão Los Angeles (LA). (DNIT, 2006) Figura 8 Equipamento para ensaio de abrasão Los Angeles Fonte: Bernucci et al. (2006) Textura superficial Quanto à textura superficial: A textura superficial dos agregados influi na trabalhabilidade, na adesividade, e na resistência ao atrito e ao cisalhamento das misturas asfálticas para pavimentação. À medida que aumenta a rugosidade do agregado, há uma tendência de perda de trabalhabilidade da mistura asfáltica e de crescimento da resistência ao cisalhamento dessa mistura, bem como do teor de ligante asfáltico de projeto. Não há um método consagrado para medir a textura superficial, embora existam procedimentos de avaliação indireta, conforme será visto mais adiante. (BERNUCCI ET AL., 2006).

25 Forma das partículas A trabalhabilidade e resistência ao cisalhamento das misturas asfálticas é influenciada pela forma das partículas dos agregados segundo Bernucci et al. (2006). A forma também influencia na energia de compactação do pavimento. Quanto mais cúbicas forem as partículas dos agregados, maior o intertravamento entre elas. A classificação da forma das partículas é normatizada pela DNER-ME 086/94, através do índice de forma, utilizando de equipamento adequado (Figura 9), ou pela ABNT NBR 6954/1989, utilizando de paquímetro. Figura 9 Equipamento para índice de forma e exemplos de agregados com diferentes formas Fonte: Bernucci et al., (2006)

26 Absorção, densidade específica e massa específica. A porosidade de um agregado influencia na absorção de ligante asfáltico, devendo-se, então, adicionar maior quantidade de ligante na mistura, a fim de mitigar essa parcela consumida pelos poros, visto que a real utilidade do ligante é na coesão da mistura asfáltica. (BERNUCCI ET AL., 2006) A absorção é normalizada pela DNER-ME 081/98, que relaciona através de três medidas de massa (seca, saturada e submersa) a quantidade de água absorvida pelo agregado graúdo após 24h de imersão desse agregado à temperatura de 25 C +/- 1 C. Nela chega-se também aos valores de densidade aparente do agregado. É indicado que não se utilizem agregados de grande absorção na pavimentação por consumirem maior quantidade de ligante asfáltico e dificultarem os cálculos de teor de ligante, por apresentarem porosidade variável dependendo da amostra. Exemplos de agregados de possível absorção alta são relatados por Bernucci et al. (2006) sendo basaltos e agregados sintéticos. Outra norma também nos dá valores de absorção de agregado graúdo, a DNER-ME 195/97, sua diferença está no resultado final, que quantifica a massa específica. Bernucci et al. (2006) esclarece que (Figura 10): a) A massa específica real é relatada como sendo a relação entre a massa seca e o volume real, desconsiderando qualquer poro na superfície; b) A massa específica aparente considera a presença dos vazios. Obtida pela divisão da massa seca pelo volume aparente; c) Massa específica efetiva é a relação entre a massa seca de uma amostra e o volume efetivo do agregado.

27 26 Figura 10 Esquemas de partícula de agregado na determinação das massas específicas real, aparente e efetiva, da esquerda para a direita. Fonte: Bernucci et al. (2006) A recente pesquisa feita por Rossato et al. (2014) confirma uma influência direta da quantidade de finos na mistura. Mas deve-se considerar também uma possível influência da absorção dos agregados de misturas asfálticas no controle tecnológico destas misturas. Como foi utilizada rocha basáltica com absorção de material graúdo de 2,53% e miúdo de 3,55%, valores considerados altos para essa propriedade, é possível que uma parcela do ligante encontre-se ainda dentro do material pétreo, mesmo depois de finalizado o ensaio de extração de betume, devido a essa alta porosidade. Essa importância da influência da absorção nesse controle tecnológico é a justificativa desse trabalho Adesividade A adesividade do agregado ao ligante asfáltico é de significativa importância no comportamento mecânico da mistura asfáltica. Um descolamento da película de ligante asfáltico junto ao material pétreo pode tornar este agregado impróprio como material de infraestrutura por inutilizar a coesão, propriedade esta que é o objetivo do ligante na mistura. Esse efeito ocorre porque a água separa essas duas parcelas, material pétreo e asfalto, chamando-o de material hidrófilo. São dados como exemplo por Bernucci et al. (2006) o quartzito e alguns granitos. Já os hidrofóbicos

28 27 são de alta adesividade em presença de água, sendo a sua aceitabilidade positiva na utilização como agregado em misturas asfálticas. A norma DNER-ME 078/94 Agregado graúdo adesividade a ligante betuminoso, utiliza-se de avaliação visual da adesividade do agregado ao ligante betuminoso, bem como determina a aparelhagem e procedimentos para execução do ensaio, assim como o critério na obtenção dos resultados. O resultado é satisfatório somente se após o decorrer de 72 horas não houver deslocamento da película betuminosa, total ou parcial Sanidade Uma importante ressalva é feita quanto ao comportamento químico do agregado durante sua vida útil na utilização como material de infraestrutura. Sua resistência a ataque químico é normatizada pela DNER-ME 089/94 Agregados Avaliação da durabilidade pelo emprego de soluções de sulfato de sódio ou de magnésio, comumente conhecido por Ensaio de Sanidade, onde é avaliada sua durabilidade diante ao sulfato de sódio ou magnésio. Após o procedimento do ensaio é avaliada a perda de massa após o ataque químico, após cinco imersões de 16 a 18 horas, sendo que o limite é de 12% de perda em relação à massa inicial da amostra pétrea. Bernucci et al.(2006) salienta que alguns basaltos são suscetíveis à deterioração química com formação de argilas.

29 28 Figura 11 Material submetido antes (esquerda) e após (direita) o ensaio de sanidade Fonte: Bernucci et al. (2006) 2.3 O Ligante asfáltico O ligante asfáltico mais utilizado atualmente na pavimentação é de origem da destilação do petróleo. Possui propriedades interessantes como a adesividade, impermeabilidade à água, baixa reatividade química e viscoelástico em temperatura ambiente. Sua atual predominância, devido às qualidades citadas, fez com que a pavimentação abandona-se o alcatrão, um ligante anteriormente utilizado, obtido através da queima ou destilação do carvão. Um fator preponderante no seu abandono foi seu potencial cancerígeno, além de suas: pouca homogeneidade e deficiente qualidade perante o asfalto. (BERNUCCI ET AL., 2006). Uma sigla largamente utilizada é CAP, que significa Cimento Asfáltico de Petróleo. Nas classificações de suas propriedades físicas a sigla CAP segue-se de um número, este é um valor referente ao valor de consistência encontrado no ensaio de Penetração do cimento asfáltico de petróleo segundo Bernucci et al. (2006). De 1992 a julho de 2005, o CAP era dividido em duas especificações perante sua consistência: a) Seu valor obtido pelo ensaio de penetração, ensaio esse normatizado pela ABNT NBR 6576/98, quando havia as classes CAP 30-45, CAP 50-60, CAP e CAP ;

30 29 b) E pela viscosidade, quando havia as classes CAP 7, CAP 20 e CAP 40, medidas através da razão de viscosidade, obtida pelo ensaio de Saybolt- Furol. Sua norma brasileira é a NBR 14950/2003. Em julho de 2005 a Agência Nacional do Petróleo, Gás e Energia adotou uma nova especificação para o CAP brasileiro (Tabela 2), baseada somente no ensaio de penetração. Outras propriedades são também dadas para as referidas classificações. Tabela 2 - Especificações dos Cimentos Asfálticos de Petróleo (CAP) - Classificação por penetração Fonte: DNIT 095/ EM

