ESTUDO DA ESCÓRIA DE ACIARIA LD COM UMECTAÇÃO PARA USO EM PAVIMENTOS URBANOS- PMF

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1 ESTUDO DA ESCÓRIA DE ACIARIA LD COM UMECTAÇÃO PARA USO EM PAVIMENTOS URBANOS- PMF Hebert da Consolação Alves Universidade Federal de Ouro Preto, Ouro Preto, Brasil, Ronderson Queiroz Hilário Universidade Federal de Ouro Preto, Ouro Preto, Brasil, Tatiane de Oliveira Universidade Federal de Ouro Preto, Ouro Preto, Brasil, João Herculano Freire Cavalcante Universidade Federal de Ouro Preto, Ouro Preto, Brasil, Gilberto Fernandes Universidade Federal de Ouro Preto, Ouro Preto, Brasil, RESUMO: O uso de emulsões asfálticas iniciou-se no Brasil no final da década de 60 e, ainda hoje, é amplamente utilizada pelo corpo técnico. A busca por um pavimento de qualidade aliado a um baixo custo orçamentário é o principal desafio dos pesquisadores e engenheiros responsáveis por obras de infra e superestrutura rodoviária pelo país. O pré-misturado a frio é uma mistura executada à temperatura ambiente em usina apropriada, composta de agregado mineral graduado, material de enchimento (Fíler) e emulsão asfáltica, espalhada e comprimida a frio. As emulsões são à base de água, não poluem e não oferecem risco à saúde. Como a emulsão é líquida e à temperatura ambiente, dispensa o aquecimento e a secagem prévia dos agregados, economizando energia. Podem ser feitas em locais de difícil acesso, reduzindo os custos de transporte. Com isso as usinas de pré-misturado a frio têm custo relativamente baixo e com um projeto adequado, alcançam resistências comparáveis às misturas a quente e podem ser usadas em qualquer situação. Misturas asfálticas a frio não são usualmente empregadas pelo meio técnico em pavimentação asfáltica devido a poucas pesquisas técnicas com agregados regionais. Há poucos estudos sobre a utilização de materiais alternativos como as escórias de aciaria, por exemplo, e de outras propriedades destas misturas. O presente trabalho teve como objetivo precípuo analisar o comportamento de uma mistura betuminosa pré-misturada a frio utilizando em seu traço a escória de aciaria LD, com expansão controlada, adotando-se a metodologia Marshall para PMF e comparando seus resultados com os de estudos de uma mistura com agregado convencional. O mesmo foi realizado no Laboratório de Ferrovias e Asfalto da Escola de Minas da Universidade Federal de Ouro Preto. A escória de aciaria é um coproduto decorrente do processo de fabricação e refino do aço em conversores LD formada a partir do resfriamento da escória líquida. Possui propriedades cimentares quando em contato com a água, peso próprio alto, capacidade de carga elevada e alta resistência ao desgaste, além de um custo reduzido quando comparado ao agregado tradicional. Os resultados do comportamento estrutural em laboratório demonstraram que a escória de aciaria LD com expansão controlada mostrou resultados satisfatórios quando utilizadas em misturas pré-misturadas a frio. Os resultados obtidos permitem um melhor entendimento das misturas betuminosas a frio e seu possível uso na pavimentação visto as vantagens em sua utilização. PALAVRAS-CHAVE: escória, emulsões, pré-misturado a frio.

