as perspetivas de reabilitação de pavimentos no estado de são paulo - brasil: enquadramento e técnicas usuais

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1 34_ 38 A malha rodoviária do Estado de São Paulo foi construída predominantemente pelo governo estadual. Suas rodovias troncais atualmente esreabilitação de pavimentos as perspetivas de reabilitação de pavimentos no estado de são paulo - brasil: enquadramento e técnicas usuais Cassio Eduardo Lima de Paiva, Prof. Dr., UNICAMP Paulo Cesar Arrieiro de Oliveira, Msc.Doutorando,UNICAMP Valmir Bonfim, Msc, Pos-graduando, UNICAMP 1. INTRODUÇÃO O Estado de São Paulo conforme o último censo apresentava uma população de 41 milhões de pessoas distribuídas em 645 municípios. A economia do estado é diversificada e representada por indústrias metal mecânico, a têxtil, a automobilística e de aviação; os setores de serviços e financeiro; e o cultivo de laranja, cana de açúcar e café, o que representa um PIB de cerca de 5 bilhões de dólares. O transporte rodoviário de cargas no Brasil é responsável por 67% do total da carga transportada e São Paulo não defere muito do restante do país. No Estado de São Paulo se localiza o porto de Santos que movimentou em 211 um total de 86 milhões de toneladas o que corresponde de 9,7% do total cargas portuárias movimentadas no país. Este volume de cargas chega ao porto predominantemente por via rodoviária. A malha rodoviária estadual se distribui conforme a Tabela 1. A malha concedida no Estado de São Paulo representa 54% das rodovias brasileiras sob concessão e recebeu um tráfego anual de 815,8 milhões de veículos e que gerou uma receita de cerca de 3,5 bilhões de dólares durante o ano de 211. Portanto o Estado de São Paulo apresenta pouco mais de 6 km de rodovias pavimentadas com tráfego intenso a muito intenso que exigem das concessionárias investimento anual pouco superior a 2% da receita a ser investida em manutenção do sistema e sua melhoria. 2. RESTAURAÇÃO DE PAVIMENTOS SEMIRÍGIDOS PAULISTAS 2.1. Principais Tipos de Pavimentos Rodoviários Utilizados tão concedidas a agentes rodoviários privados. As principais rodovias executadas durante o período entre 1955 e 197 foram construídas com base de solo cimento e capa asfáltica. No período entre 197 e 2 as auto estradas paulistas foram construídas com emprego de revestimento asfáltico sobre uma base rígida de brita graduada tratada com cimento (BGTC). Estes dois tipos de base rígida ao terem sua vida útil finalizada apresentam típico trincamento em blocos. Este trincamento impede o tradicional processo de reabilitação do pavimento por recapeamento com capa asfáltica nova superposta ao pavimento existente, pois o trincamento existente no pavimento existente se reflete na capa nova superposta muito rapidamente. Soluções definitivas de manutenção para os pavimentos paulistas passam predominantemente por procedimentos de reciclagem dessas bases existentes trincadas e pela reconstrução dos pavimentos com novas bases com reaproveitamento total do material existente. w Pista Simples Pista dupla Total 2.2. Técnicas e Cuidados para a Restauração de Pavimentos com Base em Solo Cimento DER SP Concessionadas Quadro 1 Resumo dos resultados para ambos os casos de estudo A experiência brasileira em reciclagem profunda de pavimentos remonta ao início da década de 199 quando chegaram ao Brasil 34_cm

