UTILIZAÇÃO DE MISTURAS ASFÁLTICAS USINADAS À FRIO COMO ALTERNATIVA TÉCNICA, ECONÔMICA E AMBIENTAL ÀS MISTURAS USINADAS À QUENTE.

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1 UTILIZAÇÃO DE MISTURAS ASFÁLTICAS USINADAS À FRIO COMO ALTERNATIVA TÉCNICA, ECONÔMICA E AMBIENTAL ÀS MISTURAS USINADAS À QUENTE. Antonio Carlos R. Guimarães Rita de Cássia B. A. Loures Instituto Militar de Engenharia Prefeitura Municipal da Cidade do Rio de Janeiro RESUMO O alto consumo de energia durante a produção das misturas asfálticas é uma característica que contribui ao aumento do custo final dessas misturas, principalmente à quente, e, além disso, foge do atual conceito de sustentabilidade. Com isso, o presente trabalho tem por objetivo comparar as vantagens e o desempenho das misturas asfálticas usinadas à quente e usinadas à frio, tendo como objetos de estudo, o Pré-Misturado à Frio (PMF), a fim de considerar a viabilidade técnica, o custo e a proposta de uma solução sustentável, aplicando as Boas Práticas de Saúde, Meio Ambiente e Segurança (SMS) nos pavimentos flexíveis implantados em vias urbanas do Rio de Janeiro, com tráfego leve à médio. Neste estudo, serão descritos indicadores como a baixa produção de fumos e o baixo consumo de energia, que fazem do PMF uma solução favorável ao meio ambiente e à segurança da saúde dos operários envolvidos na execução do pavimento. E, por fim, foi utilizada a metodologia Marshall para realizar a comparação dos resultados obtidos na análise das misturas e a avaliação de três vias executadas com PMF, em 2012, 2013 e ABSTRACT The high energy consumption during production of asphalt mixtures is an characteristic that contributes to increase of final cost of the mixtures, mainly hot, and furthermore escapes from the present concept sustainability. Based on that, this study has the objective to compare the advantages and performance of asphalt mixtures machined to hot and machined to cold, with the objects of study, respectively, the Bituminous Concrete Machined the Hot and the Pre-Mixed the Cold (PMF), to consider the technical feasibility, cost and the proposal of a sustainable solution, applying the Good Health Practices, Safety and Environment (SMS) in flexible pavements deployed on urban streets of Rio de Janeiro, with light to medium traffic. In this study, will be described indicators such as low production of smoke and low power consumption, which make the PMF a favorable solution to the environmental and health safety of workers involved in the execution of the pavement. And finally, Marshall methodology was used to perform the comparison of the results obtained in the analysis of mixtures and the evaluation of three streets run with PMF in 2012, 2013 and INTRODUÇÃO O Cimento Asfáltico do Petróleo (CAP) é constituído de 90 a 95% de hidrocarbonetos e de 5 a 10% de heteroátomos (oxigênio, enxofre, nitrogênio e metais vanádio, níquel, ferro, magnésio e cálcio) unidos por ligações covalentes, conforme Bernucci et al. (2007). Durante a aplicação da mistura asfáltica usinada a quente, devido à temperatura elevada, forma-se os fumos, que devido a sua composição de Hidrocarbonetos Policíclicos Aromáticos (HPA), são cancerígenos. Estes põem em risco a saúde dos trabalhadores diretamente envolvidos na aplicação da mistura asfáltica usinada a quente. Segundo Freitas Guimarães (2005) o material particulado fino emitido durante a pavimentação com