UNIVERDIDADE ESTADUAL DE GOIÁS UEG UNIDADE UNIVERSITÁRIA DE CIENCIAS EXATAS E TECNOLOGICAS CURSO DE ENGENHARIA CIVIL ADRIANO HONORATO TOSTA

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1 UNIVERDIDADE ESTADUAL DE GOIÁS UEG UNIDADE UNIVERSITÁRIA DE CIENCIAS EXATAS E TECNOLOGICAS CURSO DE ENGENHARIA CIVIL ADRIANO HONORATO TOSTA REVESTIMENTO EM C.B.U.Q ESTUDO DE CASO DO MUNICÍPIO DE ANÁPOLIS-GO ANÁPOLIS/GO JANEIRO / 2014

2 ii ADRIANO HONORATO TOSTA REVESTIMENTO EM C.B.U.Q ESTUDO DE CASO DO MUNICÍPIO DE ANÁPOLIS-GO PROJETO FINAL SUBMETIDO AO CURSO DE ENGENHARIA CIVIL DA UNIVERSIDADE ESTADUAL DE GOIÁS. ORIENTADOR: PROF. DR. BENJAMIM JORGE RODRIGUES ANÁPOLIS / GO : 2014

3 TOSTA, ADRIANO HONORATO FICHA CATALOGRÁFICA REVESTIMENTO EM CBUQ ESTUDO DE CASO DO MUNICÍPIO DE ANÁPOLIS-GO vii, 25 p., 297 mm (ENC/UEG, Bacharel, Engenharia Civil, 2014). Projeto Final - Universidade Estadual de Goiás. Unidade Universitária de Ciências Exatas e Tecnológicas. Curso de Engenharia Civil. 1. Capa Asfáltica 2. CBUQ 3. CAP 4. Anápolis REFERÊNCIA BIBLIOGRÁFICA TOSTA, A. H. Revestimento em CBUQ Estudo de caso do município Anápolis- GO. Projeto Final, Publicação ENC. PF /02, Curso de Engenharia Civil, Universidade Estadual de Goiás, Anápolis, GO, 25 p., CESSÃO DE DIREITOS NOME DO AUTOR: Adriano Honorato Tosta TÍTULO DA DISSERTAÇÃO DE PROJETO FINAL: Revestimento em CBUQ Estudo de caso do município Anápolis-GO. GRAU: Bacharel em Engenharia Civil ANO: 2014 É concedida à Universidade Estadual de Goiás a permissão para reproduzir cópias deste projeto final e para emprestar ou vender tais cópias somente para propósitos acadêmicos e científicos. O autor reserva outros direitos de publicação e nenhuma parte deste projeto final pode ser reproduzida sem a autorização por escrito do autor. Adriano Honorato Tosta Rua N-24, Qd.21, Lt.16, Anápolis City 2ª Etapa CEP Anápolis/GO Brasil paviart.adriano@gmail.com

4 iii ADRIANO HONORATO TOSTA REVESTIMENTO EM CBUQ ESTUDO DE CASO DO MUNICÍPIO DE ANÁPOLIS-GO PROJETO FINAL SUBMETIDO AO CURSO DE ENGENHARIA CIVIL DA UNIVERSIDADE ESTADUAL DE GOIÁS COMO PARTE DOS REQUISITOS NECESSÁRIOS PARA A OBTENÇÃO DO GRAU DE BACHAREL. APROVADO POR: BENJAMIM JORGE RODRIGUES DOS SANTOS, DR. (UEG) (ORIENTADOR) CLODOVEU REIS PEREIRA, MSC. (UEG) (EXAMINADOR INTERNO) DANIELA JAIME E SILVA, (ENG.ESPECIALISTA) (EXAMINADORA EXTERNA) Data: Anápolis/GO, 05 de Janeiro de 2014.

5 iv RESUMO O município de Anápolis - GO passa por um crescimento econômico diretamente ligado à construção do Distrito Agroindustrial de Anápolis (DAIA), a plataforma Multimodal e o Porto Seco, dando à região o título de capital econômica do Estado. As vias rodoviárias necessitam de investimentos para atender à demanda de tal crescimento e a escolha do tipo de serviço a ser executado deve ser bem planejada. Neste trabalho houve uma compilação dos principais tipos de pavimento asfáltico e um estudo direcionado ao Concreto Betuminoso Usinado a Quente (CBUQ) e a dosagem dos seus componentes bem como um ensaio prático e usual do traço utilizando métodos pertencentes à norma regulamentada pelo Departamento Nacional de Infraestrutura de Transportes (DNIT). A ênfase do estudo foi à determinação do teor de CAP 50/70 mais adequada às características da região e os riscos ocasionados pelo excesso ou falta do material. A partir deste estudo pode-se executar serviços referentes à pavimentação na região considerando-se as peculiaridades dos agregados disponíveis na região de Anápolis. Betuminoso Palavras chave: Rodoviárias, pavimentação, dosagem de concreto

6 v ASBSTRACT The city of Anápolis - GO undergoes economic growth directly linked to construction of Agro - Industrial District of Annapolis (DAIA), Multimodal platform and Dry Port, giving the region the title of economic capital of the state. The roads need investment to meet the demand for such growth and select the type of service to be performed should be well planned. In this work there was a compilation of the main types of asphalt pavement, and a study directed at Hot mix asphalt concrete (commonly abbreviated as HMAC or HMA) and the dosage of its components as well as a practical and usual trace test using methods belonging to the standard regulated by the National Department of Infrastructure Transportation (DNIT). The emphasis of the study was the determination of the CAP 50/70 most suitable to the regional characteristics and risks caused by excess or lack of content material. From this study we can perform services related to paving in the region considering the peculiarities of available aggregates in the Anápolis area.. Keywords: Road, paving, dosage of Bituminous Concrete.

