Utilização de Material Proveniente de Fresagem na Composição de Base e Sub-base de Pavimentos Flexíveis

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1 Utilização de Material Proveniente de Fresagem na Composição de Base e Sub-base de Pavimentos Flexíveis Garcês, A. Universidade Estadual de Goiás, Anápolis-GO, Brasil, alexandregarces@gmail.com Ribeiro, G. Z. Secretaria Municipal de Obras e Serviços Públicos, Goiânia-GO, Brasil, gzanelati@gmail.com Vaz, E. F. Universidade Estadual de Goiás, Anápolis-GO, Brasil, emilio-vaz@hotmail.com Sereno, M. V. C. Universidade Estadual de Goiás, Anápolis-GO, Brasil, malk.sereno@gmail.com Oliveira, V. N. Universidade Estadual de Goiás, Anápolis, Goiás, Brasil, viniciusnaves7@hotmail.com RESUMO: Em cidades em que ainda existem vias urbanas a serem pavimentadas, a escassez de material estrutural é um grande desafio para composição do pavimento. As jazidas de materiais lateríticos, conhecido como cascalho, já não oferecem mais disponibilidade e aquelas que ainda o possuem, inviabilizam sua utilização devido a grandes distâncias de transporte. A procura de materiais alternativos vem sendo bastante estudada por vários pesquisadores na tentativa de reduzir o custo da pavimentação urbana. Como materiais alternativos de baixo custo, as pesquisas tem dado ênfase para algum tipo de resíduo ou expurgo. O material proveniente de fresagem por exemplo, é um tipo de resíduo que não possui uma destinação correta se acumulando nos depósitos de várias prefeituras que realizam este tipo de serviço. O procedimento de fresagem é a retirada do revestimento deteriorado para aplicação de um novo revestimento. O material retirado é composto basicamente por um concreto betuminoso com agregados e cimento asfáltico de petróleo (CAP). Este estudo teve como objetivo analisar a utilização de material proveniente de fresagem na composição da estrutura de pavimentos flexíveis, com a principal aplicação em solos do subleito local, podendo assim, evitar a aquisição e/ou transporte de materiais de outros locais. A utilização do material foi estudada por meio da mistura solo local e material fresado, sendo o principal parâmetro de avaliação da mistura, os resultados de compactação e do Índice de Suporte Califórnia. Os resultados dos ensaios na mistura, mostraram um bom ganho de resistência do solo local viabilizando a utilização da mistura. Um trecho de uma avenida localizada na região Sudoeste da Cidade de Goiânia, foi executada com os resultados obtidos neste estudo. Para fins de observação do comportamento do trecho executado, do total de 500,00 m da avenida 60,00 m foram executados com a mistura solo local/material fresado. PALAVRAS-CHAVE: Pavimentos flexíveis, Material de fresagem, ISC, Solos lateríticos. 1 INTRODUÇÃO A utilização de solos lateríticos em camadas estruturais de pavimentos vem enfrentando dificuldades devido a escassez das jazidas de materiais com resistência apropriada e, ainda, devido às grandes distâncias de transporte que, em alguns casos, inviabiliza sua utilização.