31 O Revestimento asfáltico Bernucci et al. (2006) dá uma eficiente explicação sobre o tema: Os pavimentos são estruturas de múltiplas camadas, sendo o revestimento a camada que se destina a receber a carga dos veículos e mais diretamente a ação climática. Portanto, essa camada deve ser tanto quanto possível impermeável e resistente aos esforços de contato pneu-pavimento em movimento, que são variados conforme a carga e a velocidade dos veículos. (BERNUCCI ET AL., 2006, p.157) A publicação acima citada também elucida que o revestimento asfáltico é a camada que recebe diretamente a ação do tráfego, tendo como importante função, desde sua função intuitiva de conforto e segurança aos passageiros, mas também estrutural do pavimento, repassando os esforços provenientes do tráfego de veículos para as camadas inferiores da estrutura (base e sub-base, e, caso exista, reforços dos mesmos) (Figura 12). Outra função a ser salientada é a proteção do aterro através da propriedade impermeabilizante do revestimento. Figura 12 Disposição das camadas dos pavimentos flexíveis Fonte: CNT, 2014 Segundo Balbo (2007) o revestimento asfáltico deve ser resistente a grandes deformações elásticas e plásticas e desagregações durante sua utilização. No Brasil predomina a utilização de Concreto Asfáltico (CA) como revestimento de pavimentos, também conhecido como Cimento Betuminoso Usinado a Quente (CBUQ), dentro da classificação a quente. Esse tipo de mistura possui

32 31 proporções de agregados de diferentes tamanhos e cimento asfáltico, uma certa temperatura de mistura e de compactação, energia de compactação e densidade pós-compactação previamente calculados em laboratório, baseados também na viscosidade do ligante. Essas misturas a quente são aplicáveis a qualquer volume de tráfego, de volume baixo até volume elevado. Misturas a quente são subdivididas quanto a sua graduação dos agregados como densa, aberta ou descontínua (BERNUCCI ET AL., 2006) No caso de misturas a frio (PMF), são utilizadas emulsões asfálticas como ligante. Também são arranjados seu esqueleto pétreo a fim de atender certos requisitos na pista. São usinados em usinas estacionárias próprias, em temperatura ambiente e, em alguns casos, com certo aquecimento. São indicadas para ruas e estradas de baixo volume de tráfego, como camada intermediária e em conservação e manutenção de rodovias, podendo ser densa ou aberta (BERNUCCI ET AL., 2006). Bernucci et al. (2006) relata alguns defeitos encontrados em pista contendo suas origens no agregado utilizado na mistura asfáltica, sendo por suas propriedades mecânicas ou por falhas na composição granulométrica: a) desgaste, desagregação e polimento de agregado, devido a baixa resistência a abrasão; b) problemas de adesividade do ligante ao agregado, gerando deslocamentos e perda de agregado; c) segregação, pode ter origem na definição da faixa granulométrica. Além de um correto esqueleto pétreo, revestimentos asfálticos também necessitam de uma correta quantidade de ligante. Segundo Augusto Junior (1992 apud Rossato et al., 2014) erros na quantidade de teor de ligante levam a mistura asfáltica a baixo desempenho e certos defeitos, tanto no excesso quanto na falta de ligante se comparados ao teor ótimo. Alguns destes são citados adiante: a) Baixa Estabilidade: provocada pelo excesso de ligante, predominantemente; b) Resistência insuficiente ao trincamento por fadiga: provocada, normalmente, pela falta de ligante no revestimento e também provocada por deficiente compactação, excesso de vazios e camada insuficiente de revestimento da pista;

33 32 c) Corrugação: provocada pela não homogeneidade na quantidade de ligante na mistura asfáltica; d) Deformações: pouca quantidade de ligante ou até desuniformidade na quantidade de ligante no revestimento; e) Exsudação: provocada por elevada taxa de ligante na mistura; f) Baixo atrito pneu/pavimento: provocado pelo excesso de ligante exsudado na pista; g) Oxidação acelerada: causada por falta de ligante, que ao deixar maior número de vazios, deixa exposto o pavimento a maior ataque por oxidação; h) Permeabilidade excessiva: provocado pela maior quantidade de vazios, também provocado por falta de ligante. Uma compactação abaixo da prevista também acarreta esse problema na permeabilidade. 2.5 Métodos dosadores de misturas asfálticas Balbo (2007) disserta sobre as características que são esperadas em uma mistura asfáltica bem dosada: a) Trabalhabilidade no lançamento e compactação; b) Estabilidade diante ações de cargas estáticas e também em cargas móveis; c) Baixa deformação permanente; d) Resistente a fissuração por fadiga; e) Um correto volume de vazios. Bernucci et al. (2006) aponta que o método mais utilizado mundialmente é o Marshall, com norma brasileira, a DNER-ME 043/95 Misturas betuminosas a quente ensaio Marshall. Esse método foi desenvolvido na década de 1940 pelo engenheiro americano Bruce Marshall. Nesse sistema, amostras de diferentes misturas são compactadas por meio de impactos em laboratório. Mas em 1980 esse método de compactação dos corpos de prova fez com que engenheiros duvidassem de sua densidade não fosse condizente com a realidade de pista, já que em pista a mistura asfáltica é compactada por rolagem e não por impactos. Então foi realizado

34 um estudo nos Estados Unidos da América que culminou em uma dosagem onde as amostras eram densificadas por rolagem, o Superpave O método Marshall Criado durante a Segunda Grande Guerra Mundial, com a finalidade de obter o teor de ligante em misturas a serem utilizadas em pistas de aeronaves militares, o método de dosagem Marshall foi inicialmente concebido com uma técnica de compactação baseada em 25 golpes com o soquete Proctor, utilizado em ensaios de controle tecnológico de densidade de aterros em solo, seguido por uma aplicação de carga estática de 5000 libras por dois minutos. Essa carga só tinha a finalidade de regularizar a superfície do corpo de prova, já que o soquete era de diâmetro menor em comparação ao diâmetro do corpo de prova. (BERNUCCI ET AL., 2006) Com uma posterior análise de trechos de pista experimentais, verificou-se um elevado teor de ligante com esse método. A exsudação era muito comum em pistas com o teor adotado utilizando desse método de dosagem, devido à compactação causada pelo tráfego. Isso indicou que a compactação exercida na real utilização do revestimento era de diferente magnitude da utilizada em laboratório. Logo foram modificados alguns procedimentos e equipamentos de compactação no método. Foram adotados 50 golpes, com um soquete de 10 libras de diâmetro de 3 7/8. (BERNUCCI ET AL., 2006) Referente à dosagem Marshall, Bernucci et al. (2006) explica com um passo a passo o que é realizado em laboratório na referida dosagem: a) Determinação das massas específicas reais do CAP e dos agregados; b) Seleção da faixa granulométrica a ser utilizada, conforme especificado pelo órgão; c) Escolha da composição dos agregados, respeitando os limites da faixa a ser empregada; d) Escolha das temperaturas de mistura e de compactação, valores esses obtidos através da curva de viscosidade-temperatura do ligante, estando o valor de temperatura do ligante dentro do limite 107ºC a 177ºC e dos

35 34 agregados de 10ºC a 15ºC acima da temperatura escolhida para o CAP, sem ultrapassar o limite superior para a temperatura do CAP; e) Serão moldados diferentes grupos de corpos de prova, cada um desses com diferentes teores de asfalto. A quantidade mínima de corpos de prova (CP) por grupo são três CPs. O projetista tendo especificado um teor como referência, outros são moldados com valores que diferem deste, estando dois grupos com porcentagem de ligante acima do valor de referência e outros dois abaixo; f) Após a moldagem, os corpos de prova resfriam e são desmoldados. São aferidas suas dimensões: diâmetro e altura. Para cada CP, é determinada a sua massa específica aparente, como indicado na página 25. Esse valor é comparado com a massa específica teórica permitindo obter as relações de volumes típicas da dosagem, que logo serão exemplificadas; g) Cada grupo tem sua porcentagem de agregado ajustado em relação ao teor de CAP, sendo que a soma das duas porcentagens deve resultar em 100% de massa da amostra, ou seja, se um grupo tem 6,5% de teor de ligante, sua porcentagem de agregados é de 93,5%; h) Com os valores de porcentagem de agregado e ligante e das massas específicas reais de cada grupo, calcula-se, então, a massa específica máxima teórica para cada grupo de porcentagem de asfalto; i) Calculam-se os parâmetros de dosagem para cada CP: massa específica média das misturas compactadas por grupo de teor de ligante. Os parâmetros volumétricos que são calculados a partir dessa média são: Volume de vazios, Porcentagem em massa dos agregados, Vazios do agregado mineral e a Relação betume/vazios; j) Os corpos de prova são submetidos a banho-maria numa temperatura de 60ºC de 30 a 40 minutos. Ao término disto são colocados imediatamente dentro do molde de compressão. Sua Estabilidade e a Fluência são medidas através da prensa Marshall (Figura 13Figura 13 Prensa Marshall).