2 as primeiras recicladoras sobre pneus, equipamentos mais sofisticados e de excelente desempenho, que trituram e homogeneízam o pavimento concomitantemente à incorporação de aditivos estabilizadores. Desde então, as modalidades de reciclagem profunda se aperfeiçoaram, estabeleceram-se controles de qualidade, os projetos passaram a ser mais bem concebidos e houve uma significativa evolução do processo. Os bons resultados obtidos impulsionaram o emprego da técnica de restauração de pavimentos deteriorados. Atualmente, a reciclagem com adição de cimento é a modalidade de reciclagem profunda mais difundida no Brasil, especialmente no Estado de São Paulo devido à expressiva malha construída no passado com bases de solo cimento. Outro aspecto que motivou o emprego dessa reciclagem foi a facilidade de interação do cimento com o tipo de solo original usado na base do pavimento. Grande parte da malha viária paulista é constituída por solos arenosos finos laterítico (SAFL) como apresentado na Figura 1. Durante sua formação, o SAFL foi submetido a processos pedológicos em condições bem drenadas nas regiões de clima temperado úmido (designados genericamente por laterização). É um solo arenoso resultante da decomposição do arenito Bauru, de textura fina a média e de baixa plasticidade. Suas características típicas são descritas a seguir: Presença considerável de óxidos hidratados de ferro e/ou alumínio; > 1 Presença de caulinita, na condição de argilo mineral; Macroestrutura e microestrutura da parte fina porosa; Coloração vermelha, amarela, marrom e alaranjada. Normalmente a fração de solo passante na peneira nº 4 (abertura de,42 mm) é da ordem de 85 a 1%, enquanto na peneira nº 2 (abertura,74 mm) é de 2 a 35%. Apresenta valor de ISC (Índice de Suporte Califórnia) acima de 6% e índice de plasticidade (IP) menor que 1%. Os valores de expansão são inferiores a,1% e o percentual de argila maior que 12%. Na atualidade muitos desses pavimentos se encontram no fim de sua vida útil, alguns dos quais estiveram em serviço por décadas e seu estado falimentar requer intervenções profundas de restauração. A recuperação desses pavimentos pela reciclagem com cimento de antigos pavimentos com base de solos arenosos finos estabilizados com cimento tem resultado em muitos casos de sucessos. É um material de mistura fácil e homogênea com o cimento. Normalmente incorpora-se de 3 a 4% de cimento em peso para estabilizar o material a ser reciclado. Mesmo em pequenas quantidades, o cimento adicionado é suficiente para aglomerar as partículas do material formando uma massa sólida e com capacidade estrutural adequada para suportar o tráfego previsto. O emprego de baixo teor de cimento minimiza a retração da base pronta e não enrijece demasiadamente o pavimento. Entre os cimentos atualmente fabricados no Brasil os mais recomendados para obras de reciclagem de pavimentos são os cimentos compostos, CP II E, CP II F e CP II Z, todos de classe de resistência intermediária (classe 32) (1). Estes cimentos são indicados por apresentarem prazo de trabalhabilidade compatível com o processo construtivo, proporcionarem moderado calor de hidratação, aspecto importante para mitigar o aparecimento de trincas por retração e possuem resistência mecânica intermediária, quando aplicados em baixos teores. No Brasil, as misturas recicladas com cimento, normalmente apresentam resistência à compressão simples, aos sete dias de cura, entre 2,1 e 2,5 MPa e resistência a tração por compressão diametral, também aos sete dias de cura, entre,25 MPa e,35 MPa. Estes níveis de resistências naturalmente devem ser compatíveis com a capacidade de suporte das camadas inferiores. Procura-se evitar módulos de elasticidade muito elevados para preservar a camada reciclada de uma eventual ruptura precoce por fadiga do pavimento. O cimento adicionado na quantidade adequada na reciclagem de base de SAFL é capaz de fornecer resistência suficiente para abertura imediata da camada reciclada ao tráfego. Ocasionalmente torna-se necessário além da adição do cimento se proceder a uma correção granulométrica no material desagregado devido ao predomínio de frações finas ou a necessidade de breve abertura do pavimento reciclado ao tráfego. Nesta situação o DER-SP (Departamento de Estrada de Rodagem de São Paulo) recomenda a adição de cerca de 3% de agregado em peso para que a mistura reciclada adquira uma composição granulométrica bem graduada, capaz de gerar uma menor quantidade de vazios e uma maior quantidade de pontos de contatos entre grãos e pasta de cimento após sua compactação e cura. A adição de agregados é um recurso muito usado para obtenção da distribuição granulométrica desejada. Neste caso, o agregado atua como um corretor granulométrico do material reciclado. Tal combinação deverá > Figura 1: Reciclagem in situ de base de solo cimento. cm_35

