AVALIAÇÃO DO USO DE AGREGADOS LATERÍTICOS EM MISTURAS ASFÁLTICAS

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1 AVALIAÇÃO DO USO DE AGREGADOS LATERÍTICOS EM MISTURAS ASFÁLTICAS Laiana Ferreira da Costa 1, Lêda Christiane de Figueirêdo Lopes Lucena 2, Jonny Dantas Patricio 3, Paulo Germano Tavares Marinho 4 RESUMO No Brasil a maioria das estradas pavimentadas é de revestimento asfáltico. Os agregados graúdos, presentes nas misturas, são um dos principais responsáveis pela estabilidade, resistência à abrasão superficial e capacidade de suporte de carga dos pavimentos. Entretanto, algumas regiões do país apresentam escassez de agregados graníticos, tidos como ideais para misturas asfálticas de qualidade, e, portanto têm de substituí-los pelos materiais da região. O Brasil, tal qual países de climas tropicais, apresenta abundância de agregados lateríticos provenientes da intemperização da rocha matriz. Esta pesquisa objetivou avaliar a possibilidade da substituição do agregado tradicionalmente utilizado na pavimentação pelo agregado laterítico. Para isso foram realizados ensaios de caracterização física dos agregados procurando relacioná-los com as propriedades mecânicas das misturas asfálticas produzidas com estes agregados. De uma forma geral, as misturas estudadas atenderam a maioria das especificações estabelecidas por norma, havendo a possibilidade positiva de substituição do agregado estudado em serviços de pavimentação. Palavras-chaves: Pavimento, Agregados, Propriedades físicas, Propriedades mecânicas. EVALUATION OF USE OF THE AGGREGATE LATERITIC IN ASPHALT MIXTURES ABSTRACT In Brazil most of the roads is with asphaltic coating. The coarse aggregates, present in mixtures, are a major contributor to the stability, resistance of superficial abrasion and capacity of the load bearing of pavements. However, some regions have shortages of granitic crushed stone, seen as ideal for quality asphalt mixtures, and therefore have to replace them with materials from the region. The Brazil, like countries with tropical climates, features plenty of lateritic aggregate that are formed from weathering from the parent rock. This research aimed to evaluate the possibility of aggregate substitution traditionally used in paving by aggregate lateritic. To the physical characterization of aggregates assays were performed seeking to relate them to the mechanical properties of asphalt mixtures produced with these aggregates. In general, the mixtures studied obeyed most of the specifications established by standard, with the positive possibility of replacement of the aggregate studied in paving services. Keywords: Pavement, Aggregates, Physical properties, Mechanical properties. 1 Mestranda em Engenharia Civil e Ambiental, UFCG, Campina Grande-PB, laianaferreira02@gmail.com. 2 Professora Doutora, UFCG, Campina Grande-PB, ledach@uol.com.br. 3 Doutorando em Engenharia Civil, UFPE, Recife-PE, jonny_dantas@hotmail.com 4 Mestrando em Engenharia Civil e Ambiental, UFCG, Campina Grande-PB, marinho.paulo05@gmail.com