2 1 INTRODUÇÃO O pavimento, quando comparado com outras estruturas usuais da engenharia civil, tem vida útil relativamente curta. Geralmente uma rodovia deveria ser construída para suportar as cargas de tráfego ao longo de 10, 20 ou no máximo 50 anos. Por esse motivo torna-se de extrema importância a compreensão dos processos de deterioração e destruição do pavimento. Do ponto de vista funcional, o pavimento tem a tarefa de suportar o tráfego em condições de velocidade, segurança, conforto e economia. Essa função está intimamente relacionada com o estado da superfície de rolamento, Figura 1 (SÓRIA, 1997). Figura 1. Superfície de rolamento. Dentre as principais questões que envolvem a pavimentação no Brasil hoje estão a definição de política de manutenção das estradas já pavimentadas e o desenvolvimento de um plano arrojado para novas pavimentações, variando as técnicas de acordo com a região. Atualmente, a maioria dos serviços de manutenção e reabilitação de pavimentos é feita com a utilização do concreto betuminoso usinado a quente (CBUQ). A qualidade do serviço executado com CBUQ depende da temperatura da mistura, o que muitas vezes não é controlada, proporcionando um serviço de baixa qualidade. Como alterntiva, pode ser empregada uma mistura a frio (pré-misturado a frio, PMF), que não necessita de aquecimento, pois é produzido e aplicado à temperatura ambiente, o que significa que este não é o fator mais importante no controle tecnológico da aplicação. Quando bem dosado e com um rigoroso controle tecnológico, desde a aquisição dos materiais que constituirão a mistura até a sua aplicação, o PMF representa uma excelente alternativa de baixo custo, pois ele ainda apresenta a viabilidade de ser estocado por vários dias antes de sua aplicação. O pré misturado a frio pode ser definido como produto resultante da mistura, em usina, de agregados minerais graúdo e miúdo e asfalto diluído ou emulsão asfáltica, espelhado e comprimido a frio. Pode ser utilizado como revestimento, como camada de regularização e, mesmo, como base de pavimento. O uso de misturas a frio iniciou-se na Inglaterra com uma técnica denominada retread process, tendo sido bastante utilizada pela França para restauração de seus pavimentos após a 2ª Guerra Mundial. No Brasil, esta técnica de mistura passou a ser utilizada em A partir de 1980 as emulsões asfálticas foram mais difundidas com a técnica de pré misturados a frio (PMF) densos em revestimentos asfálticos delgados (Tuchumantel Jr., 1990). Nas últimas décadas os PMFs vêm sendo prioritamente utilizados para uso em revestimentos de vias urbanas sujeitas a baixo volume de tráfego, camadas intermediárias de revestimento e em serviços urbanos de conservação como regularização de revestimentos, e remendos de panelas (Abeda, 2001). 2 OBJETIVOS O presente trabalho tem como finalidade contribuir para uma melhor compreensão do comportamento mecânico de misturas asfálticas a frio. O trabalho tem como objetivo geral analisar aspectos físicos e de comportamento mecânico das misturas asfálticas com o intuito de avaliar e comparar o desempenho estrutura dos revestimentos com a utilização de agregados alternativos e agregados convencionais. 3 METODOLOGIA Inicialmente, foram caracterizados os materiais utilizados como matéria prima das misturas asfálticas, escória e brita, para depois fazer a

3 avaliação mecânica das misturas, após serem moldados os corpos de prova. O material britado foi coletado em uma pedreira na região de Sabará, MG e a escória de aciaria de uma siderúrgica na região de Ipatinga, MG. A emulsão asfáltica utilizado nesta pesquisa foi o RL-1C, proveniente de uma indústria da região de Betim, MG. Os ensaios foram executados no laboratório de Ferrovias e Asfalto da Escola de Minas UFOP. O estudo utilizou a metodologia Marshall modificado para pré-misturado a frio (PMF). Neste método são caracterizados os agregados, o ligante e posteriormente a mistura. Foram caracterizadas amostras de escória de aciaria LD e de gnaisse e os ensaios realizados foram os seguintes: 3.1 Agregados Granulometria A distribuição granulométrica dos agregados