Avaliação comparativa de comportamento entre CBUQ s produzidos com pó de borracha e resíduos de lodo

Transcrição

1 Avaliação comparativa de comportamento entre CBUQ s produzidos com pó de borracha e resíduos de lodo Angelo Just da Costa e Silva (1); Fred Rodrigues Barbosa (2); João Manoel F. Mota (3), Carlos Baltar Buarque de Gusmão Filho (4), João Ribeiro de Carvalho (5); (1) Escola Politécnica de Pernambuco. Departamento de Engenharia Civil, UPE, Brasil. angelo@unicap.br (2) Departamento de Engenharia Civil da FAVIP, Engenheiro da COMPESA e Mestrando do Departamento de Engenharia Civil da UFPE, Brasil. fredrbarbosa@ig.com.br (3) Departamento de Engenharia Civil da FAVIP e Doutorando do Departamento de Engenharia Civil, UFPE, Brasil. joao@vieiramota.com.br (4) Universidade Católica de Pernambuco. Departamento de Engenharia Civil, UNICAP, E- mail:baltarbuarque@gmail.com (5) Escola Politécnica de Pernambuco. Departamento de Engenharia Civil, UPE, Brasil. eng.jribeiro@gmail.com Resumo: Este relatório apresenta um estudo experimental sobre três traços de concreto betuminoso usinado a quente com diferentes compostos. Neles foram realizados ensaios de granulometria por peneiramento dos agregados, composição granulométrica da mistura seca, massa específica aparente dos agregados, massa específica real dos agregados e Marshall.Foram elaboradas três misturas, a primeira que é a mistura base, será composta de pó de pedra; brita 12 mm e brita 19 mm. A segunda utilizou-se borracha tritura (pó de borracha) em substituição a uma parte em peso do pó de pedra e por fim na terceira foi adicionado lodo da Compesa triturado no lugar do pó de pedra em peso. Foram apresentados como conclusão os resultados das misturas comparadas objetivando a sua futura utilização em revestimento asfáltico. Palavras-chave: CBUQ, Resíduo de Lodo, Resíduo de Pneu, Asfalto Abstract: This report presents an experimental study on three traits machined hot bituminous concrete with different compounds. In these tests were performed by sieving the aggregates size, granulometric composition of the dry mix, density of households, specific mass of the aggregates and Marshall.Foram prepared three mixtures, the first which is the basic mix will be composed of stone dust, 12 mm crushed gravel and 19 mm. The second was used rubber shreds (rubber powder) in place of one part by weight of stone powder and finally in the third sludge was added in place of Compesa crushed stone powder by weight. Were presented as a conclusion the results of the mixtures compared with the objective of their future use in asphalt surfaces. Key-words: HMA, Sludge Waste, Waste Tires, Asphalt. 1. INTRODUÇÃO O pavimento asfáltico é uma mistura de agregados e ligantes asfálticos, que pode resultar em diferentes formas: o concreto betuminoso usinado à quente; concreto betuminoso usinado à frio (pouco utilizado pelo alto custo comparado a outras opções); pré-mistura à frio; pré-misturado à quente e tratamento superficial. Qualquer uma delas é classificada como pavimento flexível, entretanto cada uma possui diferentes utilidades, sendo o Concreto Betuminoso Usinado à Quente aquele mais empregado e duradouro.