36 35 Figura 13 Prensa Marshall Com os valores dos parâmetros volumétricos e mecânicos já obtidos, são plotadas as curvas abaixo, de onde é obtido o valor de teor de ligante de projeto. Figura 14 Exemplo de curvas utilizadas no método Marshall Fonte: Bernucci et al. (2006)

37 36 No Brasil, a determinação do teor de ligante difere para cada órgão, instituto ou empresa. O mais recorrente é a escolha do teor de ligante em relação ao Volume de vazios correspondente a 4%, também sendo comum escolher uma média entre os teores obtidos através da máxima estabilidade e pela máxima massa específica aparente da amostra compactada (BERNUCCI ET AL., 2006) O método Superpave Como já mencionado, esse método foi criado a partir de uma iniciativa de pesquisadores que culminou em um estudo com pistas experimentais, de onde proveio a dosagem Superpave. Desde 1993, as universidades e departamentos de transporte americanos utilizam esse método de dosagem, pois, como já comentado, as dosagens através do método Marshall resultavam em pavimentos com defeitos ocasionados por excesso de ligante, como exsudação e afundamento de trilha de roda, ocasionado provavelmente pela diferença nas densidades utilizadas em projeto e na realidade de pista. No método Superpave a compactação dos corpos de prova é feita por amassamento, enquanto o Marshall é por golpes (BERNUCCI ET AL., 2006). Bernucci et al. (2006) nos esclarece que a ideia de compactar por amassamento é de simular a realidade de campo, chegando a uma densidade mais perto da realidade de construção do revestimento. Dentre as diferenças ainda está a forma em que os agregados são graduados na mistura. Procurando além de uma densidade adequada, está também em foco a quantidade de vazios necessários na mistura para que o cimento asfáltico seja incorporado, tendo assim volume correto para isto e também um volume de vazios para evitar a exsudação no revestimento. Dependendo do volume de tráfego e importância da rodovia, há três diferentes níveis de dimensionamento no método Superpave-SHRP diferenciados por seus limites de valores de tráfego (N), sendo que no segundo e o terceiro nível há uma maior rigorosidade nos ensaios. Bernucci et al. (2006) disserta acerca de ensaios com o objetivo de melhorar o desempenho frente a falhas como deformação permanente, trincas por fadiga e trincamento em baixas temperaturas nos níveis dois e três. Segue abaixo uma breve descrição desses níveis:

38 37 a) Primeiro nível: rodovias de N menor que 10 6, onde o projeto pode ser concluído após o projeto volumétrico; b) Segundo Nível: para rodovias com N entre 10 6 e Após o projeto volumétrico são realizados ensaios de previsão de desempenho a uma temperatura; c) Terceiro Nível: para rodovias com N maior ou igual a Após o projeto volumétrico são realizados ensaios de previsão de desempenho a três temperaturas. Nesse método, o projeto é inteiramente realizado em um equipamento denominado CGS (Figura 15) Os corpos de prova são submetidos a uma rotação de 30rpm e ângulo de 1,25º +\- 0,02º, com uma compressão vertical de 600 kpa, limitados em diâmetros de 150mm ou 100mm. Figura 15 Compactador giratório Superpave (CGS) Fonte: Adaptado de Bernucci et al. (2006) Do CGS é obtido um gráfico de porcentagem de densidade máxima obtida por número de revoluções (Figura 16), uma curva de compactação em relação ao número de giros. No gráfico são marcados os pontos N inicial, N projeto e N máximo, esses parâmetros avaliam a compactabilidade da mistura e diferem em função do tráfego

39 38 (Tabela 3). O N projeto é utilizado para chegar ao teor de ligante do projeto. Desses pontos são retirados os valores de massa específica G inicial, G projeto e G máximo. Existem critérios para escolha do teor de projeto (Tabela 4). Critérios estes dependentes do esforço de compactação relacionado à porcentagem de massa específica aparente e ao volume de vazios (BERNUCCI ET AL., 2006). Figura 16 Gráfico densidade x número de giros do CGS Fonte: Motta et al. (1996 apud Bernucci et al., 2006) Tabela 3 Número de giros especificados no Superpave Parâmetro de compactação Tráfego N inicial N projeto N máximo Muito leve (local) Médio (rodovias coletoras) Médio a alto (vias principais, rodovias rurais) Alto volume de tráfego (interestaduais, muito pesado Fonte: Bernucci et al., 2006 Tabela 4 Critérios para escolha do teor de ligante de projeto Esforço de compactação (número de giros) Relação entre massa específica aparente e a massa específica aparente Volume de vazios N inicial < 89% > 11% N projeto 96% 4% N máximo < 98% > 2% Fonte: Bernucci et al. (2006)

40 Método Marshall x Método Superpave Um estudo realizado por Nogueira (2008) consistia em comparar as dosagens Marshall e Superpave em uma mistura com CAP e somente o Marshall com o CAP Na dosagem utilizando o CAP foram utilizados os dois métodos, evidenciando-se uma diferença de 0,3% entre os teores de ligante obtidos em cada um dos métodos. No método Marshall chegou-se em um teor de ligante de 4,7% e no Superpave a porcentagem de ligante ficou em 4,4%. Parâmetros volumétricos como volume de vazios e volume de vazios do agregado mineral também foram diferenciados entre as dosagens (Figura 17). Figura 17 Comparação entre diferentes tipos de dosagem Fonte: Nogueira (2008) 2.6 Controle tecnológico: O controle técnico assegura a conformidade às normas ou às especificações, verificando, por meio de ensaios e medições, a qualidade dos serviços, dos materiais e suas utilizações. (DNIT, 2006, p.233).

41 40 Segundo Fortes e Merighi (2004) o controle tecnológico tem um custo de 0,5% a 1,5% da obra, valores estes pequenos se comparados aos 12% referidos a possíveis recuperações de patologias causadas na execução. Nos pavimentos flexíveis, é indicada a coleta de amostras de materiais constituintes e de misturas, antes da aplicação em pista, que devem ser submetidos a controle tecnológico através de ensaios em laboratório. Durante a produção na usina deve haver a verificação do material resultante produzido. A verificação constitui o controle de temperatura de mistura da massa asfáltica, que deve respeitar os limites impostos em projeto, e coleta de amostras para realização de ensaios, a fim de verificar a também conformidade com projeto, mas referente ao teor de ligante e granulometria que está saindo na produção da usina. Em campo deve haver o acompanhamento do controle de temperatura da mistura na chegada do caminhão transportador e logo após o lançamento do material em pista, visto que durante o carregamento do caminhão na usina e no tempo de transporte da mistura ao local de aplicação há perda de calor. Essas temperaturas devem respeitar os limites impostos no projeto da mistura asfáltica. Temperaturas excessivas aceleram a oxidação do CAP na mistura, perdendo suas propriedades elásticas. No caso de temperaturas abaixo dos limites especificados, geram uma mistura mais rígida e de recobrimento irregular, tornando deficiente a sua aplicação (BERNUCCI ET AL., 2006). Várias são as razões que implicam na rejeição de uma carga de mistura asfáltica, segundo Bernucci et al. (2006), além dos problemas nos limites de temperatura: excesso de ligante asfáltico, falta de ligante asfáltico, mistura não homogênea, excesso de agregado graúdo em relação ao especificado em projeto, excesso de agregado miúdo e excesso de umidade. Esses últimos podem ter uma primeira inspeção logo na chegada do material, por experiência de quem está fazendo o controle tecnológico. Um exemplo disto é a fumaça que sai da mistura asfáltica quando se encontra em temperaturas elevadas e a aparência da mistura, pois diferentes faixas granulométricas apresentam aspectos também diferenciados entre si. Mas uma verificação adequada e de precisão necessita de ensaios como extração de betume e granulometria, normatizados e indicados pelos órgãos vigentes que haja um devido controle tecnológico.