3 reabilitação de pavimentos resultar em um material novo que irá assegurar o travamento das partículas por meio da compactação além de dotar a mistura reciclada de estabilidade (a partir do contato grão a grão), ganho de densidade, redução da permeabilidade e aumento da resistência ao cisalhamento. Nesta situação a granulometria da mistura reciclada deve corresponder ao formato da equação de Fuller-Talbot: P = d n Em que: P Porcentagem em peso do material que passa pela peneira em questão; d Abertura da peneira; D Dimensão máxima do agregado; n Expoente variando entre,4 a,6 (graduação contínua densa e com diâmetros abrangendo praticamente todas as frações granulométricas). A estabilidade granulométrica do material reciclado proporciona uma resistência mecânica mais efetiva devido às ligações do cimento nos contatos intergranulares. Depois de compactada na sua máxima densificação, a camada reciclada poderá ser aberta ao tráfego, pois os esforços gerados pelos veículos usuários não serão suficientes para romper as ligações cimentícias entre as partículas. Nesta condição, o processo de aumento de resistência mecânica do material em longo prazo não será interrompido. Nos últimos 1 anos milhares de quilômetros de rodovias paulistas tem sido restaurados pela reciclagem com adição de cimento, como exemplo, podem-se citar as rodovias SPA 272, SP 3, SP 34, SP 264, SP 141, SP 79, SP 352. Esta última, com base em solo cimento, foi reciclada em meados do ano 2 e sua condição funcional e estrutural se encontra atualmente em bom estado de conservação Nova Técnica para a Restauração de Pavimento com Base de Brita Graduada com Cimento A reciclagem de pavimentos deteriorados pela ruptura de bases de brita graduada tratada com cimento (BGTC) tem ocorrido através D da reciclagem desta camada. Este tipo de reconstrução acarreta expressivo período para a cura da nova camada reciclada. Esta peculiaridade tem preocupado as concessionárias privadas que atualmente operam as principais rodovias paulistas. Então novas soluções construtivas com menor impacto na operação normal da via têm sido intensamente buscadas. Uma delas que merece destaque é a restauração de pavimento do material fresado reciclado com espuma de asfalto em usina. Esta solução foi introduzida no final do ano de 27 no Brasil, com o emprego de uma usina KMA 2 que oferece mais uma opção na restauração de pavimentos, quer seja com espuma de asfalto ou emulsão, possibilitando a verificação e análise do pavimento remanescente após a realização da etapa de fresagem do pavimento. A Prefeitura da Cidade de São Paulo iniciou o processo no Brasil, reciclando em usina todo o material fresado resultante do programa de recapeamento asfáltico da cidade, na execução de camada de base reciclada na pavimentação de novas ruas no município. Atualmente esta tecnologia tem recebido a atenção das empresas concessionárias de rodovias no País, e recentemente foi executada a primeira etapa do contrato com a Concessionária privada responsável pela Rodovia Ayrton Senna, para recuperação estrutural do pavimento. A Rodovia Ayrton Senna é uma importante via de tráfego que liga São Paulo à região do Vale do Paraíba. O tráfego é intenso no trecho compreendido entre os km 11 e o km 46, com 3 a 4 faixas em cada sentido de tráfego e o volume diário médio estimado é superior a 18. de veículos. O processo construtivo com a espuma de asfalto