2 Hoje, as rodovias federais e estaduais, ruas e avenidas municipais estão acima do limite de desgaste, pela falta de manutenção. Segundo a Confederação Nacional de Transporte seria necessário cerca de 10 bilhões de reais para recuperar toda a malha viária brasileira, mas o investimento atual do Governo Federal gira em torno de 1 a 2 bilhões de reais. (BERNUCCI, 2008) Com isso, a malha viária está no fim de sua vida útil e, mesmo que se tenha utilizado qualquer traço elaborado dentro das normas do Departamento Nacional de Infraestrutura e Transporte (DNIT), não haveria forma de suportar tanto tempo sem manutenção. Este estudo experimental tem por finalidade criar e comparar novos traços de CBUQ, visando à sustentabilidade ambiental e a reutilização de matérias como borracha e lodo de esgoto, também buscando propor alternativa mais barata para execução de um pavimento flexível com traços de misturas betuminosas. Todos os traços serão elaborados segundo a norma DNIT-ES 031/2006 dentro da faixa C de trabalho 2. MATERIAL 2.1. CBUQ Concreto Betuminoso Usinado à Quente (CBUQ) é uma mistura executada a quente, em usina de asfalto, composto por agregado graúdo, agregado miúdo, material de enchimento (filler) e Cimento Asfalto de Petróleo (CAP). O CBUQ pode ser aplicado de diferentes formas, como capa (revestimento final), binder (mistura mais grossa para regularização), camada de base e reforço do pavimento. Na elaboração do traço, geralmente o agregado representa 77% em volume ou 92% em peso. De acordo com a opção de utilização podem-se modelar diferentes misturas com diferentes porcentagens de CAP em relação a 100% da mistura seca (agregado graúdo + agregado miúdo + material de enchimento se necessário), por exemplo: capa (4,5% a 6,0%), binder (4,0% a 6,0%). Na tabela 1 abaixo pode ser verificado as faixas de trabalho para CBUQ determinado pela norma DNIT- ES 031/2006 onde a faixa utilizada foi a faixa C. Tabela 1 - Tabela de tolerâncias e limites para faixa de trabalho do DNIT. Peneira de Malha Quadrada % passando, em peso por faixas Discriminação Abertura (mm) A B C Tolerâncias Fixas de Proj. 2'' 50, /2'' 38, ± 7 % 1'' 25, ± 7 % 3/4'' 19, ± 7 % 1/2'' 12, ± 7 % 3/8'' 9, ± 7 % N 4 4, ± 5 % N 10 2, ± 5 % N 40 0, ± 5 % N 80 0, ± 2 % N 200 0, ± 2 % Betume Solúvel no CS2 (+) % 4, 0-7, 0 Camada de Ligação (Binder) 4, 5-7, 5 Camada de Ligação e Rolamento 4, 5-9, 0 Camada de Rolamento ± 0,3 % A tabela 2 mostra as características do Cimento Asfáltico de Petróleo(CAP 50/70) usado nessa pesquisa.

3 Tabela 2 - Características do CAP 50/70 Características Unidades Limites CAP Empregado Métodos Penetração (100g, 5s, 25 C) 0,1 mm NBR 6576 Ponto de Amolecimento (mm) C NBR 6560 Viscosidade Saybolt-Furol (135 C min) s NBR Viscosidade Saybolt-Furol (150 C min) s NBR Viscosidade Saybolt-Furol (177 C min) s NBR Ponto de Fulgor min C NBR Ductilidade a 25 C cm NBR Agregados As talelas 3, 4 e 5 descrevem a granulometria o pó de pedra, da brita 19mm e da brita 12mm usadas no esperimento. Tabela 3 - Granulometria por peneiramento do Pó de Pedra Tabela 4 - Granulometria por Peneiramento Brita 19mm Tabela 5 - Granulometria por Peneiramento Brita 12mm

