UNIVERSIDADE FEDERAL DO AMAZONAS FACULDADE DE TECNOLOGIA PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA DE RECURSOS DA AMAZÔNIA

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1 UNIVERSIDADE FEDERAL DO AMAZONAS FACULDADE DE TECNOLOGIA PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA DE RECURSOS DA AMAZÔNIA Carmem Lúcia Alencar da Silva EFEITO DA TEMPERATURA NAS PROPRIEDADES MECÂNICAS DAS MISTURAS ASFÁLTICAS DA AMAZÔNIA MANAUS 2012

2 Carmem Lúcia Alencar da Silva EFEITO DA TEMPERATURA NAS PROPRIEDADES MECÂNICAS DAS MISTURAS ASFÁLTICAS DA AMAZÔNIA Dissertação submetida como parte dos requisitos necessários para a obtenção do grau de mestra ao Programa de Pós-graduação em Engenharia de Recursos da Amazônia da Universidade Federal do Amazonas cuja área de concentração é Engenharia de Recursos Naturais. Orientadora: Consuelo Alves da Frota, DSc. MANAUS 2012

3 Silva, Carmem Lúcia Alencar da, Efeito da temperatura nas propriedades mecânicas das misturas asfálticas da Amazônia / Carmem Lúcia Alencar da Silva f. : il. color. ; 24 cm Dissertação (mestrado) Universidade Federal do Amazonas, Curso de Pósgraduação em Engenharia de Recursos da Amazônia, Orientação: Prof a. Dr a. Consuelo Alves da Frota, Departamento de Geotecnia e Transporte. 1. Pavimento. 2. Defeitos. 3. Temperatura de serviço. I. Frota, Consuelo Alves da. II. Universidade Federal do Amazonas. Curso de Pós-graduação em Engenharia de Recursos da Amazônia. III. Título.

4 Carmem Lúcia Alencar da Silva EFEITO DA TEMPERATURA NAS PROPRIEDADES MECÂNICAS DAS MISTURAS ASFÁLTICAS DA AMAZÔNIA Dissertação submetida como parte dos requisitos necessários para a obtenção do grau de mestra ao Programa de Pós-graduação em Engenharia de Recursos da Amazônia da Universidade Federal do Amazonas cuja área de concentração é Engenharia de Recursos Naturais. DATA DE APROVAÇÃO: 17 de AGOSTO de APROVADA POR: CONSUELO ALVES DA FROTA, DSc. (Universidade Federal do Amazonas) (ORIENTADORA) HIDEMBERGUE ORDOZGOITH DA FROTA, DSc. (Universidade Federal do Amazonas) (EXAMINADOR INTERNO) LUCINDO ANTUNES FERNANDES FILHO, DSc. (Universidade Federal do Amazonas) (EXAMINADOR EXTERNO)

5 DEDICATÓRIA Dedico ao meu pai João Luís (in memoriam), primeiro e maior incentivador da minha vida acadêmica, sempre presente, participativo e colaborador, e que hoje assiste a esta conquista de camarote. Eu te amarei eternamente! Dedico também ao meu avô Isaias (in memoriam), cujo papel foi fundamental em minha educação, e a quem sempre busquei seguir o exemplo! Dedico ainda a minha mãe Luzia, batalhadora na criação dos filhos, nos dando toda a estrutura para que priorizássemos sempre nossos estudos, e exemplo de mulher! E aos meus irmãos Inês e Joãozinho, meus maiores torcedores! Enfim, dedico ao meu esposo Petrônio e a minha filha Beatriz. Que esta vitória alcançada se converta em bons frutos para nossa família!