42 Ensaios de extração de betume O ensaio de extração de betume tem por finalidade aferir a quantidade de ligante realmente utilizada em uma amostra de mistura asfáltica em porcentagem. Esse ensaio tem normas brasileiras, a DNER-ME 053/94 Misturas betuminosas percentagem de betume e a DNIT 158/2011 ME - Mistura asfáltica Determinação da porcentagem de betume em mistura asfáltica utilizando o extrator Soxhlet Método de ensaio. Um ensaio muito utilizado por empresas e laboratórios é o descrito na norma DNER acima citada, que utiliza de um extrator por centrifugação, onde o ligante da mistura é lavado por um solvente. O nome dessa centrífuga é Rotarex, sendo mecânica ou elétrica. Este será melhor explicado a seguir no item desse trabalho, encontrado na página Rotarex Esse ensaio possui norma brasileira, a DNER-ME 053/94 Misturas betuminosas percentagem de betume. Utilizando de uma centrifuga e de solventes lava-se uma amostra a fim de aferir a sua porcentagem de ligante asfáltico. A norma vigente no Brasil é baseada na norma americana ASTM D Quantitative extraction of bitumen from bituminous paving mixtures e AASHTO Quantitative extraction of bitumen from bituminous paving mixtures. A DNER-ME 053/98 nos descreve a aparelhagem necessária para o ensaio: a) Aparelho extrator de betume, elétrico ou manual, o prato deverá ter capacidade para 1,5Kg de amostra e capacidade de velocidade rotacional de 3600rpm com regulador de velocidade. (Figura 18 e Figura 19). b) Recipiente com capacidade de 5 litros, com formato de calota esférica, fundo chato e munido de duas alças laterais; c) Balança com sensibilidade à 0,1g e capacidade de 2kg; d) Estufa que mantenha a temperatura entre 80ºC e 120ºC; e) Béquer de alumínio com capacidade de 600ml;

43 42 f) Proveta de vidro de 250ml de capacidade; g) Papel filtro de diâmetro igual ao diâmetro externo do prato, com furo no centro de diâmetro igual a 5cm; h) Colher metálica com cabo de 25 cm e capacidade de 30ml a 50ml. Figura 18 Aparelho extrator Rotarex descrção das peças Fonte: DNER 053/94

44 43 Figura 19 Aparelho extrator Rotarex especificações de norma Fonte: DNER 053/94 As recomendações da norma quanto à amostra são as seguintes: coloca-se a amostra durante uma hora em um recipiente em estufa a 100ºC a 12ºC. Ao fim do tempo descrito, deve-se desmanchar a amostra e seus grumos com a colher. Quarteia-se a amostra e colhe-se uma quantidade de 1kg. O ensaio de extração é, então, descrito: a) Coloca-se o prato no interior do aparelho, o béquer vazio sob o tubo de escoamento, adiciona-se uma quantidade de 150ml de solvente dentro do prato e fecha-se o aparelho. Espera-se o término de 15min de contagem; b) Aciona-se o aparelho em baixa velocidade, aumentando gradativamente, até iniciar o escoamento do betume; c) Ao término do escoamento com a primeira carga de solvente, para-se a rotação e é adicionada mais uma porção de 150ml. Para o término da quantidade de vezes a serem necessárias para repetição desse

45 44 procedimento é indicado que o solvente saia claro, indicando o fim da extração de ligante da amostra; d) Ao término da extração, o prato com a amostra junto ao papel filtro, sem a tampa, é colocado na estufa entre 80ºC e 100ºC, até chegar a uma massa constante quando for realizado com tetracloreto de carbono; e) Quando o solvente for benzol, ao término da extração retira-se o prato do aparelho, destampado, e deixa-o em temperatura ambiente até que grande parte do solvente tenha evaporado, sendo colocado, então, na estufa de 80ºC a 100ºC, com objetivo de chegar a uma massa constante; f) Afere-se a massa do agregado depois de seco. A massa da amostra antes da extração menos a massa do agregado depois de seco, nos dá a massa de ligante na amostra. A norma nos considera algumas observações para o ensaio: a) Faz-se o ensaio em branco de papel de filtro com o solvente a ser utilizado em determinações de características de betume extraído; b) Se o ligante da amostra for asfáltico utiliza-se solvente tetracloreto de carbono; c) No caso de a amostra ter como ligante o alcatrão, é utilizado benzol; d) Caso o ligante seja alcatrão, o extrator deve ser blindado. O resultado é obtido através de porcentagem. A Equação 1 é dada pela norma para calcular o teor de ligante, denominado por P, é mostrada abaixo: = 100% (1) 2.8 Granulometria A amostra resultante do ensaio de extração de betume pode ter sua granulometria aferida através do ensaio DNER-ME 083/98 Agregados análise

46 45 granulométrica, com o objetivo de confirmar se a mistura utilizada em campo está adequada ao especificado em projeto. Os procedimentos para o ensaio foram especificados o item 0, referente à Graduação, onde é explicado o método de peneiramento da referida norma.

47 46 3 METODOLOGIA 3.1 Planejamento de Pesquisa Baseado na pesquisa de Mattos (2014) e Rossato et al. (2014), esse estudo utiliza-se da mesma granulometria e traço de mistura, com as mesmas quantidades retidas nas peneiras, mesmo teor de projeto e mesmo ligante. A diferença desse estudo, em relação aos citados acima, está no material rochoso utilizado. Essa pesquisa utiliza de um agregado de menor absorção, procurando evidenciar a influência da absorção do material pétreo nos resultados finais do ensaio de extração de betume. Outra diferença está no foco deste trabalho, enquanto Mattos (2014) utilizava de diferentes tipos de extratores, este trabalho utiliza somente do extrator de betume Rotarex. O foco do trabalho de Rossato et al. (2014) era evidenciar a influência da quantidade de material passante na peneira nº 200 nos resultados e em diferentes configurações do ensaio: diferentes tipos de Rotarex, manual ou elétrico, e diferentes solventes. Tentando ampliar o horizonte dessa pesquisa mencionada, antes utilizando um Riodacito da região de Santa Maria de absorção relativa em torno de 3%, procurou-se agora, então, uma pedra de menor absorção, da região de Sentinela do Sul (RS), com já sabida menor absorção, por tratar-se de um granito. O agregado desse trabalho foi obtido de uma pedreira situada em Sentinela do Sul (RS), diferenciado das pesquisas de referência por ser um Granito com diferentes propriedades pétreas (

48 47 Tabela 5), mas principalmente por se tratar de uma rocha também ígnea, porém de baixa absorção. A rocha utilizada pelas pesquisas referenciadas utilizou de um Riodacito, uma rocha ígnea e de alta absorção.