7 vi LISTA DE FIGURAS Figura 01: Esquema de seção transversal do pavimento...5 Figura 02: Usina de CBUQ...8 Figura 03: Aplicação da camada de CBUQ...9 Figura 04: Cimento Asfáltico de Petróleo...10 Figura 05: Aplicação do CM-30 utilizado na imprimação da base...12 Figura 06: Aplicação do RR-1C utilizado na Pintura de ligação...14 Figura 07: Patologia ocasionada pelo baixo teor de CAP...15 Figura 08: Patologia ocasionada pelo excesso de emulsão asfáltica (RR-1C)...16 Figura 09: Patologia ocasionada pela falta de controle dos agregados...16 Figura 10: Coletando amostras in loco para ensaio...20

8 vii LISTA DE ABREVIATURAS ANUT: Associação Nacional dos Usuários de Transporte SINICON: Sindicato Nacional da Indústria da Construção Pesada CA: Concreto Asfáltico CAP: Cimento Asfáltico de Petróleo CAN: Cimento Asfáltico Natural CAM: Cimento Asfáltico Modificado CBUQ: Concreto Betuminoso Usinado à Quente CAUQ: Concreto Asfáltico Usinado à Quente CL: Cura Lenta CM: Cura Média CR: Cura Rápida DNER: Departamento Nacional de Estradas de Rodagem DNIT: Departamento Nacional de Infraestrutura de Transportes RL: Ruptura Lenta RM: Ruptura Média RR: Ruptura Rápida LA: Lama asfáltica UFBA: Universidade Federal da Bahia UCSAL: Universidade Católica de Salvador

9 viii SUMÁRIO 1. INTRODUÇÃO OBJETIVOS OBJETIVO GERAL OBJETIVO ESPECÍFICO METODOLOGIA COMPOSIÇÃO DA MONOGRAFIA REVISÃO BIBLIOGRÁFICA CONSIDERAÇÕES GERAIS PAVIMENTO E MATERIAIS COMPONENTES PAVIMENTO Revestimentos Betuminosos por penetração Revestimentos Betuminosos por Mistura Asfalto para Pavimentação PATOLOGIAS PROVENIENTES DE FALHAS DE PROJETO METODOLOGIA ROTEIRO DE ENSAIO CALCULO E INTERPRETAÇÃO DE RESULTADOS CONTROLE DA MISTURA ASFÁLTICA PRODUZIDA ENSAIO EXPERIMENTAL ESPECIFICAÇÕES DE PROJETO RESULTADOS DO ENSAIO ANÁLISE DOS RESULTADOS CONSIDERAÇÕES FINAIS REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS...24 ANEXO

10 1 1. INTRODUÇÃO De acordo com o Programa Asfalto nas Universidades elaborado pela Petrobrás (PROASFALTO 2008), nas últimas décadas o investimento em infraestrutura rodoviária se encontra bem aquém das necessidades do país, havendo uma crescente insatisfação do setor produtivo com esse nível de investimento. Observa-se que os bens produzidos no país podem ser mais competitivos na fase de produção, mas perdem competitividade, notadamente, no quesito infraestrutura de transportes devido a uma matriz modal deficiente, onde as estradas (principal meio de escoamento da produção nacional) se encontram em estado tal que não são capazes de atender às necessidades de transporte de carga nacionais. Essa realidade nos tornam pouco competitivos no mercado exterior e cria uma situação econômica nacional insustentável. A cidade de Anápolis, localizada no centro oeste goiano, é o terceiro município mais populoso do Estado, sendo sua população de habitantes IBGE (2010). Localizada estrategicamente entre as capitais Goiânia (GO) e Brasília (DF), com a criação do Distrito Agro - Industrial de Anápolis (DAIA), do Porto Seco Centro-Oeste e da Plataforma Logística Multimodal, tornou-se a capital econômica do Estado de Goiás. Desde a década de 70, Anápolis enfrenta uma sobrecarga na malha viária por conta do crescimento acelerado da economia e da população. A solução foi buscar novas técnicas de pavimentação e de restauração das vias, adequadas ao meio. Atualmente, em toda pavimentação executada no perímetro urbano utiliza-se o Concreto Betuminoso Usinado a quente (C.B.U.Q), abordado pelos autores atuais como Concreto Asfáltico Usinado a Quente (C.A.U.Q). Por se tratar de um revestimento utilizado em todo o país, capaz de suportar grandes cargas, recomendado para as características da região e de fácil aplicação, o material foi exigido por lei como padrão dos logradouros do município. Entretanto, apesar de se tratar de uma técnica usual, é comum observar equívocos na execução e principalmente na elaboração da mistura. O resultado é o desgaste prematuro da pista de rolagem, aparição de trincas e ondulações na superfície, desperdício de agregados e ligantes. Portanto, é importante que se faça um planejamento, analisando o clima e o tráfego da região, a usina onde será preparada a mistura, os fornecedores de agregados e do material ligante, para que se tenham condições de obter um produto final que vise à economia e eficiência. Assim, este trabalho visa caracterizar o CBUQ e apresentar um estudo de caso levando em consideração todos os parâmetros necessários para elaborar um projeto genérico que possa ser usado como base para a cidade de Anápolis, bem como qualquer outra região com características semelhantes.