2 INTRODUÇÃO Segundo dados do Conselho Nacional do Transporte (CNT) no Brasil cerca de 65% da movimentação de cargas e 90% da movimentação dos passageiros ocorrem pelo sistema rodoviário. Ou seja, apesar do alto custo e das deficiências das rodovias brasileiras, estas ainda representam o principal meio de transporte do país. Na maioria dos pavimentos brasileiros usa-se como revestimento uma mistura de agregados minerais, de vários tamanhos, podendo também variar quanto à fonte, com ligantes asfálticos que, de forma adequadamente proporcionada e processada, garanta ao serviço executado os requisitos de impermeabilidade, flexibilidade, estabilidade, durabilidade, resistência à derrapagem, resistência à fadiga e ao trincamento térmico, de acordo com o clima e o tráfego previstos para o local. (Bernucci et at., 2008) Conforme afirma Gouveia et al. (2004), em um pavimento asfáltico o conjunto de agregados minerais corresponde a 94-95% e tem a função de manter a estabilidade mecânica dos revestimentos e suportar o peso do tráfego, e o cimento asfáltico de petróleo (CAP) corresponde a 5-6% e é utilizado como ligante dos agregados. Com o tempo ou até prematuramente, esses revestimentos apresentam defeitos, que podem ocorrer devido a alguma falha no projeto, na execução, ou ainda, pela ação de fatores externos como clima e tráfego. Algumas ações podem prevenir ou solucionar o aparecimento desses defeitos como, por exemplo, a seleção de materiais com características adequadas. Oliveira et al. (2011) afirma que as regiões do Norte do país apresentam carência de brita granítica, material tido como ótimo para uso como agregado graúdo em obras de pavimentação. Entretanto estas regiões, assim como países de clima tropical, apresentam abundância de rochas lateritícas. A substituição do agregado graúdo, tradicionalmente utilizado, pelo laterítico poderia vir a reduzir os custos, principalmente de transporte, relativos à importação da brita de outras regiões do país, contribuindo para diminuição do valor do produto final (mistura asfáltica). Trigo (2012), Borré et al. (2012), Amaral (2004) e Moizinho (2007) estudaram, respectivamente, a utilização da laterita em substituição aos materiais tradicionalmente utilizados em obras de concreto, base de pavimentos e revestimento asfálticos. De acordo com Moizinho (2007) como os agregados lateríticos são produtos de um intenso intemperismo físico e químico, eles podem apresentam comprometimento do seu desempenho mecânico quando submetido a mudanças de energia térmica e mecânica. Portanto, diante dos cenários expostos, este trabalho tem por objetivo avaliar a utilização do agregado laterítico em substituição ao granítico, verificando e comparando a influência das propriedades físicas destes no produto final (mistura asfáltica). MATERIAIS Neste trabalho foram analisados dois tipos diferentes de agregados graúdos da região: agregado laterítico, diâmetro de 19,00 mm, oriundo de uma jazida de concreções lateríticas localizada a 6 km da cidade de Mari (PB); brita granítica, diâmetro de 19,00 mm, proveniente da cidade de Caruaru (PE); Os outros agregados utilizados para compor a mistura foram a brita granítica com diâmetro de 12,5 mm, a areia quartzosa, o pó de pedra e a cal. O Cimento asfáltico de petróleo (CAP) utilizado foi fornecido pela Empresa de Lubrificantes e Derivados de Petróleo do Nordeste LUBNOR, uma refinaria de petróleo da Petrobrás, situada no estado do Ceará.

3 MÉTODOS Inicialmente, na primeira etapa da pesquisa, foram realizados os ensaios de caracterização do cimento asfáltico de petróleo. Na etapa seguinte, foi feita a caracterização física dos agregados. Na terceira etapa foram moldados os corpos de prova e realizados os ensaios de propriedades mecânicas da mistura asfáltica. Os métodos de ensaios utilizados foram, em sua grande maioria, propostos pelo Departamento Nacional de Infraestruturas e de Transportes DNIT, Associação Brasileira de Normas Técnicas ABNT, American Society for Testing and Materials ASTM e American Association of State Highway and Transportation Officials AASHTO. A Figura 1 apresenta os ensaios realizados nas etapas citadas. Caracterização do CAP Figura 1. Fluxograma das etapas da pesquisa O ligante asfáltico foi caracterizado por meio dos ensaios apresentados na Tabela 1. Caracterização física dos agregados Tabela 1. Ensaios de caracterização do CAP Ensaio Norma Ponto de Amolecimento ABNT NBR 6560/2008 Penetração ABNT NBR 6576/2007 Ponto de Fulgor ABNT NBR 11341/2014 Viscosidade Brookfield ABNT NBR 15184/2004 A caracterização física dos agregados foi realizada através dos ensaios apresentados na Tabela 2.