é semelhante ao realizado pelas recicladoras in situ a frio, como a Wirtgen WR-2, porém, a mistura é processada em usina, com a introdução de ar e água na temperatura ambiente em CAP a aproximadamente 17ºC, no interior de câmaras de expansão situadas na entrada do misturador pug-mill. A usina KMA é móvel e no seu deslocamento deve ser rebocada por um cavalo mecânico. Portanto sua instalação pode ocorrer em sítio próximo do local de aplicação do material na pista. Capaz de promover misturas com 2 tipos de agregados, além do filer e do aglomerante. Quando se pretende estocar o material reciclado utiliza-se filer inativo, como a cal hidratada, podendo o material ser utilizado em até 6 dias após a mistura. Os principais componentes da usina KMA são apresentados na Figura 2. Visando a recuperação estrutural da malha viária da Concessionária, foram executados trechos experimentais com restauração de material fresado com espuma de asfalto em usina KMA. Os excelentes resultados obtidos e o acompanhamento por aproximadamente 1 meses do trecho executado com espuma de asfalto resultou no primeiro contrato em rodovia de reciclagem de RAP (Reclaimed Asphalt Pavement) com espuma de asfalto em usina KMA no Brasil. O projeto estrutural empregado nestes trechos experimentais foi desenvolvido pelo Eng. Dave Collings da Loundon International, da África do Sul, e o projeto de dosagem e ensaios laboratoriais na JBA Engenharia e Consultoria Ltda., em São Paulo, juntamente com os técnicos da Loundon International. O material fresado resulta aproximadamente 2% de material passando pela peneira nº2 e no processo de espuma de asfalto são necessários no mínimo 5%. Sendo assim, na dosagem do material normalmente se adiciona pó de pedra e filer para enquadramento na faixa de reciclagem mostrada na Figura 3. O projeto de dosagem resultou em 84% de RAP (Reclaimed Asphalt Pavement); 15% de pó de pedra; 1% de cal hidratada. Como aglomerante utilizou-se um teor de 2,2% de CAP -7. Foi adotado um teor de água de 2%, o que resultou uma expansão máxima da espuma de 2 vezes e um tempo de meia-vida de 8 segundos. Na ocasião do projeto, foram realizados os ensaios de Módulo de Resiliência (MR) realizados após 24 horas em estufa e 72 horas em estufa envelopado com filme plástico resultou em MR = 1.191*, e após 14 dias de cura em MR = 2.62*, A premissa do projeto era retirar toda a camada cimentada que se encontrava totalmente deteriorada, o que resultou na fresagem numa espessura de 3 cm como apresentada na Figura 4. Em alguns trechos foram verificados que a camada de BGTC remanescente após a 36_cm

4 > 2 > 3 Sistema de injeção para água, emulsão e espuma de asflato Cabine de Comando em posição de operação Percente Cumulativa Passante % Correia de carregamento do material reciclado ,53,75,1 Muito Fino,2,425 Distribuição Granolométrica,6 Silos de materiais agregados e RAP Misturador tipo Pugmill com dois eixos 1, /4 1 /2 1 1,7 2,36 Adequado 4,75 Unidade Motora 178 HP Correia de transferência Pesagem com célula de carga 6,7 9, 13,2 19, Muito Grosso 26,5 Depósito de água 4 lts mm fresagem ainda apresentava trincamento, conforme ilustra a Figura 5. Nesses casos, uma nova etapa de fresagem foi executada para retirada de toda a camada trincada. Em função da grande espessura, a aplicação do RAP espumado foi executada em 2 camadas, com auxílio de vibroacabadora Vögele modelo 18-2 Spray-Jet, e na compactação foram empregados o rolo HAMM modelo 3414 pata curta e posteriormente complementado com rolo liso. Foram executadas diversas intervenções localizadas, nos dois sentidos, tanto na faixa 3 quanto na faixa 4 (faixas situadas do lado direito da pista da rodovia), onde o tráfego é mais pesado, e um desses segmentos foi escolhido para as medidas de deflexão recuperáveis e monitoramento ao longo do ano. Até a presente data foram realizadas as medidas de deflexão