11 2 1.1 OBJETIVOS OBJETIVO GERAL Esse trabalho tem como objetivo analisar um traço padrão para o Concreto Betuminoso Usinado a quente (CBUQ) a ser usado em regiões com características semelhantes às de Anápolis OBJETIVO ESPECÍFICO A partir da Granulometria dos agregados disponíveis na região, definir um teor de CAP 50/70 (em %) que atenda às normas do Departamento Nacional de Infraestrutura de Transportes (DNIT). 1.2 METODOLOGIA O trabalho foi desenvolvido a partir de: Revisões Bibliográficas Pesquisas em campo Ensaio Experimental Análise de resultados obtidos em laboratório 1.3 COMPOSIÇÃO DA MONOGRAFIA A monografia é composta pelos seguintes capítulos: Capitulo 1 - Introdução sobre o assunto apresentado; Capítulo 2 - Revisão Bibliográfica utilizada como base teórica, elaborada por autores atuantes na área; Capitulo 3 - Metodologia utilizada para o ensaio experimental proposto pelo estudo;

12 3 Capitulo 4 - Ensaio experimental realizado em laboratório e expresso em forma de tabelas e gráficos; Capitulo 5 Considerações finais sobre o estudo e os ensaios; Capitulo 6 Referências bibliográficas citadas no estudo; Anexo 01 Planilhas e gráficos resultantes dos ensaios em laboratório.

13 4 2. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA 2.1 CONSIDERAÇÕES GERAIS Segundo a pesquisa realizada no programa PROASFALTO pelo autor Bernucci et. Al. (2008), a competitividade da economia brasileira é prejudicada pela falta de investimento em infraestrutura, uma vez que isso acarreta um número crescente de acidentes, perda de parte da carga e gasto elevado com manutenção e combustíveis. O quadro de precária infraestrutura rodoviária, bem como dos demais modais de transportes, repercute na capacidade produtiva do país contribuindo para aumentar o chamado Custo Brasil. No Brasil o revestimento rodoviário mais utilizado é o concreto asfáltico (CA) também denominado de CBUQ. Trata-se do produto da mistura convenientemente proporcionada de agregados de vários tamanhos e cimento asfáltico, ambos aquecidos em temperaturas previamente escolhidas, em função da característica de viscosidade e temperatura do ligante (ROCHA 2010, pg.08) De acordo com Pinto (1997), a palavra asfalto se originou do termo Acádio asphaltu ou Sphallo que significa esparramar. Posteriormente, devido a sua utilização como material aglutinante passou a significar firme, estável, seguro. De acordo com Bernucci et. Al. (2008), a dosagem de uma mistura asfáltica tem consistido até hoje na escolha, através de procedimentos experimentais, de um teor dito ótimo de ligante, a partir de uma faixa granulométrica predefinida. A definição do que vem a ser um teor ótimo não é simples. É possível que esse termo tenha sido escolhido por analogia ao teor ótimo de umidade de um solo, que, para uma determinada energia, é função somente da massa específica. Porém, no caso das misturas asfálticas, são vários os aspectos a serem considerados, e o teor ótimo varia conforme o critério de avaliação. Portanto, o mais conveniente é se nomear o teor de ligante dosado como teor de projeto, como forma de ressaltar que sua definição é convencional. O CBUQ é um material muito sensível à variação do teor de ligante asfáltico, podendo gerar problemas de deformação permanente por fluência e/ou exsudação. Com a falta de ligante gera um enfraquecimento da mistura e de sua resistência à formação de trincas, diminuindo a vida útil do pavimento, provocando precocemente a manutenção ou recuperação do pavimento asfáltico (ROCHA 2010, pg.08). O projeto de um concreto asfáltico para pavimentação constitui um estudo de seleção e dosagem dos materiais constituintes, com a finalidade de enquadrá-los economicamente nas especificações estabelecidas (Senço, 2001).

14 5 2.2 PAVIMENTO E MATERIAIS COMPONENTES PAVIMENTO Segundo DNIT (2006, p.95), pavimento é como uma superestrutura constituída por um sistema de camadas de espessuras finitas, assente sobre um semiespaço considerado teoricamente infinito, a infraestrutura ou terreno de fundação, a qual é designada de subleito. As camadas típicas são identificadas como: Revestimento - Camada destinada a resistir diretamente às ações do tráfego, a impermeabilizar o pavimento, a melhorar as condições do rolamento, no que se refere ao conforto e à segurança, e a transmitir, de forma atenuada, as ações do tráfego às camadas inferiores; Base Camada destinada a resistir diretamente às ações dos veículos e a transmiti-las, de forma conveniente, ao subleito; Sub-base Camada complementar à base, com as mesmas funções desta e executada quando, por razoes de ordem econômica, for conveniente reduzir as espessuras da base; Reforço do subleito - Camada existente, no caso de pavimentos muito espessos, executada com objetivo de reduzir a espessura da própria sub-base; Regularização do subleito Camada de espessura variável, executada quando se torna necessário preparar o leito da estrada para receber o pavimento, pois tem espessura variável, podendo ser nula em um ou mais pontos da seção transversal. A Figura 01 esquematiza a seção transversal de um pavimento flexível e suas camadas componentes. p.106) Figura 01: Esquema de seção transversal do pavimento. Fonte: (DNIT, 2006,