49 48 Tabela 5 Propriedades do material pétreo utilizado neste trabalho Propriedade Método Graúdo Pó DNER-ME 195/97 e Absorção (%) 0,55 0,66 NBR 30/2001 Absorção ponderada 0,61 Massa Específica (g/cm³) DNER-ME 195/97 2, Índice de forma (%) NBR 78/09/06 2,4872 Sanidade (%) DNER-ME 089/94 1,248 Perda a abrasão LA (%) DNER-ME 035/98 38,48 Partindo do traço de referência utilizado por Rossato et al. (2014), denominado de REF, fez-se também a utilização de mais dois, um traço com menor quantidade de finos (2% a menos de passante na peneira nº 200), chamado de REF-2% e outro traço com mais finos (2% a mais de passante na peneira nº200) chamado de REF+2%. Foram então feitas três amostras de cada traço para serem entregues para cada empresa, ou seja, nove amostras para cada empresa participante dessa pesquisa. Cada amostra com um peso total de 900g e com teor de betume de 5%, ou seja, 855g de material pétreo e 45g de CAP. Feitas as misturas, fez-se a entrega delas diante às empresas. Estas foram entregues acompanhadas de uma carta, mencionando os ensaios a serem realizados e suas respectivas normas, assim como uma ficha com tabela de dados a serem preenchidos por amostra e um questionário com perguntas pertinentes à pesquisa. Essa ficha, com os dados dos ensaios, deveria ser entregue até data combinada com as empresas. Paralelamente à fase de execução de ensaios pelas empresas, foram realizados ensaios pelo pesquisador com o Rotarex Manual, utilizando gasolina como solvente, e Rotarex elétrico com o solvente Solver 87 destilado. Cada uma dessas configurações também feitas para três amostras dos 3 traços, sendo cada uma contada também como empresa. Com todos os dados coletados junto às empresas, fez-se a comparação de resultados, análises e discussões com o objetivo de chegar à conclusão que será apresentada neste trabalho.

50 Mistura Utilizou-se neste trabalho os mesmos traços das pesquisas de Rossato et al. (2014) e Mattos (2014), com o objetivo de manter um padrão na continuidade da pesquisa. O teor de ligante do traço REF e dos demais, REF -2% e REF +2%, utiliza de 5% de teor de ligante. A distribuição granulométrica é a mesma dos trabalhos citados, com as porcentagens de material passante por peneira apresentados na Figura 20 e Tabela 6. As distribuições de material retido dos 3 traços estão quantificadas conforme a Tabela 7. Essas granulometrias encontram-se na Faixa C do DNIT 031/2006-ES (Figura 20). Figura 20 Gráfico das composições granulométricas utilizadas na pesquisa

51 50 Tabela 6 Porcentagem de material passante por traço utilizado Paneiras REF REF -2% REF +2% 1 100,0 100,0 100,0 ¾ 100,0 100,0 100,0 1/2" 87,8 87,8 87,8 3/8" 83,9 83,9 83,9 n 4 54,1 54,1 54,1 n 10 34,7 33,9 35,6 n 40 15,0 13,4 16,6 n 80 8,9 7,0 10,8 n 200 6,8 4,8 8,8 Tabela 7 Distribuições granulométricas dos traços da pesquisa REF REF -2% REF +2% Paneiras massa massa massa % retida % retida % retida retida (g) retida (g) retida (g) 1 0,00 0 0,00 0 0,00 0 ¾ 0,00 0 0,00 0 0,00 0 1/2" 12, , , /8" 3, , ,91 33 n 4 29, , , n 10 19, , , n 40 19, , , n 80 6, , ,82 50 n 200 2, , ,93 16 Pas , , ,84 76 TOTAL 100% % % 855 O ligante asfáltico deste trabalho tem por base o utilizado por Rossato et al. (2014) e Mattos (2014), sendo o CAP 50/70, muito utilizado no Rio Grande do Sul. Tem origem na Refinaria de Petróleo Alberto Pascualini (REFAP) da cidade de Canoas-RS. O CAP 50/70 utilizado na pesquisa foi adquirido da empresa Della Pasqua Engenharia, residente em Itaara (RS), em latas metálicas de 3,6litros, com o material sendo retirado diretamente da usina de asfalto da empresa. A temperatura de mistura e compactação utilizada neste trabalho é a mesma idealizada por Mattos (2004) e Rossato et al. (2014), onde realizaram o ensaio Brookfield, utilizando a norma NBR 14541:2009. A Figura 21 e a Tabela 8 nos mostram os resultados obtidos no trabalho.

52 51 Figura 21 Resultados ensaio Brookfield Fonte: Mattos (2014) Tabela 8 Médias das faixas de temperatura Temperatura Mistura 163ºC Compactação 139ºC Fonte: Mattos (2014) 3.3 Procedimento para mistura das amostras Antecedendo a fase de mistura, o material pétreo utilizado neste trabalho foi primeiramente peneirado. O objetivo era possuir o material retido de cada peneira a ser utilizado nas misturas, assim, possibilitaria que cada amostra tivesse uma mistura com exata quantidade de material retido por peneira. Ainda antecedendo a mistura, todo o material foi separadamente lavado por peneiras, com o mesmo objetivo de aumentar a exatidão deste trabalho diante da necessidade de quantificação dos agregados após a realização do ensaio de extração de betume. Fez-se então três amostras para cada traço para cada empresa, com o objetivo de que cada empresa obtivesse a mesma quantidade de material e mesma quantidade de amostras por tipo de traço, ou seja, 3 amostras do tipo REF, 3 amostras do traço REF-2% e 3 amostras do traço REF+2%. No dia que antecede a mistura, fez-se a pesagem do material granular separadamente por amostra, utilizando de balança de precisão de 0,1g e capacidade de 10kg. Ao termino da pesagem das amostras, com devida

53 52 identificação por tipo de traço, colocou-se as amostras em estufa à 163ºC com o objetivo de estarem na temperatura certa de mistura. No dia da mistura dos agregados com o CAP, este foi aquecido até temperatura de 153 C, estando então na temperatura correta de mistura conforme já mencionado. Já tendo o ligante e o material pétreo em temperatura correta de mistura, para cada amostra foi adicionado a correta quantidade de ligante e imediatamente iniciou-se a mistura em si, de forma manual, utilizando uma colher de mistura. As misturas foram então depositadas em recipientes Marmitex, resfriadas e com correta identificação por traço, para posterior envio às empresas participantes deste trabalho. A Figura 22 demonstra as etapas citadas neste parágrafo.

54 53 a) pesagem das amostras b) aquecimento dos agregados c) aquecimento do CAP d) mistura da amostra e) resfriamento das amostras f) Embalagem pronta para envio Figura 22 Etapas de mistura

55 Ensaio de Extração de Betume O ensaio de extração de betume, normatizado pela DNER 053/94, tem como centro uma centrífuga extratora de betume, conhecida por Rotarex. As especificações do aparelho, assim como a aparelhagem necessária para realizar o ensaio estão descritos na norma. Outros detalhes necessários para o ensaio também são encontrados, como temperaturas para devida preparação das amostras, tipos de solvente para diferentes tipos de ligante, detalhes quanto ao manuseio da amostra antes e depois do ensaio e equação para aferição do teor de ligante na mistura asfáltica. Um detalhe importante a ser considerado é o fato de não haver mais disponibilidade no mercado do solvente Tetracloreto de Carbono. Em substituição a este solvente foram utilizados o Solver 87, Gasolina ou Percloroetileno. A sequência do ensaio é a seguinte: a) Aquecimento da amostra à temperatura especificada, entre 80 e 100 C, e posterior destorroamento, aumentando a área de contato do solvente com o ligante, acelerando o processo; b) Afere-se a massa da amostra inicial a ser colocada no prato do aparelho Rotarex (página 43), devendo-se tarar a balança com o prato antes de colocar a amostra (Figura 23). A quantidade máxima por extrator varia por fabricante do equipamento, logo, devem-se seguir as indicações de fábrica. Essa aferição de massa é denominada na norma por peso da amostra total ;