2 Materiais alternativos ganham espaço para suprir essa necessidade. O solo melhorado com cimento, por exemplo, é uma boa alternativa muito utilizada para ganho de resistência em solos, porem o alto custo deste tipo de melhoramento direcionou as pesquisas para adição de materiais de baixo custo. Alguns destes materiais, considerados como resíduos, já foram estudados e apresentaram bons resultados, os quais cabem ressaltar o fosfogesso (NNANG, 2010), resíduos de pedreira (LUZ, 2008) e resíduos de construção civil (RESPLANDES, 2007). Pode-se definir como fresagem do pavimento a operação em que é realizada o corte ou desbaste de uma ou mais camadas do pavimento asfáltico por um processo mecânico (DNIT 159/2011). Este procedimento retira parte do revestimento asfáltico deteriorado para aplicação de um novo revestimento. Nos casos em que a base do pavimento não apresenta defeitos, a fresagem se mostra muito eficaz no sentido de recuperar o revestimento aumentando a durabilidade das outras camadas estruturais do pavimento. Na maioria dos casos, poderá haver a retirada total do revestimento asfáltico, esta decisão irá depender do grau de deterioração a ser analisada por um técnico antes da realização do serviço (FHWA, 1981). Outro aspecto que viabiliza a utilização de fresagem em vias urbanas são as limitações geométricas impostas por meios-fios, soleiras das edificações e prédios, sistemas de drenagem dentre outros (DAU, 2001). Essas limitações impedem que sejam realizados outros tipos de recuperações como recapeamentos, pois a altura do pavimento não pode ser alterada. A proposta deste trabalho é avaliar, em termos de resistência, a utilização de resíduos de fresagem na base e sub-base de pavimentos. O uso deste resíduo para melhoramento de solos de baixa resistência poderá contribuir na redução dos custos de pavimentação. Para execução deste estudo, foram feitas analises para determinação do melhor traço de mistura solo - resíduo e determinação da melhor energia de compactação. A utilização de fresagem para ganho de resistência em camadas estruturais de pavimentos, já foi aplicada em algumas regiões do país (DAU, 2001), porém não ainda em solos característicos da região metropolitana de Goiânia. 2 MATERIAIS E MÉTODOS Neste item serão apresentados os métodos utilizados para avaliação da mistura de solo local de subleito com material fresado para ganho de resistência e utilização como material estrutural. 2.1 Estudos iniciais O trabalho se dividiu em quatro etapas, sendo elas: analise para concepção do traço, analise para definição da energia de compactação, sendo normal, intermediaria ou modificada, ensaio de Índice de Suporte Califórnia (ISC ou CBR) e a construção de parte de uma pista com os resultados obtidos. Para escolha do material a ser utilizado neste estudo, foi indicado, em parceria com a Prefeitura de Goiânia, uma pista a ser pavimentada na região Sudoeste da Cidade. A pista, com o nome de Av. Nadra Bufaical será uma importante ligação do setor Residencial Faicalville que receberá, após sua pavimentação, um tráfego podendo ser classificado como trafego médio. Do total de 500,00 m de extensão, 60,00 m foram executados com a mistura indicada neste trabalho. Como a proposta do trabalho é a utilização do solo local, proveniente do subleito, foi necessário o rebaixamento da pista com retirada de bastante material. Os ensaios para definição do traço (solo/material fresado) foram realizados no solo proveniente do rebaixamento que, com a definição da proporção correta, foi devolvido na forma de camadas estruturais, base e sub-base. Devido a idade do pavimento da Cidade de Goiânia, os serviços de fresagem são constantes. Este serviço é realizado como método de recuperação dos revestimentos deteriorados e prevenção, nos casos em que são observados trincas profundas no revestimento.

3 O resíduo é armazenado no complexo industrial da prefeitura, localizado na parte leste da cidade. Acúmulos de resíduos são constantes, sua utilização nem sempre é feita de forma apropriada sendo este um dos motivadores deste estudo. 2.2 Investigação do subleito Para melhorar a viabilidade do estudo, foi proposto a utilização do próprio material local, material de subleito, para ganho de resistência por meio de mistura com material fresado e, assim, ser utilizado nas camadas estruturais, base e/ou sub-base. Foram retiradas três amostras no subleito do trecho de 60,00 m da Av. Nadra Bufaical. No material retirado foram realizados ensaios de classificação e ensaios de compactação com dois diferentes traços e energia de compactação. 2.3 Ensaios de laboratório Os ensaios foram realizados no laboratório de solos da Secretaria Municipal de Obras e Serviços Públicos de Goiânia-GO (SEMOB) e também no laboratório de mecânica dos solos da Universidade Estadual de Goiás (UnUCET). Os ensaios realizados foram: analise granulométrica ABNT NBR 7181, determinação do limite de plasticidade ABNT NBR 7180, determinação do limite de liquidez ABNT NBR 6459, ensaio de compactação ABNT NBR 7182 e ensaio de Índice de Suporte Califórnia (ISC ou CBR) ABNT NBR Ensaios de compactação para determinação da mistura solo/material fresado Para definição da proporção solo/material fresado utilizou-se, basicamente, resultados de ensaios de ISC. Considerou-se uma boa composição aquela que apresentou maior resultado de resistência submetida a energias normal e intermediária. Optou-se pela não utilização de energia de compactação modificada devido à grande quantidade de passadas do equipamento compactador em campo, aumentando o custo da pavimentação. Por meio dos ensaios de compactação é possível analisar o aumento da densidade máxima seca com a adição de materiais no solo local. A densidade seca é a principal relação com a resistência a penetração do pistão no solo no ensaio de ISC ou CBR. 2.5 Ensaios de ISC ou CBR O ensaio de ISC seguiu a norma ABNT NBR 9895, o ensaio consiste em medir a resistência à penetração de um pistão, com dimensões especificadas, em uma amostra compactada segundo o método de compactação normatizado. O pistão para o ensaio tem área de secção transversal de 49,7 mm² e penetra na amostra a uma velocidade de 1,27mm/min. A resistência é medida em porcentagem, sendo que 100% é a porcentagem de resistência de penetração de uma brita graduada tomada como referencial. 2.6 Execução de uma pista com os resultados obtidos Com os resultados de composição da mistura, solo/material fresado, que apresentou melhor resultado, foi executado um trecho de 60,00 m da Av. Nadra Bufaiçal. O trecho total pavimentado da avenida foi de 500,00 m. Porém, a extensão de 440,00 m foi executada com materiais tradicionais provenientes de jazida, com resistência (ISC) apropriada. O dimensionamento das espessuras das camadas foi realizado por técnicos da SEMOB. No dimensionamento utilizou-se o método de pavimentos flexíveis do DNIT. 3 RESULTADOS Neste item serão apresentados os resultados do subleito e das misturas para determinação do traço a ser executado no trecho experimental. 3.1 Caracterização Foram realizados ensaios de caracterização em 3 amostras, retiradas a cada 20,00 m de