4 Tabela 2. Ensaios de caracterização física dos agregados Ensaio Norma Análise Granulométrica DNER ME 083/98 Determinação do Índice de Forma DNER ME 086/94 Massa Específica DNER ME 195/97 Absorção DNER ME 195/97 Determinação da Abrasão Los Angeles DNER ME 035/98 Adesividade ao ligante asfáltico DNER ME 078/94 Durabilidade DNER ME 084/94 Moldagem dos corpos-de-prova Inicialmente foi feita uma dosagem Marshall de forma a enquadrar o traço na faixa C do DNIT, variando o teor de ligante de 4,5% a 6,5%. Após a realização desta, determinou-se o traço, apresentado na Tabela 3, que foi utilizado para as duas misturas em estudo. Tabela 3. Traço fixo utilizado Brita 19mm (%) 19,0 Brita 12,5mm (%) 31,3 Areia Fina (%) 9,5 Pó de pedra (%) 33,3 Cal (%) 1,9 Teor de CAP (%) 5,0 A temperatura de compactação esteve numa faixa entre 140 C a 142 C, obtida por meio da curva Viscosidade versus Temperatura do CAP, e todos os corpos-de-prova foram compactados com 75 golpes de cada lado. Propriedades mecânicas da mistura Estabilidade Marshall O ensaio foi realizado de acordo com a norma DNER ME 043/95 e consistiu na aplicação de uma carga de compressão sobre o corpo-de-prova cilíndrico regular. Essa carga foi aplicada no corpo-de-prova por meio de cabeçotes curvos padronizados. A taxa de carregamento foi de 5 cm/minuto até o rompimento do corpo de prova. A carga máxima correspondente a este ponto, expressa em unidades de força, é denominada estabilidade Marshall. Resistência à tração por compressão indireta O ensaio foi realizado de acordo com a norma DNIT 136/2010 ME. A configuração deste ensaio considera a aplicação de duas forças concentradas e diametralmente opostas de compressão em um cilindro que geram, ao longo do diâmetro solicitado, tensões de tração uniformes perpendicularmente a esse diâmetro. Cântabro O ensaio foi realizado de acordo com a norma DNER ME 383/99 e consistiu na análise das massas de corpos-de-prova Marshall de misturas asfálticas submetidos ao aparelho de abrasão Los Angeles. Os corpos-de-prova foram pesados e posteriormente colocados individualmente no aparelho de Abrasão Los Angeles sem as esferas de aço, onde foram efetuadas 300 revoluções na velocidade

5 angular de 30 rpm. Após esta etapa, os corpos-de-prova foram novamente pesados e o desgaste Cântabro foi determinado pela perda de massa. Módulo de Resiliência O ensaio foi realizado de acordo com a norma DNIT ME 135/2010 aplicando-se uma carga repetidamente no plano diametral vertical de um corpo-de-prova cilíndrico regular. Essa carga gerou uma tensão de tração transversalmente ao plano de aplicação da carga. Mediu-se então o deslocamento diametral recuperável na direção horizontal correspondente à tensão gerada, numa temperatura de 25 C. RESULTADOS E DISCUSSÕES Caracterização do CAP A Tabela 4 apresenta os resultados de caracterização do CAP em condição natural (média de duas amostras). Tabela 4. Resultados da caracterização do cimento asfáltico de petróleo Propriedades Valor referência Resultado Penetração (100g, 5s, 25 C), 0,1 mm mm 50 Ponto de Amolecimento ( C) >46 49,6 Ponto de Fulgor ( C) > C a 20 rpm > ,25 Viscosidade Brokfield (cp) 150 C a 50 rpm > C a 100 rpm ,75 De acordo com os dados apresentados na Tabela 4, o CAP utilizado neste trabalho encontra-se dentro dos limites da especificação vigente (DNIT 095/2006 e ANP, 2005) no que diz respeito ao ponto de amolecimento, ponto de fulgor e viscosidade. Caracterização física dos agregados Análise granulométrica A Figura 2 apresenta as curvas granulométricas da brita granítica e do agregado laterítico. Analisando as curvas granulométricas obtidas, observa-se que para a amostra da brita granítica, a porcentagem mais alta (87,47%) de material passou pela peneira 19,0 mm e ficou retida na peneira 12,5mm. Para a laterita 71,06% do material passou pela peneira 19,0 mm e ficou retida na peneira 12,5 mm. Como ambas as amostras apresentaram a maioria de suas partículas com tamanhos em uma faixa bastante estreita, proporcionando uma curva granulométrica íngreme, pode-se dizer também que tanto a brita como a laterita ensaiadas possuem graduação uniforme.

6 Fração Passante (%) Curva granulométrica da laterita Curva granulométrica da brita granítica ,01 0, Abertura das peneira (mm) Figura 2. Curva granulométrica da brita granítica e do agregado laterítico Índice de Forma Os resultados obtidos por meio do ensaio para as duas amostras de agregados estão apresentados na Tabela 5. Tabela 5. Resultados do ensaio de índice de forma Agregado Índice de Forma ( f ) Referência (DNER ME 086/94) Brita Granítica 0,86 0 f 1 sendo : f=1 ótima esfericidade Laterita 0,93 f=0 lamelar Como os valores do índice de forma tanto da brita granítica como da laterita ficaram muito próximos de 1, entende-se que os dois tipos de agregados possuem ótima esfericidade. Para utilização de agregados graúdos em obras de pavimentação estes devem ter índice de forma superior a f=0,5. Portanto, a brita e a laterita ensaiadas estão dentro dos padrões de aceitabilidade. Massa Específica e Absorção Os valores de massa específica para as duas amostras de agregados estão apresentados na Tabela 6. Tabela 6. Resultados do ensaio de massa específica e absorção Agregado Massa Específica (g/cm³) Absorção (%) Brita Granítica 2,64 0,58 Laterita 2,66 4,94 Observa-se que o valor de absorção da laterita é quase nove vezes maior que o da brita, indicando que este tipo de agregado possui elevada porosidade. Portanto, caso a laterita seja aplicada em misturas asfálticas irá encarecer o serviço, uma vez que o agregado consumirá parte do ligante asfáltico necessário para dar coesão à mistura, fazendo surgir à necessidade de incorporar à mistura asfáltica uma quantidade adicional de ligante.