asfalto contém partículas inferior a 10 e a 2,5 micrômetros (µm), que consegue entrar nos pulmões e atingir os alvéolos, podendo passar para a corrente sanguínea e linfática. No Brasil, o ministério da Saúde (MS) desde 2001 já indica referências bibliográficas com estudos sobre as emissões de fumos das misturas asfálticas e também relaciona a atividade de pavimentação com asfalto como atividade de risco para a formação de câncer de pulmão e dos brônquios, de pele, na faringe, de bexiga, leucemia, na boca e faringe, Azevedo et al.(2014) As Misturas asfálticas usinadas à quente, CBUQ, têm seu custo elevado devido ao preço do Cimento Asfáltico do Petróleo (CAP) e também pelo alto consumo de energia elétrica durante 51

2 o processo de usinagem e dentro desta realidade o PMF é uma alternativa economicamente mais barata e que pode atender as qualidades técnicas necessárias para o bom desempenho de um pavimento flexível. A Tabela 1 apresenta a comparação destes custos. Tabela 1: Comparação de custos unitários (DNIT/SICRO 2- Jan/2015) Tipo de mistura Execução (R$/m 2 ) Equipamento Mão-de-obra Usinagem (R$/m 2 ) Preço Total (R$/m 2 ) PMF 25,54 7,40 53,89 104,83 CBUQ 17,45 5,43 122,88 175,92 O CBUQ é 67 % mais caro do que o PMF, analisando apenas os custos unitários à usinagem e quase duas vezes mais caro do que o PMF. A mistura usinada à frio (PMF) é uma opção atraente, com custo mais baixo por ser produzido e aplicado à temperatura ambiente, não havendo emprego de energia no aquecimento dos materiais e também pela composição com Emulsão Asfáltica do Petróleo (EAP) de valor comercial menor que o CAP. O objetivo do presente trabalho é apresentar a mistura asfáltica misturada à frio Pré- Misturado à Frio (PMF) como uma solução para a implantação das Boas Práticas de Saúde, Meio Ambiente e Segurança (SMS) na Cadeia Produtiva de Asfalto, atendendo às solicitações impostas ao pavimento pelo tráfego, com conforto ao usuário. Esta é uma alternativa para execução dos pavimentos flexíveis que apresenta baixo custo, simples usinagem, menor impacto ambiental, menor consumo de energia e maior flexibilidade na logística devido à possibilidade de estocagem. A cidade do Rio de Janeiro possui vias complexas de execução devido ao tráfego de fluxo intenso e de cargas variáveis, de leve a muito pesado. Devido a esta complexidade o presente trabalho visa atender as regiões de vias com trafego de leve à médio. 2. CONTEXTO CIENTÍFICO Segundo Batista (2004), há uma lacuna de conhecimento sobre as emulsões asfálticas do petróleo (EAP) e as misturas usinadas à frio quanto à formulação das EAP s, ao procedimento de dosagem da mistura, à correta aplicação em obra, seu controle de qualidade, alguns conhecimentos relativos ao processo de cura das misturas à frio, e principalmente quanto ao desempenho e ao comportamento mecânico desta misturas. Segundo Potti et al (2002), a qualidade do revestimento assim como a densidade e as propriedades mecânicas finais desejadas, depende do comportamento de ruptura da emulsão. Portanto o elemento essencial para misturas à frio depende da escolha de uma emulsão apropriada, com reatividade do agregado selecionado. Roso (2007), conclui que os reparos superficiais de pavimentos poderão ser executados com misturas usinadas à frio, pois os resultados de trincamento por fadiga apresentam melhor desempenho para as misturas à frio do que as misturas usinadas à quente com alto volume de vazios. Os resultados obtidos de resistência à fadiga, estabilidade Marshall, módulo de resiliência e resistência à tração, nas misturas frias com emulsões modificadas, permitem concluir que o PMF pode ser utilizado em projetos de pavimentos novos e em restauração de pavimentos, em estradas de até médio volume de tráfego. Entre as várias variáveis que envolvem as misturas à frio, faz-se necessário conhecer melhor a influência da cura na compactação das misturas asfálticas densas, usinadas à frio. 52