15 6 Quanto à classificação dos pavimentos, Senço (2001) evidencia: Rígidos (concreto-cimento) Flexíveis (asfálticos) Semirrígido (base cimentada revestida por uma camada asfáltica). Os pavimentos rígidos são aqueles que utilizam na sua camada de revestimento, placas de concreto de cimento Portland que podem ser armadas com barras de aço ou não. Os pavimentos flexíveis são aqueles que utilizam em sua camada de revestimento uma associação de agregados e matérias betuminosos (asfálticos). Esta associação pode ser feita de duas maneiras clássicas: por penetração e por mistura Revestimentos Betuminosos por penetração Esta modalidade envolve dois tipos distintos: por penetração invertida e por penetração direta. a) Penetração Invertida São os revestimentos executados através de uma ou mais aplicações de material betuminoso, seguida(s) de idêntico número de operações de espalhamento e compressão de camadas de agregados com granulometrias apropriadas (DNIT, 2006) Conforme o número de camadas tem-se os intitulados, tratamento superficial simples, duplo ou triplo. O tratamento simples, executado com o objetivo primordial de impermeabilização ou para modificar a textura de um pavimento existente, é denominado capa selante. b) Penetração Direta São os revestimentos executados através do espalhamento e compactação de camadas de agregados com granulometria apropriada, sendo cada camada, após

16 7 compressão, submetida a uma aplicação de material betuminoso e recebendo, ainda, a última camada, uma aplicação final de agregado miúdo (DNIT, 2006). Revestimento típico, por penetração direta, é o Macadame Betuminoso. O Macadame Betuminoso tem processo construtivo similar ao Tratamento Duplo e comportam espessuras variadas e bem maiores, em função do número de camadas e das faixas granulométricas correspondentes, Com frequência ele é usado como camada de base Revestimentos Betuminosos por Mistura Nos revestimentos betuminosos por mistura, o agregado é pré-envolvido com o material betuminoso, antes da compressão. Quando o pré-envolvimento é feito em usinas fixas, resultam os pré-misturados Propriamente ditos e, quando feito na própria pista, têm-se os Pré Misturados na Pista (Road mixes). Conforme os seus respectivos processos construtivos, são adotadas ainda as seguintes designações: a) Pré-misturado a Frio Quando os tipos de agregados e de ligantes utilizados permitem que o espalhamento seja feito à temperatura ambiente (embora a mistura tenha sido feita a quente). b) Pré- misturado a Quente Quando o ligante e o agregado são misturados e espalhados na pista ainda quentes. Conforme a graduação dos agregados com que são executados, os Prémisturados e os Road mixes podem ser de graduação aberta ou densa, Os de graduação densa em geral não requerem capa selante, que é obrigatória nos de graduação aberta. Quando o agregado natural ou artificial é constituído predominantemente de material passando na peneira nº 10 (abertura 2,0 mm),ou seja, de areia, tem-se os Road-mixes e os pré-misturados Areia-Betume. Concreto, de um modo geral, é um conjunto de agregados graduados, aglutinados, formando uma massa compacta. Nos concretos asfálticos o aglutinante é o cimento asfalto de petróleo (CAP). c) O Concreto Betuminoso Usinado a Quente - CBUQ é composto pela mistura prévia a quente, em usina apropriada, com características específicas, dos

17 8 agregados graduados, material de enchimento (filer), se necessário, com o CAP, para posterior aplicação na execução da camada de revestimento e base, mediante espalhamento e compressão da mistura a quente. É o tipo de mistura asfáltica mais empregada para tráfego pesado, dando origem ao concreto asfáltico, que tem a seguinte composição, segundo a Especificação de Serviço DNIT 031/ ES: Agregado graúdo material retido na peneira nº 4 (abertura de 4,8 mm); Agregado miúdo material que passa na peneira nº 4 e fica retido na peneira nº 200 (abertura de 0,074 mm); filler mineral material que passa na peneira nº 200; Cimento asfalto de petróleo (CAP). A designação Concreto Betuminoso Usinado à Quente ou Concreto Asfáltico tem sido reservado para pré-misturados a quente de graduação densa, em que são feitas rigorosas exigências no que diz respeito a equipamentos de construção e índices tecnológicos como granulometria, teor de betume, estabilidade, vazios, etc. Na Figura 02 pode ser visto um exemplo de usina de CBUQ. Figura 02: Usina de CBUQ. Fonte: Paviart Construtora (2013) Do mesmo modo, a designação sheet-asphalt tem sido usada para os prémisturados areia-betume que satisfazem a exigência semelhante às feitas para o

18 9 concreto betuminoso. Os pré-misturados e Road-mixes podem ser usados como bases de pavimento e como revestimento. Neste último caso, desde que atenda a faixa granulométrica adequada. A Figura 03 mostra a aplicação da camada de Concreto Asfáltico com o auxílio da Vibroacabadora e do Caminhão Basculante. Figura 03: Aplicação da camada de CBUQ. Fonte: Paviart Construtora (2013) No Brasil, para a elaboração do projeto de dosagem de concreto betuminoso usinado a quente (CBUQ), dois são os métodos atualmente mais usados no meio rodoviário: o MÉTODO GRANULOMÉTRICO e o MÉTODO MARSHALL Asfalto para Pavimentação Segundo Pinto (2007), em serviços de pavimentação são empregados os seguintes tipos de materiais betuminosos: cimentos asfálticos, asfaltos diluídos e emulsões asfálticas. a) Cimento Asfáltico O cimento asfáltico é o asfalto obtido especificamente para apresentar características adequadas para o uso na construção de pavimentos, podendo ser obtido por destilação do petróleo em refinarias ou do asfalto natural em jazidas. O cimento