7 Além disso, este tipo de agregado pode apresentar porosidade variável conforme a amostragem, o que dificulta ainda mais o estabelecimento do teor de ligante, podendo resultar em excesso ou falta do mesmo. Abrasão Los Angeles A abrasão Los Angeles dos agregados ensaiados está apresentada na Tabela 7. Tabela 7. Resultados do ensaio de Abrasão Los Angeles Agregado Abrasão Los Angeles (%) Brita Granítica 26,75 Laterita 40,66 Em decorrência da degradação mecânica sofrida, a laterita apresentou maior perda de massa durante as rotações do tambor, indicando que em comparação com a brita, este tipo de agregado apresenta menor resistência ao desgaste. As especificações brasileiras que envolvem o uso de agregados em camadas de base e revestimentos de pavimentos, normalmente, limitam o valor da abrasão Los Angeles (LA) entre 40 e 55%. Portanto, o agregado laterítico poderá apresentar comportamento não satisfatório para a aplicação devido a sua alta abrasão. Adesividade O resultado da avaliação da adesividade ao ligante asfáltico dos dois tipos de agregados foi classificado de acordo com a norma como: satisfatório (caso não houvesse descolamento da película de asfalto) ou não satisfatório (caso houvesse descolamento total ou parcial da película de asfalto). Ao fim das 72 horas imerso em água em estufa a 40 C, verificou-se que houve um descolamento parcial da película betuminosa no agregado laterítico e nenhum descolamento foi observado no agregado granítico. O efeito da água em separar ou descolar a película de ligante asfáltico da superfície do agregado pode torná-lo inaceitável para uso em misturas asfálticas, optar por utilizar a laterita em revestimentos asfálticos implicará na necessidade de utilização de aditivos melhoradores de adesividade na quantidade fixada no projeto. Durabilidade Os resultados deste ensaio são decorrentes de exames quantitativos e qualitativos. A Tabela 8 apresenta a percentagem de perda do material para a brita e para a laterita, respectivamente. Tabela 8. Porcentagem de perda de peso da brita e da laterita após o ensaio Composição Agregado granulométrica da amostra original % Peso das frações da amostra antes Peso da amostra total retido na Passando Retido do ensaio (g) peneira 8mm (g) (mm) (mm) Brita 19,0 12, ,20 12,5 9, ,12 Total: 999,32 19,0 12, ,20 Laterita 12,5 9, ,50 Total: 999,70 % de perda 999,30 0, ,70 21,31

8 De acordo com a literatura, a perda máxima admissível para agregados graúdos, quando for usada uma solução de sulfato de magnésio é de 18%. Portanto se pode inferir que a laterita não atendeu as especificações de resistência a processos de desintegração química. A análise visual mostrou que houve perceptível fendilhamento nas partículas de laterita, o que não foi constatado nas partículas da brita. Propriedades mecânicas da mistura Os resultados dos ensaios de propriedades mecânicas realizados estão apresentados na Tabela 9. Tabela 9. Resultado dos ensaios de propriedades mecânicas das misturas asfálticas Ensaio Resultado Brita Laterita Critérios Estabilidade Marshall (kgf) 703,95 796,06 > 500 kgf para tráfego alto, com N superior a , para 75 golpes Fluência (mm) 4,5 5,2 2,0 mm fluência 4,5 mm RT (MPa) 1,00 0,85 > 0,65 Mpa Cântabro (%) 10,40 12,84 25% Módulo de Resiliência (MPa) 3868, , MPa < MR < MPa O valor de estabilidade acima de 500 kgf foi alcançado para os corpos-de-prova moldados com brita e com laterita. Observou-se que a estabilidade da mistura com a utilização de laterita foi maior que a da mistura com a utilização da brita. Apesar deste alto valor de estabilidade, a longo prazo, esta mistura pode se torna susceptível a oxidação, desintegração e consequentemente a diminuição da estabilidade, devido a porosidade da sua estrutura. A fluência da mistura contendo laterita ultrapassou o limite que consta na norma. Este alto valor da fluência pode indicar que a mistura é plástica, ou seja, que desenvolverá deformações permanentes quando submetida ao tráfego. Apesar de ambos os valores de resistência à tração terem ficado acima do valor mínimo estabelecido por norma, verificou-se que a mistura com brita possui uma maior resistência à tração em condições normais quando comparada a mistura com laterita. Este fato era previsível uma vez que a laterita apresentou uma menor resistência a abrasão do que a brita. O desgaste das duas misturas observado no ensaio de Cântabro foi inferior ao valor máximo admitido por norma. No entanto, confirmando a análise realizada por meio dos resultados do ensaio de abrasão Los Angeles e de durabilidade, a mistura com laterita submetida à degradação mecânica e química foi a que apresentou maior perda de massa, indicando que em comparação com a mistura utilizando a brita, está primeira terá menor resistência ao desgaste. Os resultados de módulo resiliente para as duas misturas estudadas apresentaram valores favoráveis, considerados satisfatórios e proporcionais aos valores reportados em literatura. No entanto, afirmar que quanto maior o valor do Módulo de Resiliência, melhor o desempenho da mistura asfáltica pode não ser verdadeiro, dado que com frequência busca-se: i) Baixa rigidez para evitar elevada absorção de tensões que levem ao trincamento prematuro do revestimento; ii) Alta resistência à tração, uma vez que em geral uma maior resistência na ruptura é também associada a uma maior resistência à fadiga;