4 2.1. Borracha Segundo Mendes e Nunes (2009), no Brasil, cerca de 30 milhões de pneus são descartados todos os anos e nos Estados Unidos, os números são ainda mais impressionantes, o passivo beira 03 bilhões de carcaças, com uma produção média de 300 milhões por ano O pó de borracha é fabricado a partir da reciclagem e trituração de pneus usados, havendo necessidade, também pode ser aquecido junto ao material betuminoso gerando um novo produto. O pó de borracha pode ser utilizado, em misturas asfálticas, de duas formas: via seca e via úmida. Por via úmida, o pó de borracha será adicionado ao ligante asfáltico na proporção de 5% a 25% em relação ao cimento asfáltico. Esta mistura dá origem ao ligante asfalto-borracha. Por via seca, o pó de borracha será adicionado à mistura seca, ou seja, aos agregados graúdos e miúdos, antes da adição do ligante asfáltico. Sendo feito desta forma, o pó de borracha é chamado de agregadoborracha. A adição deverá ser na proporção de 3% a 5% em relação à massa mistura seca (agregados minerais). Este será a forma utilizada no estudo comparativo deste relatório. A tabela 6 apresenta a análise granulométrica do pó borracha que foi triturado no Los Angeles por 30 minutos. Tabela 6 - Granulometria por Peneiramento Pó de Borracha Lodo O lodo de esgoto é a parte mais rígida proveniente do tratamento de esgoto sanitário realizado nas estações de tratamento de esgoto. Numa primeira fase ocorre a separação da fração líquida e da fração sólida do esgoto e posteriormente a fração sólida será biodigerida por bactérias anaeróbicas e aeróbicas. Na fase seguinte, a fração liquida é colocada em um tanque para aeração onde ocorrerá uma maior atuação de microrganismos, resultando na formação biológica de flocos que tem por função aglomerar as impurezas. Na seqüência, o esgoto (parte líquida e parte sólida) entra em um decantador onde se formam sedimentos chamados de lodo ativo. Este resultado passa por um novo processo de biodigestão, exprimindo em media uma umidade de 70%. Como penúltima etapa tem-se a secagem que deve ocorrer em leitos cobertos, protegido da ação direta das chuvas, fenômeno que pode prejudicar bastante o processo final. Finalmente o lodo que está contido nos leitos de secagem de cor escura e sem odor, possui uma consistência parecida com a de terra, com características bastante peculiares (FERNDES, 1993).

5 CORPOS-DE- PROVA N A tabela 7 apresenta a granulometria da amostra de lodo de esgoto também foi triturada por cerca de 30 minutos. Tabela 7 - Granulometria por Peneiramento Lodo de Esgoto 3. MÉTODO Foram utilizados 3 traços.o traço 1 de referência era composto pelo po de pedra, o traço 2 com a adição de po de borracha e o traço 3 com adição de lodo de esgoto. Utilizou-se do método Marshall DNER-ME 043/1995 para determinação dos parâmetros necessários para comparação dos diferentes traços; O teor de ligante (CAP) ficou pré-estabelecido em 6%, por que o traço de referência está dosado nesta porcentagem. A granulometria dos traços de CBUQ foram realizadas com os parâmetros da faixa C, da norma DNIT- ES 031/2006 para capa de rolamento; A tabela 8 mostra a dosagem Dosagem Marshall do traço 1(referência) com: Brita 19mm = 11,00%;Brita 12mm = 24,00%;Pó de Pedra = 65,00%. Tabela 8 - Dosagem Marshall do traço 1(referência) % DE LIGANTE MISTURA NO AR PESO ÁGUA VOL. DENSIDADE % LEITURA NO ESTABILIDADE APA. TEO. VAZIOS VAM VCB RBV DEFLEC. LIDA FATOR CORRI. FLUÊN. 1 6,0 1199,96 690,61 509,35 2,356 2,433 3,2 13,7 16,9 81, , ,2 2 6,0 1199,98 690,36 509,62 2,355 2,433 3,2 13,7 16,9 81, , ,9 3 6,0 1199,97 690,48 509,49 2,355 2,433 3,2 13,7 16,9 81, , ,0 MÉDIA 6,0 1199,97 690,48 509,49 2,355 2,433 3,2 13,7 16,9 81, , ,0