3 Rodrigues (2011), apresenta a incorporação do resíduo industrial de ardósia no PMF e conclui como uma vantagem técnica e econômica, permitindo contribuição com a diminuição do passivo ambiental, atendendo o conceito de sustentabilidade, mostrando ser adequado para o uso em pavimentação de baixo volume de tráfego. Desta forma, este trabalho se dividirá em três partes: apresentação dos materiais e dos projetos de mistura asfáltica CBUQ e PMF; análise das misturas produzidas segundo a metodologia MARSHALL. Por fim as considerações finais, seguidas das referências bibliográficas. 3. MATERIAIS E MÉTODOS 3.1. Agregados Os agregados são de fundamental importância na composição das misturas asfálticas, já que eles representam cerca de 77% do volume e 94% do peso de uma mistura (SANTANA, 1992). Os agregados graúdos (brita 1 e brita 0) apresentam Abrasão Los Angeles menor ou igual a 50% e o agregado miúdo (pó de pedra) apresenta equivalente de areia maior ou igual a 60%. A granulometria deve atender aos valores da faixa granulométrica especificada para o recebimento conforme a Tabela 2. Tabela 2: Faixa de Especificação de recebimento de Material Agregado Análise granulométrica (DNER - ME 083/94) Faixas especificadas de recebimento Peneiras (mm) Brita 0 Brita 1 Pó de Pedra 38, , , , , , , , , , Os agregados (brita 1, brita 0 e pó de pedra) foram respectivamente obtidos da pedreira Ipê. A Tabela 3 apresenta os resultados da caracterização dos agregados. Tabela 3: Caracterização dos Agregados Ensaios Pó de Pedra Brita 0 Brita 1 Especificação Método Equivalente de areia (%) 77,6 - Mín. 60% DNIT ME 054/97 Los Angeles (%) - 47,6 39,8 Máx. 50% DNIT ME 035/94 Densidade real dos grãos (g/cm 2 ) 2,644 2,685 2,786 - DNIT ME 043/95 Densidade aparente dos grãos (g/cm 2 ) - 2,594 2,755 - DNIT ME 043/95 Densidade efetiva (g/cm 2 ) - 2,639 2,770 - ASTM D

4 3.2. Ligantes Asfálticos O ligante asfáltico usado na produção de CBUQ é o CAP 30/45. A Tabela 4 apresenta os resultados obtidos na análise do CAP. Tabela 4: Análise do CAP 30/45 Características Unidade Especificação Resultado Métodos ABNT ASTM Penetração (100g, 5s, 25ºC) 0,1mm NBR 6576 D 5 Ponto de Amolecimento, mín ºC 52 55,1 NBR 6560 D 36 Densidade relativa, 25ª C - - 1,054 DNER-ME193/96 Viscosidade Brookfield A 135º C, min A 150º C, min. cp NBR D 4402 A 177ºC 76 a No estudo das emulsões asfálticas (EA) é importante não confundir os conceitos de ruptura (o CAP se separa da água e adere ao agregado) e cura (evaporação da água e do solvente). O comportamento da EA depende de vários fatores intervenientes, tais como sua formulação, fabricação e aplicação. Apesar disto, o mais importante é o produto final que permanece no pavimento, o CAP e o emulsificante catiônico, que melhora a adesividade deste. Na prática, as EA s oferecem uma gama tão grande de aplicações que, apesar de ser uma mistura de CAP, água e emulsificante, pode-se considerá-lo