AVALIAÇÃO DE LIGANTES ALTERNATIVOS PARA APLICAÇÃO NA IMPRIMAÇÃO BETUMINOSA DE RODOVIAS

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1 AVALIAÇÃO DE LIGANTES ALTERNATIVOS PARA APLICAÇÃO NA IMPRIMAÇÃO BETUMINOSA DE RODOVIAS Fernando Dácio de Almeida Suelly Helena de Araújo Barroso

2 AVALIAÇÃO DE LIGANTES ALTERNATIVOS PARA APLICAÇÃO NA IMPRIMAÇÃO BETUMINOSA DE RODOVIAS Fernando Dácio de Almeida Suelly Helena de Araújo Barroso Universidade Federal do Ceará Departamento de Engenharia de Transportes Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Transportes PETRAN RESUMO Nos últimos anos, tem se observado que o uso dos asfaltos diluídos, para emprego na imprimação betuminosa de rodovias, é proibido em alguns países. No Brasil, é comum o uso do CM-30 (Asfalto Diluído de Cura Média) para serviços de imprimação. A dissertação de mestrado tem como objetivo principal contribuir para o desenvolvimento dos estudos com emulsões especiais e/ou asfaltos diluídos com óleos vegetais para emprego na imprimação betuminosa de rodovias de baixo volume de tráfego. Para tanto, serão fabricadas em laboratório emulsões com óleos vegetais, além de serem testadas emulsões comerciais já em uso no país. Será utilizado um método empírico para a pré-seleção dos novos ligantes com base na penetração da imprimação, visando com isso diminuir os custos operacionais, além de ensaios de aderência. Espera-se que o desenvolvimento desta pesquisa contribua para a seleção de ligantes alternativos que apresentem características técnicas, econômicas e ambientais aceitáveis na imprimação betuminosa. 1. CONSIDERAÇÕES INICIAIS O sistema viário brasileiro é muito extenso, segundo o último relatório do Sistema Nacional de Viação (SNV-DNIT, 2014), compreende uma malha de ,0 km. Entretanto, cerca de 80% dessa malha é composta por rodovias não pavimentadas com 73% desse total sendo representada por vias municipais. Essas vias são chamadas, normalmente, de Rodovias de Baixo Volume de Tráfego (RBVT) e possuem um importante papel no cenário econômico e social. É por essas rodovias que é escoado o maior volume da produção agrícola do país, mas, por muitas vezes, elas não oferecerem condições favoráveis de tráfego. O mau estado das rodovias encarece os produtos, desanima os produtores e atrasa o crescimento do Brasil, além de dificultar o acesso das pessoas aos serviços básicos como, por exemplo, educação e saúde. A melhoria da pavimentação nesse tipo de rodovia esbarra na aprovação do estudo de viabilidade econômica que se torna difícil de ser explicado em função do baixo volume de tráfego registrado. Sendo assim, torna-se um desafio para os projetistas e construtores de estradas desenvolverem soluções técnicas adequadas com poucos recursos disponíveis. Bastos (2013) ao analisar e dimensionar estruturas de pavimentos flexíveis relata que em RBVT é comum a indicação de soluções de revestimento com espessuras reduzidas e com pouca ou nenhuma função estrutural, o que leva as camadas de base a suportarem quase que totalmente todos os esforços provenientes do tráfego. Rabêlo (2006) ressalta que por esse motivo é exigida que a base possua uma forte ligação com o revestimento, atributo esse que deve ser fornecido pela imprimação. Segundo a especificação ES 144/2012 (DNIT), a imprimação consiste na aplicação de material asfáltico sobre uma superfície de base concluída, antes da execução de um revestimento asfáltico qualquer. Estudos desenvolvidos por Nogami et al., (1989) concluíram que os pavimentos executados com bases de solos lateríticos e imprimados com Asfalto Diluído de Petróleo (ADP), só funcionam adequadamente quando o ligante utilizado na imprimação alcança penetrações da ordem de 4 a 13 mm.