19 10 asfáltico de petróleo recebe o símbolo CAP e o cimento asfáltico natural o símbolo de CAN. São semissólidos à temperatura ambiente, e necessitam de aquecimento para terem consistência apropriada ao envolvimento de agregados. Possuem características de flexibilidade, durabilidade, aglutinação, impermeabilização e elevada resistência à ação da maioria dos ácidos, sais e álcalis. Os cimentos asfálticos de petróleo são classificados pelo seu grau de dureza retratado no ensaio de penetração, ou pela sua viscosidade. A penetração de um CAP é definida como a distância em décimos de milímetro que uma agulha padronizada penetra verticalmente em uma amostra de cimento asfáltico, sob condições especificadas de carga, tempo e temperatura, ou seja, 100g, 5s, e 25 C. Por exemplo, se a agulha penetrou 5,7mm, diz-se que o CAP tem uma penetração de 57. Quanto menor a penetração, mais duro é o cimento asfáltico. O instituto Brasileiro de Petróleo especifica 4 tipos de CAP, pela sua penetração: CAP 30 45, CAP 50 70, CAP e CAP A figura 04 ilustra o ensaio de penetração sendo realizado com uma amostra de CAP. Figura 04: Cimento Asfáltico de Petróleo. Fonte Petrobrás 2011

20 11 b) Asfalto Diluído Os asfaltos diluídos ou cut-backs são diluições de cimentos asfálticos em solventes derivados do petróleo de volatilidade adequada quando há necessidade de eliminar o aquecimento do CAP por utilizar um aquecimento moderado (Pinto, 2007). Os solventes funcionam somente como veículos para utilizar o CAP em serviços de pavimentação. A evaporação total do solvente após a aplicação do asfalto diluído deixa como resíduo o CAP que desenvolve, então, as propriedades cimentícias necessárias. A essa evaporação dá-se o nome de cura do asfalto diluído. Os asfaltos diluídos são classificados em 3 tipos, de acordo com o tempo de cura tempo de evaporação do solvente: - Asfalto Diluído tipo Cura Rápida CR: (CAP + fração leve, gasolina); - Asfalto Diluído tipo Cura Média CM: (CAP + fração média, querosene); - Asfalto Diluído tipo Cura Lenta CL: (CAP + fração pesada, óleo Diesel). As especificações brasileiras contemplam os asfaltos diluídos de cura média (CM), a partir de suas viscosidades: CM 30 e CM 70. A consistência do cimento asfáltico obtida após a evaporação do solvente é próxima ao do cimento asfáltico originalmente empregado na fabricação do asfalto diluído. As quantidades de cimento asfáltico e de diluentes utilizados na sua fabricação variam com as características dos componentes, sendo de 40/60 (porcentagem, em média) no caso do CM-70 e 50/50 (porcentagem, em média) para o CM-30. Possuem o mesmo tempo de cura embora tenham viscosidades diferentes na mesma temperatura. Sua utilização se dá na impermeabilização da camada base preenchendo os vazios com o CAP enquanto que o solvente (gasolina, querosene ou óleo Diesel) evapora. O processo pode demorar até 72 horas após a aplicação do produto e recebe o nome de Imprimação (Figura 05).

21 12 Figura 05: Aplicação do CM-30 utilizado na imprimação da base. Fonte: Paviart Construtora (2013) c) Emulsão Asfáltica A emulsão Asfáltica é uma dispersão coloidal de uma fase asfáltica em uma fase aquosa (direta), ou, então, uma fase aquosa dispersa em uma fase asfáltica (inversa), com ajuda de um agente emulsificante. São obtidas combinando com água o asfalto aquecido, em um meio intensamente agitado e na presença dos emulsificantes, que tem o objetivo de dar estabilidade ao conjunto, de favorecer a dispersão e de revestir os glóbulos de betume de uma película protetora, mantendo-os em suspensão. Para garantir o transporte e armazenagem as emulsões devem ter um mínimo de estabilidade à ruptura, que é garantida pela quantidade e qualidade de emulsificante empregado. Quanto à velocidade de ruptura, as emulsões asfálticas se classificam em três tipos: Ruptura Rápida - RR Ruptura Média RM Ruptura Lenta RL