56 55 Figura 23 Aferimento do peso da amostra total c) Coloca-se o prato no Rotarex e coloca-se a primeira carga de solvente até a indicação de fábrica. É colocado o filtro de papel acima do prato (Figura 24) e é fechado o equipamento. O filtro de papel também possui dimensões normatizadas. É esperado um tempo de 15min para que o solvente aja na mistura; Figura 24 Preparação da amostra no Rotarex d) Passado o tempo de 15min, é acionado o aparelho, inicialmente em baixa rotação, acelerando gradativamente. Quando o solvente for totalmente extraído juntamente com o betume, é sinal que terminou a primeira carga

57 56 de solvente. É desacelerada a centrifugação até velocidade de rotação igual a zero. Adiciona-se outra carga de solvente e inicia-se novamente a centrifugação. Este processo descrito neste item é repetido até que o solvente saia límpido, o que indica o fim da extração de betume da amostra; e) O material pétreo resultante com filtro do ensaio de extração é levado à estufa até constância de massa, em uma temperatura de 80 a 100 C, indicada por norma. Afere-se sua massa. Esta é denominada por peso final na norma; f) Utiliza-se dos dados obtidos peso do betume extraído e peso final apara o cálculo de P, sendo P a porcentagem de betume na Equação 1. = 100% (1) Neste trabalho também foi realizado um ensaio de granulometria para cada amostra, normatizado pela DNER-ME 083/98 - Agregados - análise granulométrica, com o objetivo de buscar a influência da distribuição granulométrica, principalmente a parcela de finos na mistura, no ensaio de extração de betume. 3.5 Distribuição das amostras Assim como nos trabalhos referenciados, Mattos (2014) e Rossato et al. (2014), procurou-se aferir a exatidão dos ensaios de extração pelas empresas de pavimentação, procurando evidenciar possíveis erros, tanto de aferição de dados como erros de execução das normas, estes podendo ser causados por vários motivos, desde falta de atenção até por erros de interpretação das normas. Para cada empresa foi enviado o mesmo conjunto, contendo: a) 3 amostras de 900g do traço de referência REF; b) 3 amostras de 900g do traço com menos 2% de finos REF-2%;

58 57 c) 3 amostras de 900g do traço com mais 2% de finos REF+2%; d) Uma carta com descrição da pesquisa e orientações quanto a normas a serem utilizadas nos ensaios, dados a serem aferidos, telefones e s para contato e datas limite para entrega dos resultados; e) Ficha em papel com tabelas e perguntas a serem respondidas por parte da empresa (Figura 25); f) Ficha em modo digital, entregue em CD como objeto facilitador na resposta da empresa. Cada amostra foi devidamente identificada e com seu respectivo espaço na ficha para preenchimento de seus resultados de ensaio. Essa identificação é codificada, sendo somente para controle do pesquisador quanto a qual traço se refere cada amostra. Um exemplo é o traço de referência REF, identificado nas amostras com a letra A, sendo que as três amostras enviadas para cada empresa foram nomeadas como A1, A2, e A3, e assim também na ficha enviada para empresa. Não há influência na aferição dos dados, pois quem estiver realizando o ensaio não tem conhecimento da diferença nas granulometrias ou qualquer outra característica que seria possível diferir entre as amostras.

59 Figura 25 Ficha enviada às empresas 58

60 59 Além das amostras utilizadas na Universidade Federal de Santa Maria, foram enviadas amostras para seis empresas de pavimentação no Rio Grande do Sul. Suas identidades são mantidas em sigilo por uma questão ética. Cada empresa tem seu nome identificado nesse trabalho apenas pela letra E seguida por um número, por exemplo, empresa E3, E4, etc. Os ensaios realizados pela UFSM são representados por E1 e E2, diferenciando cada um por ser 9 amostras ensaiadas em Rotarex manual com solvente Gasolina e 9 amostras em Rotarex elétrico utilizando solvente Solver 87, realizados pelo mesmo operador.

61 60 4 RESULTADOS E ANÁLISES Na pesquisa foram contabilizadas oito empresas participantes, distribuídas em 6 ensaios de laboratórios de empresas de pavimentação e 2 referentes aos ensaios realizados na UFSM. Como já citado, os nomes das empresas contribuintes com esta pesquisa foram ocultados e simbolizados apenas pela letra E seguida de uma numeração para diferenciá-las. A Tabela 9, abaixo, traz um resumo dos dados obtidos nos ensaios realizados nesta pesquisa. As empresas foram agrupadas no quadro primeiramente por tipo de equipamento, Elétrico ou Manual, e posteriormente por tipo de solvente utilizado. Os dados dos teores de ligante estão separados em: a) REF o traço de referência; b) REF+2% o traço com maior quantidade de finos; c) REF-2% o traço com menor quantidade de finos; O erro absoluto é calculado em relação ao teor real de 5,00% utilizado nas amostras. Empresa Rotarex Solvente E1 (UFSM) Tabela 9 Resultados gerais para teores de asfalto Teor médio de ligante encontrado (%) REF REF +2% REF -2% Erro absoluto médio (%) Fator de calibração Solver 87 destilado 5,30 5,60 5,17 0,36 1,07 E3 Elétrico Tricloroetileno 4,99 4,97 4,83 0,07 0,99 E8 Percloroetileno 5,26 5,19 5,13 0,19 1,04 E2 (UFSM) 5,22 5,40 5,23 0,28 1,06 E4 Gasolina 4,85 5,16 5,13 0,05 1,01 E5 Manual 4,95 5,15 4,98 0,03 1,01 E6 4,98 5,18 4,93 0,03 1,01 Tricloroetileno destilado E7 5,51 5,38 5,16 0,35 1,07 Os dados das empresas utilizados e tabelas utilizadas para chegar aos resultados da Tabela 9 estão dispostos no anexo A deste trabalho.

62 Perda ou ganho de material granular Para uma melhor visualização dos dados obtidos nesta pesquisa, na Figura 26 está esboçado um gráfico contendo a média de perda ou ganho de material por peneira em relação a real quantidade de material nos traços utilizados na concepção das amostras. O primeiro fator analisado é a quantidade expressiva de ganho de massa na peneira 1/2' e 3/8 e a perda nas peneiras que a seguem, principalmente da nº4 a nº80. Isso pode ser explicado logo adiante no item 4.7, onde serão mostradas fotos da possível causa de ganho de massa. A explicação deve-se, resumidamente, ao fato de não haver plena lavagem do filme de ligante do material pétreo, havendo aglutinação de vários grãos em forma de torrões. Logo, materiais de menor granulometria, ao aglutinarem-se, formam um falso material de granulometria maior, explicando esse acúmulo nas peneiras 1/2' e 3/8 e a perda nas peneiras seguintes. Outra observação é o ganho de material também na peneira nº200, que têm uma possível causa no alto valor de abrasão do agregado, ou seja, esse aumento de finos pode ter causa no atrito interno durante as misturas e os ensaios. % perda ou ganho de material 7,00 6,00 5,00 4,00 3,00 2,00 1,00 0,00-1,00-2,00-3,00-4,00 0,47 5,89-2,02-1,85-0,66 1,07 0,29-3,19 1/2" 3/8" n 4 n 10 n 40 n 80 n 200 Pass. n 200 Figura 26 Percentualidade média de perda ou ganho de agregado por peneira. Rocha de baixa absorção