6 CORPOS-DE- PROVA N CORPOS-DE- PROVA N A tabela 9 mostra a dosagem Dosagem Marshall do traço 2 : Brita 19mm = 12,00%;Brita 12mm = 30,00%;Pó de Pedra = 50,00%;Pó de borracha = 8,00%. Tabela 9 - Dosagem Marshall Traço 2 % DE LIGANTE MISTURA NO AR PESO ÁGUA VOL. DENSIDADE % LEITURA NO ESTABILIDADE APA. TEO. VAZIOS VAM VCB RBV DEFLEC. LIDA FATOR CORRI. FLUÊN. 1 6,0 1200,70 657,60 543,10 2,211 2,431 9,1 12,9 21,9 58, , ,5 2 6,0 1200,10 653,10 547,00 2,194 2,431 9,8 12,8 22,5 56, , ,6 3 6,0 1200,40 655,35 545,05 2,202 2,431 9,4 12,8 22,2 57, , ,0 MÉDIA 6,0 1200,40 655,35 545,05 2,202 2,431 9,4 12,8 22,2 57, , ,0 A tabela 10 mostra a dosagem Dosagem Marshall do traço 3: Brita 19mm = 12,00%; Brita 12mm = 30,00%; Pó de Pedra = 50,00%; Lodo de Esgoto = 8,00%. Tabela 10 - Dosagem Marshall Traço 3 % DE LIGANTE MISTURA NO AR PESO ÁGUA VOL. DENSIDADE % LEITURA NO ESTABILIDADE APA. TEO. VAZIOS VAM VCB RBV DEFLEC. LIDA FATOR CORRI. FLUÊN. 1 6,0 1189,80 665,40 524,40 2,269 2,431 6,7 13,2 19,9 66, , ,6 2 6,0 1190,60 664,60 526,00 2,263 2,431 6,9 13,2 20,1 65, , ,6 3 6,0 1190,20 665,00 525,20 2,266 2,431 6,8 13,2 20,0 66, , ,6 MÉDIA 6,0 1190,20 665,00 525,20 2,266 2,431 6,8 13,2 20,0 66,1 144,3 404,1 1, ,6

7 4. RESULTADOS E DISCUSSÕES Características Porcentagem de Vazio % Relação Betume/Vazios (R.B.V.) Estabilidade, mínima, (kgf) (75 golpes) Fluência Método de Camada de Ensaio Rolamento DNER-ME a 5 DNER-ME a 82 DNER-ME DNER-ME a 20 Tabela 11 Tabela com os limites mín. e máx. de cada característica Tomando como referência a tabela 11 pode-se fazer os seguintes comentários a respeito dos traços estudados. A comparação será realizada utilizando-se os limites mínimos e máximos e o traço 1 como referência. Em relação à Estabilidade como se pode conferir no gráfico 1, quando houve adição de material, o resultado não foi satisfatório, quando se adicionou pó de borracha ou lodo de esgoto, a estabilidade foi inferior ao limite mínimo. Gráfico 1 Comparativo das Estabilidades Na característica de porcentagens de vazios, vê-se no gráfico 2 que os resultados também estão fora do limite normativo, salvo a porcentagem de vazios do traço 1 que não possui adições. Já os outros dois traços que possuem adição de finos (pó de borracha ou lodo de esgoto) a porcentagem de vazios está muito alta. Quando ocorrer a compactação da mistura, a ocupação dos espaços vazios será maior, portanto quando compactado a mistura irá abater muito, gerando possivelmente um recalque grande do trecho em futuro próximo.

8 Gráfico 2 Comparativo das Porcentagens de Vazios Próxima avaliação diz respeito à Relação betume/vazios, também como ocorrido nas outra características já estudadas, para os traços 2 e 3, os resultados estão fora da faixa de domínio, abaixo do limite mínimo. Estes resultados podem ser confirmados no gráfico 2. O traço 1 ficou entre os limites mínimos e máximos, como também já tinha sido demonstrado nas análise das outras características estudadas. Apesar deste resultado, o traço 1 deve ser reavaliado pois está muito perto dos limites, tanto máximo como no R.B.V., quanto dos limite mínimos como na porcentagem de vazios(gráfico 3). Gráfico 3 Comparativo da Relação Betume/Vazios O último parâmetro a ser avaliado foi a Fluência que ficou dentro dos parâmetros para todos os traços estudados(gráfico 4).