9 CONCLUSÃO De uma forma geral, as misturas estudadas atenderam a maioria das especificações estabelecidas por norma. Com relação aos resultados laboratoriais obtidos, pode-se inferir que: na moldagem dos corpos-de-prova utilizando a laterita observou-se uma dificuldade no envolvimento do agregado com o CAP. Tal fato está relacionado à alta absorção da laterita, que por ser um material muito poroso necessita de um maior teor de CAP para seu completo envolvimento. Isso pode implicar em um encarecimento do pavimento utilizando este tipo de agregado, devido à elevação no consumo do ligante asfáltico; os valores de Abrasão Los Angeles e Cântabro encontrados para as duas misturas estudadas permitiram concluir que o arrancamento progressivo de agregados da capa de rolamento por efeito do atrito pneu-pavimento (desgaste), patologia comum em revestimentos brasileiros, será maior na mistura com o uso da laterita. apesar do resultado da adesividade da laterita ao ligante asfáltico ter sido insatisfatória, este não pode ser considerado como um fator excludente para a utilização desse agregado na pavimentação pois é possível o uso de melhoradores de adesividade. os resultados mecânicos das misturas asfálticas produzidas com ambos os tipos de agregados são similares e atendem ao preconizado pelas normas vigentes. Conclui-se que embora as propriedades físicas, mecânicas e de adesividade do agregado laterítico sejam inferiores as da brita granítica, estas não influenciaram significativamente as propriedades mecânicas das misturas asfálticas produzidas com este agregado. Apesar de ser necessário o uso de melhoradores de adesividade e/ou um maior teor de CAP, devido à absorção do agregado, o custo final desta solução tende a ser inferior ao que seria gasto com a importação dos agregados de regiões distantes da obra. Portanto, este artigo mostrou a viabilidade do uso da laterita como material alternativa em obras de pavimentação. AGRADECIMENTOS Ao CNPq pela manutenção das bolsas e produtividade em pesquisa. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS. DNER ME 035. Agregados Determinação da Abrasão Los Angeles. Departamento Nacional de Infraestrutura de Transportes, Norma Rodoviária, Rio de Janeiro RJ, DNER ME 043. Misturas betuminosas a quente Ensaio Marshall. Departamento Nacional de Infraestrutura de Transportes. Norma Rodoviária, Rio de Janeiro, DNER ME 078. Agregado graúdo Adesividade a ligante betuminoso. Departamento Nacional de Infraestrutura de Transportes, Norma Rodoviária, Rio de Janeiro RJ, DNER ME 083. Agregados - Análise granulométrica. Departamento Nacional de Infraestrutura de Transportes, Norma Rodoviária, Rio de Janeiro RJ, DNER ME 084. Agregados Avaliação da durabilidade pelo emprego de soluções de sódio ou de magnésio. Departamento Nacional de Infraestrutura de Transportes, Norma Rodoviária, Rio de Janeiro RJ, DNER ME 086. Agregado Determinação do índice de forma. Departamento Nacional de Infraestrutura de Transportes, Norma Rodoviária, Rio de Janeiro RJ, 1994.

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