63 62 A Figura 27 também mostra a média de perda ou ganho de material por peneira, mas com resultados separados por traço. Note que entre os três traços, REF, REF+2% e REF-2%, não é visível uma grande diferença nos ganhos e perdas de massa nas peneiras, somente a diferença em um ganho de material passante na nº200 no traço REF-2% em relação aos outros. 8,00 6,00 % perda ou ganho de material 4,00 2,00 0,00-2,00-4,00-6,00 Pass. 1/2" 3/8" n 4 n 10 n 40 n 80 n 200 n 200 REF 0,58 6,00-2,96-2,10-1,66-0,61 0,90-0,15 +2% 0,34 5,96-3,59-1,71-1,72-0,38 1,26-0,16-2% 0,50 5,72-3,04-2,25-2,18-0,98 1,05 1,17 Figura 27 - Porcentagem média de perda ou ganho de material para cada traço. Rocha de baixa absorção Observe os dados das peneiras 1/2' e 3/8, à primeira vista, o ganho de massa na peneira 3/8 parece muito maior entre essas duas, mas em forma de massa elas se equivalem em grandeza. A explicação para o fato desse ganho é a aglutinação de agregados evidenciada no Rotarex manual, fato que será analisado no item 4.2. Somente no traço REF-2% há menor valor de ganho. Ou seja, a menor quantidade de material passantes na nº200 pode ter gerado menor aglutinação nas peneiras maiores. Uma possível causa para a diferença de perda para ganho de quantidade de agregado passante na peneira nº200 no REF-2% pode ser explicado justamente na

64 63 menor quantidade de finos, há uma possibilidade de essa menor quantidade de finos ter gerado menor quantidade de aglutinação de material nas peneiras subsequentes. Esse possível excesso de aglutinação gerado pelas partículas de menor diâmetro pode ser associado a sua maior área específica, aumentando a quantidade de ligante entre as partículas menores e, então, a maior quantidade de acúmulo na peneira 3/8 e nº200. O caso do ganho de material na peneira nº200 pra os três traços pode ter algumas possíveis causas. A primeira é a dificuldade do peneiramento do agregado de diâmetros menores, principalmente nesta analisada. Uma segunda possibilidade é a aglutinação do material passante na nº200, que gera um falso diâmetro maior, ficando retido na nº200. E finalmente, a possibilidade de aumento de finos gerados durante o processo de mistura e ensaios, algo possível devido ao alto valor de abrasão encontrado na rocha utilizada neste trabalho. Uma situação deve ser salientada ao analisar o gráfico da Figura 27 é que os três traços têm aumento de massa na peneira nº 200, mas mesmo o traço REF-2% tendo esse ganho, também têm aumento no passante da nº200, diferentemente dos outros dois traços com maior quantidade de finos. Isso pode ter sido causado em razão do material pétreo ter um alto valor de abrasão, e por possuir menor quantidade de finos, acarretando, assim, em um maior atrito interno no esqueleto pétreo, formando maior quantidade de pó do que na concepção da mistura. 4.2 Rotarex manual ou mecânico Na Figura 28 está a possível causa de excessivo ganho de massa na peneira 3/8, problema constatado já comentado no item anterior. Note que é expressiva a diferença entre as granulometrias do extrator manual e do extrator elétrico. No extrator manual houve uma diferença realmente significativa entre a perda e ganho de material nas peneiras e o real valor, enquanto que nos ensaios realizados com extrator elétrico os dados de granulometria são relativamente próximos da média.

65 64 10,00 8,00 8,24 % perda ou ganho de material 6,00 4,00 2,00 0,00-2,00-4,00 1,47-1,19 1,99-0,31-2,55-1,14-3,19 0,37 0,06-1,09 1,12 0,99 0,92-0,76-6,00-4,93 1/2" 3/8" n 4 n 10 n 40 n 80 n 200 Pass. n 200 MANUAL ELÉTRICO Figura 28 - Porcentagem média de perda ou ganho por tipo de Rotarex. Rocha de baixa absorção A influência do Rotarex manual nos dados em forma de média geral deve-se à maior quantidade de empresas que utilizaram desse aparelho, cinco empresas, contra três que utilizaram de Rotarex elétrico. O gráfico abaixo (Figura 29) mostra os resultados médios de teor de ligante obtidos em cada tipo de extrator neste trabalho. Figura 29 Média de teores de ligante do Rotarex manual e Rotarex elétrico

66 65 Nota-se que a perda resultante de material evidenciada é influente nos resultados. No caso de extração com Rotarex manual, é elevada essa perda de material pétreo, o que geraria um grande erro nos resultados de teor de ligante, mas isso não ocorre, tendo as médias de teor de ligante até próximos do real teor de ligante. Isso pode ser explicado numa compensação entre o que se perde de material pétreo e o que não é extraído de ligante da amostra, uma explicação muito lógica ao se olhar a amostra final dos ensaios com extrator manual, com coloração escura e maior quantidade de torrões constituídos de ligante com agregados (Figura 39). No caso do extrator elétrico a extração do ligante da amostra é mais eficiente e melhor evidenciada ao analisar visualmente as suas amostras finais, com agregados mais limpos e claros, além de uma quantidade muito menor de torrões (Figura 40). Sua média de teor de ligante entre as empresas participantes ficou mais elevada que a do manual, mas muito próximas. Esse fato tem origem na sua menor perda de finos em comparação ao manual, visto que, se este tipo de aparelho extrai maior quantidade de ligante, deveria ter médias maiores de teor de ligante, o que não ocorre. Imagens comparativas das amostras finais de extração serão mostradas no item 4.7. Como em qualquer ensaio que emprega energia proveniente da força motora humana, não há uma garantia de constância na energia empregada no aparelho e consequente qualidade do ensaio. O responsável pela execução do ensaio, ao cansar-se durante o emprego de força motora, pode não gerar a frequência de rotações necessárias para manter uma velocidade tangencial para efetiva extração do asfalto da amostra. No caso do Rotarex ser elétrico, há uma maior frequência de rotações, quantidade de rotações por minuto (rpm) durante o ensaio, chegando a 3600rpm. Essa constância na força de inércia para expulsão do ligante asfáltico da amostra acarreta numa menor quantidade de torrões, por extrair melhor o ligante, logo, há mais precisa extração e uma melhor precisão na análise granulométrica em relação ao extrator manual.

67 A influência do teor de finos na determinação do teor de ligante O traço de maior quantidade de finos REF+2% teve um maior valor no erro absoluto médio. Isso indica uma influência direta da quantidade de finos no resultado do ensaio de extração de betume. O traço de referência REF teve um menor erro comparado ao REF+2% e o traço REF-2%, com menos finos, teve o seu erro médio entre as empresas muito próximo ao teor real (Figura 30), sendo o menor erro entre os três traços, 0,25%. Esses resultados tendem a confirmar os dados da pesquisa de Rossato et al. 2014), onde o traço de maior quantidade de finos também teve influência nos resultados. Figura 30 Média dos resultados para cada traço A influência da quantidade de material passante na peneira nº200 deve-se à perda desse material durante a centrifugação, elevando erroneamente o valor de massa perdida na extração, que teoricamente deveria ser somente de asfalto.

68 A influência da absorção na determinação do teor de ligante A médias de teor de ligante nesta pesquisa mostraram-se elevadas em comparação à pesquisa de Rossato et al. (2014), e acima do teor de ligante real de 5,00%. Uma possibilidade está na perda de finos conjuntamente a uma melhor extração do ligante asfáltico, pois o material pétreo deste trabalho trata-se de uma rocha de muito menor absorção do que a utilizada na pesquisa citada. A rocha utilizada deste trabalho, um Granito, possui uma absorção de somente 0,55% para o material graúdo, contra 2,53% do trabalho citado e somente 0,66% do material miúdo, comparado aos 3,55% do Riodacito utilizado por Rossato et al. (2014). Isso pode ser melhor visualizado no gráfico abaixo, montado a partir dos dados da pesquisa realizada por Rossato et al. (2014), sendo retirados os dados de duas empresas que utilizaram extrator elétrico com solvente gasolina, uma prática não recomendada, que criaram uma discrepância com os dados de outras empresas participantes. Observe os dados das médias para os três traços em comparação a este trabalho (Figura 31). 5,30 5,25 % Média por tipo de traço 5,20 5,10 5,00 4,90 4,80 4,70 5,13 5,08 4,99 5,07 4,90 REF REF (R) REF +2% REF+2% (R) REF -2% REF-2% (R) Figura 31 Comparação entre teores de ligante entre a presente pesquisa, rocha de baixa absorção, e a com alta absorção de Rossato et al. (2014) Os dados REF (R), REF+2% (R) e REF-2% (R) referem-se à pesquisa de Rossato et al. (2014) Nota-se uma clara influência da absorção da rocha em misturas asfálticas na determinação do teor de ligante com extrator Rotarex. No caso da rocha de baixa