22 13 As emulsões de ruptura rápida, com uma percentagem relativamente baixa de emulsificante, são indicadas para pinturas de ligação e na construção de revestimentos por penetração. As de ruptura média e ruptura lenta são utilizadas principalmente para misturas com agregados graúdos e miúdos, respectivamente. Desempenham um papel importante no processo de ruptura o tipo de agregado e o estado de sua superfície, seco ou molhado. As emulsões especiais são fabricadas sem carga elétrica (não iônica). As especificações de serviço fixam as características básicas para emulsões asfálticas catiônicas, aniônicas e especiais. São classificadas pela sua ruptura, viscosidade, teor de solventes e resíduos asfálticos, nos seguintes tipos: a) Catiônica RR-1C, RR-2C emulsões asfálticas catiônicas de ruptura rápida; RM-1C, RM-2C emulsões asfálticas catiônicas de ruptura média; RL-1C emulsão asfáltica catiônicas ruptura lenta. A letra C é um indicativo de emulsão catiônica e os números 1 e 2 de viscosidades crescentes, respectivamente. b) Aniônica RR-1, RR-2 emulsões asfálticas aniônicas de ruptura rápida; RM-1, RM-2 emulsões asfálticas aniônicas de ruptura média; RL-1 emulsão asfáltica aniônicas ruptura lenta. As emulsões asfálticas são constituídas basicamente de uma fase ligante (60% CAP) e de uma fase aquosa (40%). A figura 6 mostra a aplicação do RR-1C sobre uma base impermeabilizada e o processo é chamado de Pintura de ligação.

23 14 Figura 06: Aplicação do RR-1C utilizado na Pintura de ligação. Fonte: Paviart Construtora (2013) c) Lama Asfáltica As emulsões especiais utilizadas na fabricação de lamas asfálticas recebem o símbolo LA, seguido de uma ou duas indicações, conforme sua ruptura e carga de partícula: LA-1, LA-2 emulsões aniônicas de lama asfáltica; LA-1C, LA-2C emulsões catiônicas de lama asfáltica; LA-E emulsão especial de lama asfáltica. 2.3 PATOLOGIAS PROVENIENTES DE FALHAS DE PROJETO Conforme citado anteriormente, o projeto para a dosagem do material asfáltico deve ser elaborado seguindo todas as normas determinadas pelas instituições reguladoras. As dosagens equivocadas podem reduzir a vida útil do pavimento, bem como em casos extremos, o colapso da camada.

24 15 A foto abaixo (Figura 07) cita um exemplo de camada em CBUQ onde o teor de CAP estava abaixo da especificação do projeto, diminuindo drasticamente coesão dos agregados. Figura 07: Patologia ocasionada pelo baixo teor de CAP. Parque das Antas, Anápolis- GO (2014). Precauções também devem ser tomadas na execução de revestimentos por penetração inversa (Tratamento superficial). Se a taxa de aplicação do material emulsificante estiver acima do especificado poderá ocasionar a exsudação do RR-1C e a condenação da camada de rolamento.

25 16 Figura 08: Patologia ocasionada pelo excesso de emulsão asfáltica (RR-1C). GO 532, Niquelândia-GO (2014) O DNIT determina uma faixa granulométrica para cada tipo de serviço. Todos os projetos para a determinação do traço do CBUQ devem se encontrar dentro dessa faixa. Caso essa determinação não seja atendida, a coesão dos materiais pode ser reduzida, causando a desagregação e perda da resistência na camada (Figura 09). Figura 09: Patologia na camada de CBUQ. Anápolis-GO (2014) A seguir será apresentada à metodologia utilizada no ensaio experimental.

26 17 3 METODOLOGIA Para execução deste estudo foi adotado o método de ensaio Marshall por ser o mais usual no país. Como base e orientação, foi utilizado o manual desenvolvido pela Universidade Federal da Bahia (UFBA), disponibilizado em sua página online, e a norma do DNIT (DNER-ME ). O objetivo do método consiste em determinar-se o teor ótimo do material asfáltico (teor de projeto, também denominado de teor ótimo) que deverá ser adicionado à mistura de agregados (que respeita a faixa granulométrica pré-fixada), a fim de que sejam satisfeitas às seguintes condições, conforme prescrito na Especificação de Serviço do DNIT (DNER-ES ): a) Porcentagem de Vazios (%Vv) CAMADA DE ROLAMENTO: 3 % a 5 % CAMADA DE LIGAÇÃO: 4 % a 6 % b) Relação Betume-Vazios (RBV) CAMADA DE ROLAMENTO: 75 % a 82 % CAMADA DE LIGAÇÃO: 65 % a 72 % c) Estabilidade mínima CAMADA DE ROLAMENTO: 600 kgf (75 golpes) CAMADA DE LIGAÇÃO: 500 kgf (75 golpes) d) Resistência à Tração (RT a 25ºC, mín., MPa) CAMADA DE ROLAMENTO: 0,65 CAMADA DE LIGAÇÃO: 0,65 A mistura a ser dosada deve manter na pista certa percentagem de vazios (% V), pois com o tempo os agregados tendem a se compactar sob a ação do tráfego e o material betuminoso tende a subir para a superfície da capa de rolamento (exsudação). Este fato cria o conhecido problema das pistas derrapantes devido ao excesso desse material na mistura. Outra razão de se manter os vazios em certo intervalo de valor é a