4 subleito, para verificar a uniformidade das propriedades básicas do solo. Os resultados apresentados na Tabela 1 mostram que tal uniformidade pode ser considerada, logo adotou-se que, neste caso, os estudos de ISC e do traço serão realizados em apenas uma das amostras. Tabela 1. Resultados dos ensaios de caracterização. Solo LL (%) LP (%) IP (%) Classif. HRB Furo A-4 Furo A-4 Furo A Compactação energia normal Os ensaios de compactação, inicialmente, foram realizados coma energia normal. Por meio da curva de compactação do solo sem mistura, foram obtidos os valores de umidade ótima (15,7%) e densidade seca máxima (1,602 g/cm 3 ). Estes valores serviram como principais parâmetros para a homogeneização da mistura solo-material fresado. O primeiro traço experimental foi composto por 70% de solo acrescido de 30% de material fresado. Esta primeira composição mostrou um grande aumento na densidade seca máxima e uma leve redução na umidade ótima. O valor da densidade seca máxima passou a ser 1,797 g/cm³ e a umidade ótima 14,75%. Um segundo traço foi utilizado para avaliação da mistura, sua composição foi de 50% de solo, 20% de brita 0 e 30% de material fresado. A escolha de utilização da brita 0 se deu por dois motivos: o primeiro é a fácil disponibilização deste material, tendo em vista que a Prefeitura possui uma usina própria de britagem, e o segundo motivo é por possuir uma granulometria mais uniforme do que o material fresado. A densidade seca máxima nesta nova mistura passou para 1,842 g/cm³ e a umidade ótima para 12,60%. As curvas de compactação dos três materiais estão apresentadas na Figura ISC energia normal Os valores de ISC para as misturas realizadas e compactadas na energia normal, estão apresentadas na Tabela 2. Com esta energia de compactação, a composição de 70% de solo e 30% de material fresado, mostrou melhor resultado melhorando o ISC do solo local em 250%. As duas misturas realizadas geraram boa melhora no valor de ISC do solo local, porém, a primeira mistura mostrou-se bem mais eficiente e econômica, podendo ser utilizada em subbases, pois, neste caso, o valor mínimo de ISC é de 20%. Tabela 2. Valores de ISC para energia normal ISC (%) Material Energia normal Solo local 9,5 70% solo local + 30% material fresado 23,7 50% solo local + 20% brita % material fresado 18,8

5 Figura 1. Comparação das curvas de compactação energia normal. 3.4 Compactação energia intermediária Na tentativa de conseguir uma composição para utilização em bases de pavimentos urbanos que necessitam de valores de ISC 60%, optou-se por repetir a composição de 50% de solo com 20% de Brita-1 e 30% de material fresado com energia intermediária. Com o aumento da energia de compactação a densidade seca máxima passou de 1,842 g/cm³ para 1,918 g/cm³ e a umidade ótima de 12,60% para 11,30%. Na Figura 2 estão apresentadas as curvas de compactação do solo sem mistura compactado com energia normal, e o solo com adição de brita-1 e material fresado compactado na energia intermediária. 3.5 ISC energia intermediária O ensaio de ISC mostrou resultado bastante interessante para o solo com adição de brita e material fresado, compactado na energia intermediária. Enquanto que a mesma mistura apresentou resultado de 18,80% para a compactação com energia normal, este valor subiu para 52,20%, alterando-se a energia para intermediária. O aumento da densidade seca máxima com a imposição de uma maior energia cinemática no solo, mostrou que a resistência a penetração foi aumentada consideravelmente justificando, em campo, a utilização desta mistura com uma maior quantidade de passadas do equipamento compactador. 3.6 Utilização da mistura na execução de uma pista experimental Com os resultados obtidos, o trecho de 60 m da Av. Nadra Bufaiçal foi executado com duas composições: 70% do solo local e 30% de material fresado e energia de compactação normal para a sub-base; e 50% de solo local, 20% de brita-1 e 30% de material fresado e energia intermediária para a base. A execução contou com grau de compactação, medido pelo método da densidade in situ (frasco de areia), com o valor de 100%. Tabela 3. Valores de ISC para energia modificada ISC (%) Material Energia modificada Solo local - Energia normal 9,5 50% solo local + 20% brita % material fresado 52,2