utilizados neste trabalho foi avaliada de acordo com a metodologia DNER-ME 083/98 utilizando um peneirador mecânico convencional, conforme mostrado na Figura 2. uma carga abrasiva constituída de esferas metálicas de massa conhecida, a um número especificado de rotações no interior do tambor do aparelho utilizado no ensaio, Figura 3. Figura 3. Aparelho utilizado no ensaio de Abrasão Los Angeles. Forma das partículas A determinação do índice de forma dos fragmentos foi realizada seguindo os procedimentos da norma DNER-ME 086/94. O equipamento utilizado no ensaio é composto por um conjunto de crivos circulares e crivos redutores. Durabilidade A avaliação da resistência a desintegração dos agregados devido à agentes químicos foi realizada conforme a norma técnica DNER-ME 089/94. As amostras foram submetidas a cinco ciclos de imersão em solução de sulfato de sódio e secagem em estufa. Absorção e densidade real Figura 2. Peneirador mecânico. Abrasão Los Angeles O ensaio de abrasão permite avaliar a quebra e a desgaste dos agregados, resultante da ação combinada de atrito e impacto. A metodologia do ensaio é definida pela DNER-ME 035/98 que consiste em submeter uma quantidade predeterminada do material, juntamente com A absorção e densidade real dos agregados graúdos (material retido na peneira de 4,8 mm) foram determinadas segundo a norma DNER- ME 081/98. Já para os agregados miúdos foi utilizado o método regido pela norma DNER- ME 084/95 para determinar a densidade real. Treton O ensaio foi realizado com base no método DNER-ME 399/99 (Agregados determinação da perda ao choque no aparelho Treton). Este ensaio consiste submeter uma amostra com

4 fragmentos de granulometria entre 19 e 16 mm a 10 golpes de um martelo cilíndrico padronizado. Posteriormente, o material e passado na peneira de abertura 1,7 mm e colocado na estufa, após isso a resistência ao choque é determinada pela diferença entre a massa inicial da amostra e a massa final retida nesta peneira. O aparelho é mostrado na Figura 4. Figura 5. Ensaio no viscosímetro Saybolt-Furol Sedimentação Nesse ensaio, Figura 6, deixou-se em repouso uma amostra de 500 ml de emulsão em uma proveta por 5 dias. Passado esse período retirou-se uma amostra de 50 ml do topo e outra de 50 ml do fundo. Calcula-se assim a sedimentação que deve ser de no máximo 5%. O ensaio é regido pela norma NBR 6570/2000. Figura 4. Aparelho de ensaio Treton. 3.2 Emulsão Foi adotada para o presente trabalho uma mistura pré-misturado a frio densa e consequentemente a emulsão asfáltica utilizada foi a RL-1C. Para a caracterização desta emulsão foram realizados os seguintes ensaios: Determinação da viscosidade Saybolt-Furol A viscosidade é determinada através do viscosímetro Saybolt Furol, descrito em NBR No ensaio utiliza-se a emulsão a temperatura de 50 C.O viscosímetro apresenta no fundo um orifício padrão pelo qual o líquido escoa, enquanto o tempo é cronometrado até encher um frasco padrão de 60 ml, como na figura 5. Figura 6. Ensaio de Sedimentação Peneiramento Consiste em determinar a porcentagem em peso de partículas de asfalto na peneira 0,84 mm. Utiliza-se 1000 ml de emulsão que é peneirada e pesada em seguida, para determinar a quantidade retida na peneira. PH O ph é dado pelo logaritmo do inverso da concentração dos íons hidrogênio H +. As especificações, (IBP, 1999) exigem controle das emulsões do tipo RL-1C com valor máximo 6,5. Resíduo por evaporação Indica a quantidade percentual em peso de ligante asfáltico no peso total da emulsão (NBR 14376/1999), Figura 7.