27 18 característica da variação de volume do asfalto por influência da temperatura, o que causaria o mesmo problema, se os vazios não existissem. A relação betume-vazios (RBV) fixa a proporção de betume dentro dos vazios deixados pelos agregados e se deve ao mesmo fato anterior. A estabilidade corresponde à ruptura do corpo de prova devido ao esforço de compressão, valor expresso em kgf, exercido durante o ensaio de compressão diametral. 3.1 ROTEIRO DO ENSAIO Os procedimentos para a determinação dos parâmetros gerados numa dosagem Marshall para concreto asfáltico usado em camada de rolamento são, em síntese, os seguintes: - Seleção da faixa granulométrica a ser utilizada na mistura asfáltica considerando, principalmente o tipo de tráfego; - Determinação das massas específicas reais do ligante e dos agregados; - Projeto de mistura dos agregados para a definição da composição granulométrica que deverá ser enquadrada nos limites da faixa especificada; - Escolha das temperaturas de mistura e compactação, a partir da curva viscosidade x temperatura do ligante escolhido; - Adoção de teores de asfalto para os diferentes grupos de corpos-de-prova a serem moldados. Cada grupo deverá ter, no mínimo, três corpos-de-prova CALCULO E INTERPRETAÇÃO DE RESULTADOS O método Marshall proporciona a análise dos seguintes parâmetros: - Porcentagem de vazios da mistura betuminosa. É calculada mediante o uso da seguinte relação física: % V = (DTEÓRICA d) x 100/ DTEÓRICA onde, d: densidade aparente da mistura (cujo valor é calculado pela relação entre o peso no ar e o volume do corpo de prova; o volume do corpo de prova é obtido pela diferença em o peso do corpo de prova no ar e o peso do corpo de prova obtido por imersão do mesmo em água). DTEÓRICA: densidade teórica, cujo valor é obtido pela seguinte expressão:

28 19 DTEÓRICA = 100/ [(% de brita/db) + (% de areia/da) + (% de filler/df) + (% de CAP/DCAP)], em que DA, DB, DF e DCAP representam a densidade real destes materiais componentes da mistura betuminosa. - Volume cheio de betume Tem seu valor calculado pela expressão VCB (%) = %CAP x d/ DCAP - Vazios do agregado mineral V.A.M (%) = % V + VCB (%) - Relação betume-vazios R.B.V (%) = V.C.B (%)/ V.A.M (%) A estabilidade medida deverá ser multiplicada por um fator de correção, conforme procedimento estabelecido no método de ensaio. Dos dados medidos e calculados em decorrência do ensaio Marshall é possível observar, de uma forma geral, as seguintes tendências: O valor da estabilidade Marshall aumenta com o conteúdo de asfalto até certo valor máximo, a partir do qual decresce; O valor da fluência aumenta com o conteúdo de material betuminoso; O valor da densidade aumenta com o conteúdo de material betuminoso até um valor máximo (correspondendo a uma quantidade de asfalto um pouco superior à da máxima estabilidade), a partir do qual decresce; A porcentagem total de vazios da mistura betuminosa decresce com o aumento do conteúdo de asfalto, tendendo para um valor mínimo. Com todos os valores dos parâmetros volumétricos e mecânicos determinados, são desenhadas seis curvas em função do teor de material betuminoso que podem ser usadas na definição do teor de asfalto de projeto. Para facilitar a determinação do teor ótimo de material betuminoso, é interessante alinhar verticalmente os gráficos, apresentados. Para determinar-se o teor ótimo de material betuminoso, elaboram-se as curvas de resultados dos cálculos e medidas feitas durante o ensaio Marshall, conforme citado, em que o teor ótimo deve satisfazer aos seguintes critérios: máxima densidade aparente, máxima estabilidade, média dos limites estabelecidos para a porcentagem total de vazios da mistura, média dos limites estabelecidos para a porcentagem dos agregados

29 20 cheios de betume e apresente uma fluência que não ultrapasse determinado valor máximo especificado. A média de porcentagem de material betuminoso é calculada a partir destes quatro valores. Se esse teor der uma mistura que satisfaça o mínimo de estabilidade, ele será tomado como o teor ótimo de ligante para o traço da mistura betuminosa. Se esse valor médio não satisfizer o mínimo de estabilidade podem-se fazer pequenos ajustes na porcentagem do material, até que o valor de estabilidade seja atingido. Se não for possível atingir esse valor é necessário ensaiar outra mistura. Para uma dada granulometria de agregados a porcentagem de vazios preenchidos da mistura e a porcentagem de vazios preenchidos com material betuminoso oferecem meios para se aquilatar as propriedades da mistura. Entretanto, quando há necessidade de se testar nova mistura o primeiro passo é alterar a granulometria CONTROLE DA MISTURA ASFÁLTICA PRODUZIDA A proposta deste estudo se limita aos cálculos e dosagens teóricos. Porém durante a execução da camada de rolamento, por exemplo, é necessário que se faça o controle da mistura asfáltica dosada em laboratório para verificar-se o teor de asfalto e a análise granulométrica dos agregados utilizados na sua produção na usina. Esta verificação poderá ser feita pela coleta de amostra antes que a mistura seja compactada na pista ou com a utilização de uma sonda rotativa, coletando amostra testemunhas na pista já acabada (Figura 10). Figura 10: Coletando amostras in loco para ensaio. Fonte Usicity 2014 Estas amostras serão ensaiadas em laboratório para se fazer o monitoramento e controle de qualidade do que está sendo produzido na usina.