3 Tem-se verificado em países desenvolvidos uma maior restrição na utilização do asfalto diluído na imprimação, por ele ser considerado poluente ao meio ambiente devido à própria manipulação do material betuminoso, bem como a emissão de Hidrocarbonetos Orgânicos Voláteis (VOC s). Cross e Shrestha (2004) relatam que muitos departamentos de transporte rodoviário no exterior têm evitado ou reduzido a utilização desses materiais em virtude do perigo da poluição ambiental, devido à própria manipulação do material betuminoso, bem como a emissão de (VOC s). Devido à importância do emprego da imprimação betuminosa e das vantagens inerentes ao processo da pavimentação asfáltica é necessário buscar novas alternativas para que seu emprego não ocasione tantos impactos ambientais. Logo, torna-se relevante a busca por novos materiais que visem minimizar os efeitos de agressão do ADP ao meio ambiente. Existe ainda a necessidade de estudos que atestem o desempenho dessas novas alternativas em diferentes tipos de bases granulares. Segundo Godoi (2011), a questão ambiental relacionada ao uso dos materiais asfálticos tem sido muito discutido atualmente. São encontrados alguns estudos relacionados ao uso de produtos alternativos em substituição ao CM-30, ou como melhoradores das características do asfalto em relação à redução de poluentes atmosféricos (CROSS e SHRESTHA, 2004; MANTILLA e BUTTOM, 1994; DANTAS NETO, 2001; RABÊLO, 2006). A partir da discussão apresentada, a presente dissertação de mestrado tem o objetivo geral de contribuir para o desenvolvimento dos estudos com emulsões especiais e/ou asfaltos diluídos com óleos vegetais para o emprego em serviços de imprimação betuminosa de RBVT s. 2. MATERIAIS E MÉTODOS 2.1. Ensaios com os solos Serão coletados solos na Região Metropolitana de Fortaleza (RMF) que serão caracterizados de acordo com a norma ME-041/94 do DNER. As amostras de solo serão secas, destorroadas e quarteadas, a fim de promover sua melhor homogeneização, sendo posteriormente submetidas aos ensaios descritos na Tabela 1. Tabela 1 - Ensaios e normas a serem usados Ensaios Normas Solos Análise Granulométrica por Sedimentação DNER-ME 051/94 Solos Determinação da Densidade Real DNER-ME 093/94 Solos Determinação do Limite de Liquidez DNER-ME 122/94 Solos Determinação do Limite de Plasticidade DNER-ME 082/94 Solos Compactação no Cilindro Proctor DNER-ME 162/94 Solos CBR e Expansão DNER-ME 049/94 Solos Módulo de Resiliência Método COPPE/UFRJ 2.2. Material betuminoso O material betuminoso padrão utilizado nos ensaios de imprimação será o Asfalto Diluído de Cura Média (CM-30), sendo escolhido por ser, no momento, o único material asfáltico comercialmente disponível para imprimação no estado do Ceará. O asfalto diluído CM-30 será aplicado após um leve aquecimento, a 50 C, para atingir a viscosidade de 20 a 60 segundos Saybolt-Furol, recomendada pela norma técnica DNER-ME ES-306/97.

4 O ligante alternativo testado será desenvolvido através de uma mistura de CAP com um óleo vegetal que o diluirá a fim de se obter um ligante que contenha menos compostos voláteis orgânicos e que assim reduza os prejuízos ao meio ambiente. Serão também testadas emulsões com óleos vegetais já em estudo no Laboratório de Mecânica dos Pavimentos (LMP) da UFC, além de algumas emulsões comerciais já em uso para imprimação Ensaios de penetração da imprimação betuminosa Para a avaliação prévia dos ligantes alternativos e convencional será utilizado o método simplificado de laboratório, intitulado Método da Cápsula, já desenvolvido pelos presentes autores (ver Almeida et al., 2014) para elaboração desta dissertação. Esse método tem o objetivo de avaliar a penetração da imprimação betuminosa através da moldagem dos corpos de prova em cápsulas de 43 mm de diâmetro e 22 mm de altura. Em cada cápsula foi colocada 45g de material, e em seguida foi feita a compactação utilizando-se um coesímetro (ver Figura 1). Para validação dos resultados pelo método da cápsula, após a seleção prévia dos ligantes, serão realizados também os ensaios de verificação da penetração de imprimação de acordo com o proposto em Rabêlo (2006). Figura 1 - Detalhe da moldagem do solo nas cápsulas Para verificação da penetração da imprimação dos ligantes testados serão preparados corpos de prova para cada ponto analisado, com a finalidade de se obter uma média aritmética das penetrações obtidas, utilizando-se taxas de aplicação de, e. Para cada solo utilizado, os testes de imprimação serão realizados em três diferentes teores de umidade: umidade ótima de compactação menos 2% (hot-2), umidade ótima (hot) e umidade ótima mais 2% (hot+2), conforme apresentado na Figura 2. Ensaios de Imprimação (Métodos da Cápsula e Rabêlo (2006) CM-30 Ligantes Alternativos hot -2% hot hot +2% hot -2% hot hot +2% Figura 2 - Esquema da determinação das taxas de imprimação usadas neste estudo.