um produto totalmente novo, formulando-o para cada obra específica, de modo a se adaptar a cada necessidade através de ajustes em seus componentes (VIEIRA, 2007). A emulsão asfáltica adotada para produção de PMF é a RL-1C, a Tabela 5 apresenta os resultados de análise. Tabela 5: Análise das emulsões asfálticas RL-1C Métodos Ruptura Lenta Ensaio sobre a emulsão RL 1C ABNT ASTM Resultado Especificação Viscosidade Saybolt-Furol, s, 50ºC, máx. NBR D Máx. 70 Peneiração, 0,84mm, % em peso máx. NBR D 244 0,0 0,1 Mistura com cimento,% máx. NBR 6297 D 244 0,0 2 Carga da partícula NBR 6567 D 244 Positiva Positiva Resíduo,% em peso mín. NBR 6568 D Misturas Asfálticas A dosagem das misturas asfálticas (à quente e à frio) foram realizadas empregando-se o método Marshall, para verificação das condições de vazios, estabilidade e fluência, segundo os valores da Tabela 6. Tabela 6: Características volumétricas das misturas Características Marshall CBUQ PMF IV C do I.A. VA do I.A. Faixa C Percentagem de vazios Resistência à tração, RT, Mpa, mín. 0,65 0,65 0,20 Estabilidade, Mpa, mín. (75 golpes) 0,5 0,5 0,25 54

5 Outra classificação muito utilizada e descrita por Santana (1992) para as misturas asfálticas é aquela que considera o volume de vazios (Vv) da mistura. Estas são classificadas como: Aberta Semi-densa Densa Os valores que distinguem as três categorias divergem bastante entre os pesquisadores. A Tabela 7 mostra os valores para uma mistura a frio e para uma mistura à quente segundo Santana (1992). Tabela 7: Classificação de acordo com o teor de vazios Classificação CBUQ PMF Densa, Vv < 8 % <15 % Semi-Densa, Vv 8 12 % % Aberta, Vv >12 % >22 % 3.4. Dosagem das Misturas Asfálticas As misturas asfálticas CBUQ e PMF foram dosadas respectivamente segundo os critérios da metodologia Marshall DNER-ME 043/95 e DNER-ME 107/ Mistura à quente (CBUQ) As faixas granulométricas adotadas para produção das misturas de CBUQ são do Instituto do Asfalto (I.A.). A Tabela 3 apresenta as faixas utilizadas nos projetos das misturas usinadas à quente. A dosagem da mistura à quente foi realizada considerando os resultados obtidos no ensaio de granulometria dos agregados (brita 1, brita 0 e pó de pedra) para as faixas granulométricas adotadas. O teor de projeto foi obtido após análise dos parâmetros volumétricos dos corpos de prova (CP) moldados com cinco teores de ligante diferentes. As Tabelas 8 e 9 apresentam os valores obtidos para dosagem da mistura CBUQ.. Tabela 8: Composição granulométrica do Instituto do Asfalto utilizada pela PCRJ Peneira % em massa, passando Série Abertura Projeto de mistura Projeto de mistura IVC VA ASTM (mm) IV C VA 1 25, ¾ 19, ½ 12, /8 9, Nº 4 4, Nº 8 2, Nº 16 1, Nº 30 0, Nº 50 0, Nº 100 0, Nº 200 0,

6 Tabela 9: Projeto de Mistura a quente (CBUQ) Material IV C VA Temperatura (%) (%) ºC Brita 1 25,65 - Brita 0 20,90 38, Pó de Pedra 48,45 55,76 CAP 30/45 5,00 5,5 155 Densidade da mistura: 2,395 2,362 - Temperatura de Compactação das misturas: Mistura à frio (PMF) Para as misturas à frio adotou-se a faixa granulométrica especificado pelo DNIT-ES 153/2010 para PMF. A escolha considerou o objetivo de comparação com a mistura à quente com volume de vazios (Vv) menor ou igual a 8% e a mistura a frio com Vv menor ou igual a 15%. Classificando as misturas como densas para camada de rolamento. A Tabela 4 apresenta a faixa granulométrica. As Tabelas 10 e 11 apresentam a dosagem da