5 Em que F é a força aplicada de ruptura, e D e H são, respectivamente, o diâmetro e altura do corpo de prova. Figura 7. Ensaio de determinação do resíduo por evaporação. 3.3 Mistura Após dosadas as misturas, foram realizados os ensaios de fluência, resistência a tração e módulo de resiliência da mistura. Resistência à tração estática por compressão diametral A realização dos ensaios seguiu a metodologia descrita na norma técnica DNER- ME 138/94 sendo realizados a temperatura média de 25 C. Os corpos de prova foram posicionados em uma prensa Marshall, figura 5. Módulo de resiliência O módulo de resiliência (MR) é definido como sendo a relação entre a tensão de tração (σ t ) aplicada repetidamente no plano diametral vertical de um corpo de prova de uma amostra cilíndrica de mistura betuminosa com a correspondente deformação específica vertical resiliente (ε r ) ou recuperável a uma dada temperatura (T), conforme a equação 1. MR = σ t ε r T (1) A metodologia do DNER-ME 133/94 recomenda que seja aplicada uma carga com valor no máximo 30% do valor da RT para a determinação da deformação resiliente. 4 RESULTADOS Os resultados encontrados para o gnaisse foram os seguintes: Figura 5. Prensa Marshall Após serem colocadas na prensa, foram submetidas a uma compressão diametral progressiva, com uma velocidade de deformação de 0,8 ± 0,1 mm/s, induzindo um estado de tensão biaxial até o rompimento do corpo-de-prova, segundo o plano diametral vertical. A resistência à tração indireta (RT), normalmente expressa em MPa, e calculada através da equação 2. RT = 2 F π D H (2) Tabela 1. Resultados da mistura com gnaisse Emulsão % 9,5 Densidade 2,09 VV% 9,78 V CB % 19,79 V AM% 29,56 MR(Mpa) 2519 RT9Mpa) 0,27 MR/RT 9329 Os resultados encontrados para o gnaisse foram os seguintes: Tabela 2- Resultados da mistura com escória Emulsão% 12,5 Densidade 2,68 VV % 8,4 V CB % 28,7 V AM% 23,37 MR(Mpa) 1984 RT(Mpa) 0,23 MR/RT CONCLUSÕES

6 Os resultados para o material gnaisse foram bem superiores aos da escória de aciaria possivelmente pelo fato da escória ter uma absorção maior que o gnaisse e isso pode certamente ter influenciado no resultado de desempenho da mesma. Ensaios complementares deverão ser realizados para uma melhor verificação do fenômeno pois esperávamos um melhor desempenho da mistura com escória de aciaria. AGRADECIMENTOS O trabalho acima faz parte de um trabalho realizado pelo Laboratório de Ferrovias e Asfalto da Universidade Federal de Ouro Preto, com o propósito de estudar as propriedades de misturas asfálticas produzidas por PMF. Os autores gostariam de agradecer a Universidade Federal de Ouro Preto a Fundação Gorceix e a Usiminas pelo apoio na realização dos ensaios. NBR 14491/2000 Emulsões asfálticas Determinação da viscosidade Saybolt Furol. NBR 6570/2000 Emulsões asfálticas Determinação da sedimentação. NBR 14376/1999 Emulsões asfálticas Determinação do resíduo asfáltico por evaporação Método expedito. PINTO, S. (1991). Estudo do comportamento à Fadiga de Misturas Betuminosas e Aplicação na Avaliação Estrutural de Pavimentos. Tese de Doutorado, universidade Federal do rio de Janeiro, UFRJ, Rio de Janeiro. PINTO, s. e PREUSSLER, E. S. (2002). Pavimentação Rodoviária: Conceitos Fundamentais sobre Pavimentos Flexíveis. 2ª edição, Copiarte, Rio de Janeiro. SILVA, R. G. O (2010). Estudo laboratorial do desempenho mecânico de misturas asfálticas com resíduos industriais de minério de ferro. Dissertação de mestrado UFOP, Ouro Preto. SÓRIA, M. H. A (1997). Projeto de Pavimentos. Notas de Aulas Projeto de Pavimentos. EESC/USP, São Carlos, SP, SP. REFERÊNCIAS BERNUCCI, L. B.; MOTTA, L. M. G (2007). Pavimentação Asfáltica: formação básica para engenheiros. Rio de Janeiro: [s. n.]. DNER-ME 083/98 Agregados Análise granulométrica. DNER-ME 035/98 Agregados- determinação da abrasão Los Angeles. DNER-ME 086/94 Agregados determinação do índice de forma. DNER-ME 089/94 Agregados avaliação da durabilidade pelo emprego de soluções de sulfato de sódio ou de magnésio. DNER-ME 081/98 Agregados determinação da absorção e da densidade de agregado graúdo. DNER-ME 084/95 Agregado miúdo - determinação da densidade real. DNER-ME 399/99 Agregados determinação da perda ao choque no aparelho Treton. DNER-ME 133/94 Misturas betuminosas Determinação do módulo de resiliência. DNER-ME 138/94 Misturas betuminosas determinação da resistência à tração por compressão diametral. FILHO, J. D. P. Proposta simplificada para restauração de pavimentos asfálticos danificados. Artigo científico. MORAES, L. A. B.; JÚNIOR, L. Q. B.; SANTOS, L. P. D. S.; ALVES, G. C. A. Avaliação do Emprego de Misturas Asfálticas a Frio em Serviços de Manutenção de Pavimentos.