69 68 absorção, contendo valores maiores de teor de ligante, a possibilidade está na maior quantidade de ligante exposto externamente na mistura. No material de alta absorção, possivelmente, parte do ligante mantem-se na rocha mesmo após a extração, acarretando em valores baixos de teor de betume, erroneamente. 4.5 Tipos de solventes Note que há uma preferência na utilização da gasolina como solvente (Figura 32). Um fato provável é a maior quantidade de empresas que utilizaram de Rotarex manual e a facilidade ao acesso e preço da gasolina. Nas pesquisas de Mattos (2014) e Rossato et al. (2014) houve também preferência na utilização de Gasolina como solvente no ensaio de extração de betume. Solver 87 Tricloroetileno Tricloroetileno destilado Percloroetileno destilado Gasolina Figura 32 Proporção dos tipos de solventes utilizados na pesquisa Observando o gráfico da Figura 33 nota-se um menor erro na utilização do solvente Percloroetileno e Gasolina, diferentemente do caso de uso de Tricloroetileno e do Solver 87 como solventes, obtendo médias muito próximas de erro absoluto. Não se pode deixar de considerar que os casos do Solver 87 e Percloroetileno, no que tange a quantidade de empresas que realizaram ensaios com esses solventes, sendo somente uma empresa participante para cada um desses solventes.

70 69 Gasolina 0,28% Percloroetileno 0,19% Tricloroetileno 0,35% Solver 87 0,36% 0 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3 0,35 0,4 Figura 33 Erro absoluto médio por tipo e solvente 4.6 A influência da absorção na determinação da granulometria Os gráficos abaixo (Figura 34, Figura 35, Figura 36, Figura 37 e Figura 38) apresentam perdas e ganhos de material pétreo encontrados nas granulometrias de amostras finais de extração. Os resultados estão em forma de média para cada situação apontada e com o objetivo de comparar os resultados para rocha de baixa absorção, agregado utilizado neste trabalho, e uma rocha de alta absorção, pesquisa de Rossato et al. (2014). Nos gráficos da Figura 34 e Figura 35 há uma comparação entre as rochas de baixa e alta absorção no Rotarex manual e no Rotarex elétrico. Um fato facilmente visível no caso do Rotarex manual, é que houve menor dispersão da média com a utilização de uma rocha de alta absorção, reforçando a possibilidade de influência da absorção na granulometria da amostra resultante do ensaio de extração manual. No caso da utilização de Rotarex elétrico houve menor dispersão no geral, o pico máximo de perda ou ganho de material foi de 1,99% na peneira 3/8 com material de baixa absorção, e uma perda máxima de 1,91% na utilização de rocha de absorção alta, valores esses muito próximos em módulo, contra 8,24% de valor máximo de ganho no Rotarex manual com rocha de baixa absorção. Esse fato será melhor observado e explicado no item 4.7.

71 70 Figura 34 Comparação de resultados Rotarex manual Figura 35 - Comparação de resultados Rotarex elétrico Mantendo o foco na comparação da dispersão de resultados entre rochas de baixa absorção e de alta absorção, nos gráficos abaixo (Figura 36, Figura 37 e Figura 38) há um firmamento na possível influência da absorção mesmo com utilização de diferentes traços. A rocha de baixa absorção teve resultados com maior dispersão se comparados a rocha de alta absorção. Essa influência já foi comentada como tendo possibilidade na maior quantidade de ligante disposto externamente à rocha de baixa absorção, que acaba por formar torrões de finos, estes acabando por influenciar na granulometria. Com maior quantidade destes torrões, o material de menor diâmetro, ao aglomerar-se a outras partículas, acaba por ser contabilizado em peneiras diferentes de seu real tamanho. Esse fato será melhor explicado no item 4.7.

72 71 Figura 36 - Comparação de resultados Traço REF Figura 37 - Comparação de resultados Traço REF +2% Figura 38 - Comparação de resultados Traço REF -2%

73 Observações durante a realização da pesquisa Durante a análise dos resultados, nos itens anteriores a este, já foi comentado a existência de uma discrepância nos dados de granulometria obtidos das amostras finais dos ensaios de extração de betume deste trabalho. Esse ganho de material na peneira 3/8 e 1/2, e perda de material nas peneiras menores que a seguem em ordem decrescente, pode ter origem na formação de torrões de betume e agregados. Esse fato já foi constatado nas pesquisas de Rossato et al. (2014) e de Mattos (2014), mesmo utilizando de rocha de maior absorção. Isso ocorre no uso dos dois tipos de extrator, Rotarex manual e elétrico, mas é salientado que somente no caso do manual essa diferença foi tão clara nos dados de granulometria, mas também constatado aos olhos, como pode ser visto nas figuras abaixo. A Figura 39 contém amostras de partículas formadas através de diferentes granulometrias e ligante asfáltico, mas retidas na peneira 3/8 após o ensaio de extração de betume com Rotarex manual. Já a Figura 40 procura mostrar a diferença entre as partículas obtidas na peneira 3/8 após extração no Rotarex manual e Rotarex elétrico. Uma pergunta a ser respondida com esse fato é que, se ainda há ligante nas amostras de extração, esse material diminuiria a diferença entre as massas inicial e final do ensaio de extração, diminuindo o teor de ligante, mas isso não ocorre, foram encontrados valores maiores que o aplicado nas misturas. Isso pode reforçar o fato de que durante o ensaio há perda de material fino, compensando a massa não extraída de CAP.

74 73 Figura 39 Amostras de material retido na 3/8 Rotarex Manual Figura 40 Amostras de material retido na 3/8 Rotarex Manual (e) e Elétrico (d)

75 74 Essas duas amostras confirmam o que os dados de granulometria já evidenciaram. O extrator manual foi ineficiente na extração do betume, enquanto o extrator elétrico obteve uma extração uniforme e eficiente do asfalto. Essa falha na extração do betume deveria proporcionar um teor de betume elevado no caso de o ensaio ser realizado com extrator manual, por extrair uma menor quantidade de ligante da amostra, mas pelo contrário, foram obtidos valores elevados de teor de asfalto, acima do teor de projeto utilizado nas misturas. Esse fato pode ter origem na perda de material fino na extração conjunta à perda de finos no processo de centrifugação. Na Figura 42 são mostrados resultados de uma amostra desse material retido em forma de torrões na peneira 3/8 de amostras finais de extração com aparelho manual (Figura 41). O intuito é somente de esclarecimento, por se tratar de uma amostra pequena para ser utilizada como dado nessa pesquisa. Nessa amostra foi realizada uma extração utilizando extrator elétrico, que mostrou ser mais eficiente na extração de betume durante a pesquisa, e uma granulometria com lavagem, para maior precisão nos resultados (Tabela 10). O que era uma amostra com composição de 100% retida na peneira 3/8, mostrou uma composição granulométrica totalmente diferente após uma maior remoção de betume. O teor de betume obtido foi de 0,7%, resultado da má centrifugação do Rotarex manual. Fazendo uma análise, com uma amostra de 900g, somente essa parcela de ligante do retido na 3/8 causaria um deslocamento no valor de teor de 5% para 5,11%.

76 75 Figura 41 - Amostra de material retido na 3/8 de uma extração com Rotarex manual Figura 42 - Frações contidas em uma amostra de material retido na 3/8 de uma extração com Rotarex manual após uma nova e mais eficiênte extração de ligante