mistura de Pré Misturado à frio realizado utilizando a faixa C da norma DNIT 153/2010-ES. Tabela 10: Composição granulométrica para PMF s (DNIT-ES 153/2010) Peneira % em massa, passando Série Abertura ASTM (mm) C 1 25, ¾ 19, /8 9, Nº 4 4, Nº 10 2, Nº 200 0, Tabela 11: Projeto de Mistura à Frio (PMF) Material (%) Brita 1 34,15 Brita 0 43,90 Pó de Pedra 19,51 RL-1C 6,35 Dens. Ap. da Mistura: 2, RESULTADO DOS ENSAIOS As misturas de CBUQ e PMF foram ensaiadas e analisadas quanto a Estabilidade Marshall, Resistência à Tração (RT), Modulo de Resiliência (MR) e volume de vazios (Vv). A Tabela 12 apresenta os valores comparativos das misturas e as Figuras 1,2, 3 e 4, respectivamente, os gráficos comparativos dos resultados obtidos. Tabela12: Resultados dos ensaios Mistura Estabilidade Marshall (Kgf) RT (MPa) MR (Mpa) Vv, % VA (75 golpes) , ,5 IVC (75 golpes) , ,0 56

7 PMF (75 golpes) - 0, ,9 PMF (50 golpes) 156 0, ,4 Figura 1: Resultado da estabilidade Marshall Figura 2: Resultado da Resistência a Tração Figura 3: Resultado do Modulo de Resiliência 57

8 Figura 4: Resultado do volume de vazios As misturas apresentaram comportamento esperado dentro das características de cada tipo de mistura, resistência à tração maior ou igual a 0,65 para as misturas a quente e maior ou igual a 0,20 para a mistura a frio e a estabilidade Marshall maior ou igual a 500 Kgf para CBUQ e maior ou igual a 150 kgf (50 golpes) para PMF. Os vazios também atenderam os volumes especificados para as misturas densas Avaliação de Vias Executadas Realizou-se avaliação deflectométrica com Viga Benkelmann de três vias implantadas no ano de 2012, 2013 e 2014 e respectivamente extraíram-se CPs para verificação do Vv nas misturas de PMF. A Tabela 13 apresenta os valores obtidos na avaliação. Tabela 13: Evolução da deflexão e Vv Avaliação Deflectométrica - Viga Benkelmann Trechos D méd. D (x 10-2 ) mm Σ CV carac. RT N Vv, % (x 10-2) mm (MPa/cm 2 ) , ,0 x ,89 0, , ,0 x ,19 0, ,2 89 1,2 x ,43 0,26 Verifica-se que após evaporação da água os vazios das misturas de PMF, com a compactação executado pelo tráfego pela carga dos veículos, reduz o volume, atingindo valores próximos das misturas à quente. O mesmo comportamento é verificado na deflexão, que passa a atender a solicitação de um tráfego de médio a meio pesado, com N igual a 4,0 x A resistência a tração é maior que o valor mínimo de 0,65 MPa, atendendo as características da mistura a quente. 5. CONCLUSÃO Conclui-se que é viável a aplicação das misturas asfáltica a frio de PMF, atendendo as solicitações mínimas necessárias ao tráfego leve e, durante sua evolução, atendendo também, as solicitações do tráfego médio. Os resultados obtidos na avaliação dos trechos executados com PMF satisfazem as características das misturas a quente durante sua evolução com o tempo, conforme a 58

9 Tabela 13, tanto na RT e Vv e as deflexões verificadas confirmam o bom comportamento destas misturas no pavimento implantado. Estudos da influência do tempo de cura, dosagem com menor Vv e dosagem com a metodologia SUPERPAVE utilizando o compactador Giratório, são sugestões para trabalhos futuros e melhor conhecimento do comportamento mecânico das misturas a frio. Agradecimentos À Secretaria de Conservação da Prefeitura do Município do Rio de Janeiro, pela contribuição com o estudo dos materiais e misturas asfálticas, permitindo o desenvolvimento do presente trabalho. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS Batista, Fátima Alessandra Barata. Novas técnicas de reabilitação de pavimentos f. Tese (Doutorado em Engenharia de Transportes) - Faculdade de Engenharia, Universidade do Porto, Cidade do Porto. Azevedo, R.A., Cravo, M.C.C. e Dias, T.M.S., (2014) Implantação de Boas Práticas de SMS na Cadeia Produtiva de Asfalto e seus Benefícios. Revista Pavimentação ABPV, ano IX, n. 33/34, jul-dez, p Bernucci, L.B., Motta, L.M.G., Ceratti, J.A.P.. Soares, J.B., (2007) Pavimentação Asfáltica: Formação Básica para Engenheiros. PETROBRAS/ABEDA, Rio de Janeiro. DNIT Departamento Nacional de Infra-Estrutura de Transportes. DNER-ME 107/94: Mistura betuminosa a frio com emulsão asfáltica Ensaio Marshall. Rio de Janeiro DNIT Departamento Nacional de Infra-Estrutura de Transportes. DNER-ME 156/2011: emulsão asfáltica determinação da carga de partícula. Rio de Janeiro DNIT Departamento Nacional de Infra-Estrutura de Transportes. DNIT 031/2006 ES: pavimentos flexíveis: concreto asfáltico. Rio de Janeiro DNIT Departamento Nacional de Infra-Estrutura de Transportes.DNER-ME 043/1995: misturas betuminosas a quente ensaio Marshall. Rio de Janeiro DNIT Departamento Nacional de Infra-Estrutura de Transportes. DNER-ME 035/1998: agregados determinação da abrasão los Angeles. Rio de Janeiro DNIT Departamento Nacional de Infra-Estrutura de Transportes. DNER-ME 054/97: equivalente de areia. Rio de Janeiro DNIT Departamento Nacional de Infra-Estrutura de Transportes. DNER-ME 083/1998: agregado análise granulométrica. Rio de Janeiro DNIT Departamento Nacional de Infra-Estrutura de Transportes. DNER-ME 084/1995: agregado miúdo - determinação da densidade real. Rio de Janeiro DNIT Departamento Nacional de Infra-Estrutura de Transportes. DNER-ME 131/2010: materiais asfálticos determinação do ponto de amolecimento método do anel e bolo. Rio de Janeiro DNIT Departamento Nacional de Infra-Estrutura de Transportes. DNIT 153/2010 ES: Pavimentação asfáltica Pré- misturado a frio com emulsão catiônica convencional Especificação de serviço Freitas Guimarães, J.R.P. Apostila de Riscos Químicos. Santos: SENAC, Freitas Guimarães, J.R.P. Toxilogia das emissões veiculares de diesel: um problema de saúde ocupacional e pública. Blumenau: Revista de Estudos Ambientais, Potti, J. J.; LESUEUR, D.; ECKMANN, B.(2002) In direction of a cold asphalt mixes method: a optel contribution. Rodrigues, W.C. (2011). Estudo sobre a viabilidade técnica e econômica da utilização de resíduo industrial de Ardósia em mistura asfáltica do tipo Pré-Misturado a Frio. 137f. Tese de Mestrado. Instituto Militar de Engenharia, Rio de Janeiro. Roso, J.A. (2007). Análise do comportamento mecânico nos Aspectos resistência Marshall e à fadiga de Misturas asfálticas densas usinadas a frio. 143f. Tese de Mestrado. Instituto Tecnológico de Aeronáutica, São José dos Campos. Santana, H. Manual de Pré-Misturados a Frio. Rio de Janeiro, IBP, Vieira, B.C. (2009) Análise da Viabilidade do Uso de Prê-Misturados a Frio em Aeródromos. 106f.. Trabalho de Conclusão de Curso Graduação. Instituto Tecnológico de Aeronáutica, São José dos Campos. 59

10 Antonio Carlos R. Guimarães Rita de Cássia B. A. Loures Instituto Militar de Engenharia: Praça General Tibúrcio, 80 Urca Rio de Janeiro/RJ Brasil Secretaria Municipal de Conservação, Prefeitura Municipal da Cidade do Rio de Janeiro: Rua Maia Lacerda, 167- Estácio - Rio de Janeiro/RJ Brasil 60