com FWD na data da execução dos serviços, após 1 dias, e após 3 dias. Ainda serão realizadas outras medições após 9, 18 e 36 dias da execução. Na reciclagem com espuma de asfalto geralmente não se realiza medidas de deflexão logo após a execução dos serviços, pois em função da falta de coesão inicial da mistura as deflexões são elevadas. Com o passar do tempo a coesão da mistura aumenta e suas deflexões elásticas vão se reduzindo, como Seção transversal existente Seção transversal após a execução CBUQ 1 cm Gap Graded 2ª camada de RAP espumado 3 cm 13,5 cm cm BGTC deteriorada Fresagem 2 cm cm 1ª camada de RAP espumado 13,5 cm Brita Graduada Simples 2 cm Brita Graduada Simples 2 cm > 4 Subleito Subleito > Figura 2: Esquema de constituição de uma usina KMA. > Figura 3: Faixa de reciclagem. > Figura 4: Secções transversais do pavimento existente deteriorado e da solução reciclada. cm_37

5 reabilitação de pavimentos Trincamento na superfície do pavimento Origem do problema: BGTC trincada > 5 Deflexão (,1 mm) Fundo de Caixa Base (RAP Espumado) (GAP Graded) (1 dias de cura) (3 dias de cura) 25 > Posição (estaca) podem ser observados nos resultados preliminares da Figura 6. Logo após a execução se obteve uma média de deflexão de 125 (*,1 mm); após 1 dias a média de deflexão ficou reduzida para 65 (*,1 mm) e após 3 dias a média foi de (*,1 mm). Segundo Jenkins (2), o tempo de ganho de resistência da camada reciclada com espuma de asfalto é de aproximadamente 7 meses. A principal diferença desta tecnologia é a falta de coesão inicial do material, resultando em altas deflexões logo após a conclusão dos trabalhos. O critério de falha dos materiais tratados com betume não é o trincamento e sim a deformação permanente. Por isso é de suma importância atender aos critérios de compactação de projeto, para minimizar estas deformações. 3. CONCLUSÕES As principais vantagens dos processos de reciclagem é o reaproveitamento dos materiais originários, a consequente diminuição no consumo de novos materiais e a diminuição ou eliminação do descarte de material e seu consequente impacto na natureza. Os procedimentos estão sendo aperfeiçoados e os equipamentos estão constantemente recebendo mais tecnologia que se traduz na proposição de soluções construtivas inovadoras e que permitem em muitos casos que a solução reciclada tenha expectativa de vida útil semelhante à solução original. A reciclagem das rodovias que haviam sido construídas com bases de solos cimento no Estado de São Paulo resolveu um problema crônico no período de 199, pois grande parte destes pavimentos estava deteriorada pelo término da vida útil de suas bases rígidas e a técnica tradicional de recapeamento sobre o pavimento trincado não resolvia o problema. Esta problemática chegou a desestimular a construção de novos pavimentos com base de solo-cimento naquela ocasião. A recuper ação de pavimento com base de brita graduada tratada com cimento com espuma de asfalto em mistura usinada também é promissora já que em suas avaliações iniciais apresentam resultados positivos, embor a alter em o funcionamento conceptivo original do pavimento recuperado pela substituição de uma base de compor tamento rígido por outra base flexível reciclada. Possivelmente esta mudança conceptiva na estrutura do pavimento deve diminuir seu tempo de vida útil como pavimento restaurado em período ainda a ser avaliado. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 1 ABNT, Associação Brasileira de Normas Técnicas, NBR 11578/91: Cimento Portland Composto. Rio de Janeiro: ABNT, Jenkins, Kim - Bitumen Stabilised Materials. MIX DESIGN OVERVIEW - Pre-Conference Course ISAP 212, Fortaleza. Brasil. > Figura 5: Trincamento em bloco refletido na superfície do pavimento e no fundo da fresagem inicial. > Figura 6: Evolução das deflexões recuperáveis ao longo do tempo após a execução da reciclagem. 38_cm