30 21 4 ENSAIO EXPERIMENTAL 4.1 ESPECIFICAÇÕES DE PROJETO a) Os ensaios foram realizados no laboratório da Empresa Paviart Construtora e Incorporadora, operados por laboratoristas habilitados experientes. b) O traço foi elaborado de acordo com as instruções de procedimento regulamentadas para a faixa C do DNIT. c) Na execução deste traço, foi utilizada uma mistura de três agregados escolhidos com base em estudos anteriores: Brita 0, Pó de pedra e Areia de rio. d) Porcentagem da composição: Brita 0-55%, Pó de pedra 33% e Areia de rio 12%. e) Foram moldadas 05 (cinco) séries de três corpos de prova, com massa de 1200g cada, variando de 0,5% para cada teor de CAP 50/70 (betume). Foram aplicados 75 golpes por face para cada corpo de prova conforme indicado na norma do DNIT. f) Características gerais da mistura Aglutinante: Foi utilizado como aglutinante CAP 50/70 procedente da Petrobras, situada no município de Betim MG. Industrializado e comercializado pela Petrobrás Distribuidora S/A Agregados: Brita-0, Pó de pedra e areia de rio, provenientes da Pedreira Anápolis situada nas proximidades da cidade. Mistura: Esta mistura foi composta e embasada nos resultados granulométricos de cada agregado em percentagem passando. g) Especificação geral do DNIT para a faixa C é a seguinte: (Fonte: DNIT 031/2006 ES) Porcentagem de vazios: 3 5% Estabilidade mínima: 500kgf (75 golpes por face) Fluência: 2,0 4,5 mm Relação de betume x vazios: 75 82% Equivalente de areia: 55% (Mínimo)

31 22 Abrasão Los Angeles: 40% (Máximo). 4.1 RESULTADOS DO ENSAIO Os resultados foram expressos em tabelas e gráficos no ANEXO ANÁLISE DOS RESULTADOS Através dos resultados obtidos em laboratório foi possível determinar as porcentagens finais de cada componente visando o máximo desempenho e economia. Em resumo, foi determinado: - Densidade Teórica: 2,622 g/cm³ - Densidade Aparente: 2,515 g/cm³ - Porcentagem de Vazios: 4,1% - Estabilidade: 970 N - R.B.V.: 77,0% - Fluência: 2,8 mm - Teor de CAP 50/70: 5,5% Conforme previsto, a variação do CAP 50/70 influenciou diretamente nos resultados, sendo possível identificar os fenômenos: À medida que o teor do ligante aumenta, a estabilidade da mistura diminui; Adicionando CAP à mistura a fluência aumenta; O gráfico da porcentagem de vazios é uma parábola em que o ponto máximo se dá no momento em que a mistura possui 5,5% de ligante betuminoso; Uma mínima variação do teor no material ligante (variação de 0,5%) foi suficiente para os corpos-de-prova fossem descartados por estarem fora dos parâmetros de projeto determinado pelo DNIT

32 23 5 CONSIDERAÇÕES FINAIS Através dos resultados, o estudo poderá contribuir com as empresas de pavimentação, órgãos estaduais e municipais a se orientarem e evitar que patologias futuras ocorram ao executar o serviço. Foi possível perceber que uma mínima variação de CAP poderá resultar em uma camada de pouca fluência e de baixa resistência. Portanto, o controle tecnológico no processo é fundamental para garantir um produto resistente e durável. Vale ressaltar que o estudo preliminar dos agregados encontrados na região, o teor de ligante na mistura e o controle tecnológico da usinagem não são suficientes para garantir uma camada de qualidade. É necessário que siga o processo executivo do material determinado pelo DNIT referente ao tipo de camada. O estudo foi direcionado para o comportamento do CBUQ em relação às variações de ligante. Porém, como sugestão para trabalhos futuros, proponho que seja feito um estudo que analise outros tipos de agregados característicos de outras regiões, variando suas porcentagens e analisando os resultados.

33 24 6 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS BERNUCCI, Liedi B...[et al.]. Pavimentação Asfáltica: formação básica para engenheiros. Rio de Janeiro: PETROBRÁS: ABEDA, ed. 501p DEPARTAMENTO NACIONAL DE ESTRADAS DE ROLAGEM (DNER); Misturas betuminosas a quente - ensaio Marshall, DNER ME 043/1995 DEPARTAMENTO NACIONAL DE ESTRADAS DE ROLAGEM (DNER); Cimento Asfáltico de Petróleo, DNER EM 204/1995 DEPARTAMENTO NACIONAL DE INFRAESTRUTURA DE TRANSPORTES (DNIT); Pavimento flexível Concreto Asfáltico Especificação de Serviço, DNIT031_2006_ES. DEPARTAMENTO NACIONAL DE INFRAESTRUTURA DE TRANSPORTES (DNIT); Manual de Pavimentação, Rio de Janeiro, RJ, solucoes-de-pavimentacao. Site consultado dia 08/01/ Site consultado dia 24/09/ consultado dia 25/09/ Site consultado dia 06/01/2014 PINTO, Salomão. Curso Materiais Asfálticos, Rio de Janeiro,04 a 06 de junho ROCHA, R. S.; COSTA, E. A. L. Patologias de pavimentos asfálticos e suas recuperações estudo de caso da Avenida Pinto de Aguiar. Disponível em: < Acesso em: 08 nov SENÇO, Wlastermir de. Manual de Técnicas de Pavimentação. Volume 2, Ed. Pini, São Paulo, SENÇO, Wlastermir de. Manual de Técnicas de Pavimentação. Volume 1, Ed. Pini, São Paulo, UNIVERSIDADE FEDERAL DA BAHIA UFBA. Site consultado dia 15/09/2013. Disponível em: UNIVERSIDADE CATOLICA DE SALVADOR UCSAL. Site consultado dia 08/01/2014. Disponível em: Site

34 25 ANEXO 01 ENSAIO GRANULOMÉTRICO E MARSHALL.