6 Figura 2. Comparação das curvas de compactação energia intermediária. 4 CONSLUSÃO Este trabalho estudou o ganho de resistência de um solo local com a adição de materiais provenientes de fresagem de revestimento asfáltico para composição de um pavimento de baixo custo. No estudo foram considerados duas opções de misturas e duas opções de energias de compactação. As duas opções de misturas foram: 70% de solo local e 30% de material fresado; e 50% de solo local, 20% de brita-1 e 30% de solo fresado. As duas opções de energia de compactação foram: normal e intermediária. Todas as considerações, de misturas e energia de compactação, mostraram bons resultados melhorando a resistência do solo local. Na primeira análise, utilizando-se energia normal, a mistura com solo e material de fresagem apresentou melhor resultado elevando o valor do ISC do solo local de 9,5% para 23,70%. Esta composição poderá ser utilizada para execução de sub-bases de pavimentos que exigem resistência mínima de 20%. Na segunda análise, utilizando-se energia intermediária, a mistura com solo, brita-1 e material de fresagem, apresentou um bom resultado elevando o valor do ISC do solo local de 9,5% para 52,20%. Apesar do valor alcançado ser um pouco inferior ao recomendado para bases de vias urbanas (mínimo de 60%), considera-se o resultado satisfatório justificando a continuidade da pesquisa para obtenção de uma composição que permita alcançar o valor mínimo esperado. O trecho da Av. Nadra Bufaiçal executada com base e sub-base com os resultados obtidos nesta pesquisa, permitirá a observação e acompanhamento das composições utilizadas. Ensaios de prova de carga serão realizados semestralmente para acompanhamento do comportamento destes materiais. Cabe ressaltar que apenas um trecho (extensão de 60,00 m) foi executado com as composições obtidas nesta pesquisa. Os demais trechos foram executados com material laterítico (cascalho), proveniente de jazida, apresentando os valores mínimos recomendados. Estes trechos, executados com materiais alternativos e materiais comuns, permitirão a observação de um possível comportamento diferenciado, caso exista. AGRADECIMENTOS Á Secretaria Municipal de Obras e Serviços Públicos (SEMOB) da Prefeitura de Goiânia pela disponibilização do laboratório de solos e a execução de um trecho com os resultados obtidos nesta pesquisa.

7 A Universidade Estadual de Goiás (UEG) Coordenação de Engenharia Civil e Pró- Reitoria de Pós-Graduação e Pesquisa pela disponibilização da pesquisa e disponibilização do laboratório de solos. REFERÊNCIAS ABNT NBR 6459 (1984), Solo Determinação do Limite de Liquidez, Rio de Janeiro, RJ, 6p. ABNT NBR 7180 (1984), Solo Determinação do Limite de Plasticidade, Rio de Janeiro, RJ, 3p. ABNT NBR 7181 (1984), Solo Análise Granulométrica, Rio de Janeiro, RJ, 13p. ABNT NBR 7182 (1986), Solo Ensaio de Compactação, Rio de Janeiro, RJ, 10p, ABNT NBR 9895 (1987), Solo Índice de Suporte Califórnia, Rio de Janeiro, RJ, 14p. DNIT ES 159 (2011), Pavimentos asfálticos Fresagem a frio Especificação de Serviço, Rio de Janeiro, RJ, 7p. Dau, F. N, F. (1987) Uma Avaliação Técnico/Econômica da Reciclagem de Revestimentos Asfálticos a Frio em Usina em Área Urbana, Trabalho de Conclusão de Curso de Mestrado Profissionalizante em Engenharia, UFRGS, Porto Alegre, RS, Brasil, 171p. FHWA, (1981) Hot and Cold Recycling of Asphalt Materials, Directive, Washington, DC, USA. Luz, M. P. (2008) Pavimentos Flexíveis Urbanos Avaliação Técnica e Socioambiental, Tese de Doutorado, UFG, Goiânia, GO, 103 p. METOGO, D. A. N. (2010) Construção e Avaliação Inicial de Um Trecho de Pavimento Asfáltico Composto de Misturas de Fosfogesso, Solo Tropical e Cal, Dissertação de Mestrado, UFG, Goiânia, GO, 150 p. RESPLANDES, H. M. S. (2007) Estudo Ambiental e Técnico da Aplicação do Agregado Reciclado na Estrutura de Pavimentos Flexíveis. Dissertação de Mestrado, UFG, Goiânia, GO.