5 2.4. Aderência entre base e imprimação A aderência, na literatura internacional, é avaliada a partir da ruptura da camada de ligação por ensaios de cisalhamento direto ou torque, a uma taxa de carregamento constante ou a uma taxa de deslocamento constante (carregamentos monotônicos) (GUIMARÃES, 2013). Para avaliar a aderência da camada penetrada pela imprimação com diferentes tipos e taxas de aplicação, a fim de se estudar essa interface, será realizado o ensaio de cisalhamento direto por torção no Torque Bond Test. Esse método foi escolhido devido às finas espessuras conseguidas pela penetração da imprimação que variam de 4 a 13 mm. 3. RESULTADOS ESPERADOS Espera-se com o desenvolvimento desta pesquisa: contribuir para a seleção de ligantes alternativos que apresentem características técnicas, econômicas e ambientais aceitáveis, podendo, assim, ser usado em substituição ao CM-30; desenvolver métodos de ensaios mais simplificados, em laboratório, para avaliação da penetração prévia da imprimação betuminosa de rodovias; contribuir para a atualização da revisão bibliográfica nacional e internacional sobre imprimação betuminosa e sobre as principais fontes de origem vegetal; indicar diluentes alternativos para utilização nos serviços de imprimação betuminosa; testar diferentes bases granulares em laboratório com os ligantes vegetais para aplicação na imprimação betuminosa; estudar melhor a interface da base com a imprimação através dos ensaios de aderência. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ALMEIDA, F. D.; BARROSO, S. H. A.; BASTOS, J. B. S.; LIMA FILHO, S. A. R. (2014) Desenvolvimento de um método expedito para avaliação da imprimação betuminosa de rodovias. In: 21º Encontro de Asfalto, Rio de Janeiro. Encontro de Asfalto, v. 21. BASTOS, J. B. S. (2013) Estudo da influência da variação da umidade no comportamento de pavimentos da região metropolitana de Fortaleza. Dissertação de Mestrado. Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, CE, 187 fl. CROSS e SHRESTHA (2004) Guideline for using prime and tack coat. Central Federal Lands. Lakewood Highway Division. Report nº FHWA-CFL/TD DANTAS NETO (2001) Materiais asfálticos alternativos para uso em pavimentação. Dissertação de Mestrado. UNB, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Civil e Ambiental. Brasília, DF. DEPARTAMENTO NACIONAL DE ESTRADAS DE RODAGEM - DNER ME ES-306 (1997) Pavimentação Imprimação. MT Instituto de Pesquisas Rodoviárias. Rio de Janeiro, RJ. DEPARTAMENTO NACIONAL DE INFRAESTRUTURA DE TRANSPORTES - DNIT ES-144 (2012) Pavimentação Imprimação com ligante asfáltico. Rio de Janeiro, RJ. GODOI, L. (2011) Estudo do comportamento dos ligantes asfálticos utilizados na imprimação asfáltica relacionados à emissão de VOC s. Dissertação de Mestrado. Universidade Federal do Paraná, Programa de Pós-Graduação em Engenharia e Ciências dos Materiais - PIPE. Curitiba, PR, 153 fl. MANTILLA, C. A. e J. W. BUTTOM (1994) Prime coat methods and materials to replace cutback asphalt. Research Report TTI , Texas Transportation Institute Texas A&M University, November NOGAMI, J. S.; D. F. VILLIBOR, e G. T. P. FABBRI (1989) Imprimadura asfáltica em bases de Solo Arenoso Fino Laterítico. Anais da XV Reunião Anual de Pavimentação. Florianópolis, SC. RABÊLO, A. N. (2006) Contribuição ao estudo da imprimação betuminosa das bases rodoviárias do estado do Ceará. Dissertação de Mestrado. Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, CE, 204 p. SISTEMA NACIONAL VIÁRIO - DEPARTAMENTO NACIONAL DE INFRAESTRUTURA DE TRANSPORTES - SNV-DNIT (2013) Relatório da malha de atuação do DNIT. Disponível em: < Acesso em: 26/09/2014. GUIMARÃES, P. A. (2013) Estudo da aderência entre camadas asfálticas de pavimentos. Dissertação de Mestrado, Universidade de São Paulo, São Paulo, São Paulo.189 p.