9 Gráfico 4 Comparativo da Fluência Também se pode dizer que esta avaliação foi apenas experimental e laboratorial, não foi avaliando a sua durabilidade e se realmente estes materiais poderiam ser empregados em camada de rolamento de CBUQ, para isso seriam necessários outros ensaios não realizados neste estudo. 5. CONSIDERAÇÕES FIIS Neste estudo foi realizada uma avaliação comparativa entre três traços de CBUQ diferentes, um tradicional, outro com adição de pó de borracha e um terceiro com adição de lodo de esgoto. Como demostra o relatório quando os materiais são adicionados a mistura de referência, as novas misturas não se enquadram dentro dos limites mínimos e máximos estabelecidos por norma para as características estudadas. Com a comparação dos diferentes traços sendo realizada apenas nestas características, o ensaio Marshall é o ideal para avaliação, lembrando que o estudo foi realizado em cima de parâmetros da faixa C do DNIT, o que gera uma possibilidade para o reenquadramento destas adições. Provavelmente estes materiais se encaixariam melhor em outra faixa de trabalho do DNIT. Este estudo poderia ser repetido com lodo ativo, o lodo de esgoto aquecido até, pelo menos, 300 C. Este material quando aquecido perderia grande parte do material orgânico, portanto os resultados poderão ser diferentes, e talvez mais favoráveis a sua utilização em rodovias. Vale lembrar que a mistura com adição de borracha, sem alteração das proporções utilizadas neste estudo, poderia vir a ser utilizada em pistas de cooper ou até em ciclovias, vias de menor tráfego e menor desgaste. Existe ainda a possibilidade de serem alteradas as proporções de materiais para a mistura aproximar-se do traço de referência, o que poderia vir a permitir a sua utilização em rodovias. Novos trabalhos neste assunto devem ser incentivados, visando a busca por materiais renováveis, recicláveis e de mais baixo custo como proposto nesta discussão. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS DEPARTAMENTO CIOL DE INFRAESTRUTURA DE TRANSPORTES (DNIT). Cimentos asfálticos de petróleo especificação de material. DNIT-EM 095, DEPARTAMENTO CIOL DE INFRAESTRUTURA DE TRANSPORTES (DNIT). Material de enchimento para misturas betuminosas. DNER-EM 367, 1997.

10 DEPARTAMENTO CIOL DE INFRAESTRUTURA DE TRANSPORTES (DNIT). Agregados determinação de abrasão por Los Angeles. DNER-ME 035, DEPARTAMENTO CIOL DE INFRAESTRUTURA DE TRANSPORTES (DNIT). Misturas betuminosas a quente Ensaio Marshall. DNER-ME 043, DEPARTAMENTO CIOL DE INFRAESTRUTURA DE TRANSPORTES (DNIT). Misturas betuminosas percentagem de betumes. DNER-ME 053, DEPARTAMENTO CIOL DE INFRAESTRUTURA DE TRANSPORTES (DNIT). Agregados analise granulométrica. DNER-ME 083, DEPARTAMENTO CIOL DE INFRAESTRUTURA DE TRANSPORTES (DNIT). Agregados determinação do índice de forma. DNER-ME 086, DEPARTAMENTO CIOL DE INFRAESTRUTURA DE TRANSPORTES (DNIT). Pavimentos flexíveis Concreto asfáltico Especificação de serviço. DNIT-ES 031, ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS (ABNT). Materiais Asfálticos Determinação por penetração. NBR 6576, ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS (ABNT). Materiais Betuminosos Determinação da viscosidade cinemática. NBR 14756, ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS (ABNT). Materiais Betuminosos Determinação do ponto de amolecimento método do anel e bola. NBR 6560, ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS (ABNT). Materiais Betuminosos Determinação de ductilidade. NBR 6293, ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS (ABNT). Derivados de petróleo Determinação dos pontos de fulgor e combustível em vaso aberto Cleveland. NBR 11341, ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS (ABNT). Produtos betuminosos semissólidos Determinação da massa específica e densidade relativa. NBR 6296, FERNDES, F. et ali, Produção de fertilizante orgânico por compostagen do lodo gerado por estações de tratamento de esgoto. Pesquisa Agropecuária, V28, n 5, Brasília, mai./1993. p MORALES E DANTAS, G. F. Verificação e avaliação da reatividade pozolânica da cinza do lodo de esgoto da cidade de Londrina. São Paulo, BERNUCCI, L. Pavimentação asfáltica: formação básica para engenheiros. Petrobras, Rio de Janeiro, 2008.