6 AGRADECIMENTOS Em primeiro lugar e sempre eu agradeço a DEUS, pois nada acontece sem a Sua permissão. Agradeço aos meus pais, meus irmãos e meus sogros, que me deram a estrutura física e emocional ao longo deste trabalho, para que ele pudesse ser feito. E também ao meu esposo e filha, pelo tempo de convívio abdicado em prol desta realização, que não é pessoal, mas sim de todos nós. Agradeço imensamente a Professora Consuelo, pela confiança em mim depositada e por todos os ensinamentos, orientações, conselhos e lições que se estenderam além do nível acadêmico ao longo de quase uma década em que trabalhamos juntas. Obrigada também a todos os colegas e amigos do Grupo GEOTEC da UFAM, pelo convívio, amizade e troca de experiências, valiosíssimos ao longo desses anos. Em especial, aos que colaboraram neste trabalho direta ou indiretamente: Diego, Francivaldo, Reginaldo, Marcos, Graça, Daniela e Tayana. E meu obrigada ainda mais especial ao Cleudinei, pois sem o seu apoio técnico e moral, este trabalho não teria se realizado. Obrigada ao Maurício, a Professora Elizabeth e a todos os membros do Programa de Pósgraduação em Engenharia de Recursos da Amazônia pelo empenho na realização deste trabalho. Por fim, agradeço ao CNPq pela concessão da bolsa de pesquisa, a qual deu origem a esta dissertação.

7 RESUMO Os revestimentos asfálticos da cidade de Manaus apresentam-se, em geral, com trincas em decorrência principalmente pela não presença do agregado graúdo, aliada às altas temperaturas de serviço a que ficam submetidos. Esta pesquisa experimental objetiva testar a resistência e a susceptibilidade de revestimentos asfálticos feitos com resíduos (da construção civil e do parque industrial) como alternativa aos agregados naturais, aos efeitos da temperatura (25 o C a 60 o C), por meio de ensaios: resistência à tração por compressão diametral, módulo de resiliência e vida de fadiga. Foram testadas quatro misturas asfálticas: a) concreto asfáltico com seixo rolado no papel de agregado graúdo, proveniente dos rios amazônicos; b) concreto asfáltico com o resíduo da construção civil e demolição em substituição ao seixo; c) areia asfalto a quente com areia típica da região e cimento usado como fíler; e d) areia asfalto a quente com areia típica da região e cal de carbureto substituindo o cimento. Os resultados mostraram que o comportamento mecânico das misturas asfálticas compostas com os materiais alternativos (resíduo de construção e cal de carbureto) foi superior ao das misturas feitas com os compósitos usuais, consistindo, portanto, alternativas técnica e ambientais à região. Palavras-chave: revestimento asfáltico, defeitos, temperatura de serviço, misturas asfálticas, resíduo da construção civil e demolição, cal de carbureto.

8 ABSTRACT The asphalt coating of the city of Manaus presents, in general, with cracks mainly due to the non presence of coarse aggregate, coupled with high operating temperatures that are submitted. This experimental research aims to test the resistance and susceptibility of asphalt coatings made from waste (construction and industrial) as an alternative to natural aggregates, the effects of temperature (25 o C to 60 o C), by tests: indirect tensile test, resilient modulus and fatigue test. Four asphalt mixes were tested: a) asphalt concrete with gravel in the role of coarse aggregate, from Amazonian rivers, b) with asphalt concrete waste from construction and demolition to replace the gravel c) sand asphalt hot sand typical of the region and cement used as filler, and d) sand asphalt hot sand typical of the region and replacing the calcium carbide cement. The results showed that the mechanical behavior of asphalt mixtures compound with alternative materials (construction waste and calcium carbide) was superior to blends made with the usual composite consisting therefore technical and environmental alternative to the region. Keywords: coating asphalt, defects, pavement temperature, asphalt mixes, waste from construction and demolition, calcium carbide.

9 LISTA DE ILUSTRAÇÕES Figura 1: Demolição do Estádio Vivaldo Lima em Manaus/AM (Foto disponível em: 15 Figura 2: Esquema de seção transversal do pavimento (DNIT, 2006) Figura 3: Revestimento asfáltico (camada superficial do pavimento) (Arquivo GEOTEC UFAM) Figura 4: Revestimento asfáltico e camadas adjacentes (Arquivo GEOTEC UFAM) Figura 5: Trincas por fadiga (couro de jacaré) (Arquivo GEOTEC UFAM) Figura 6: Prensa Marshall (Arquivo GEOTEC UFAM) Figura 7: Pulso de carga (BERNUCCI et al, 2007) Figura 8: (a) Tensões constantes no ensaio de Vida de Fadiga por tensão controlada e (b) deformações causadas por elas (BERNUCCI et al., 2007) Figura 9: (a) Deformações constantes no ensaio de Vida de Fadiga por deformação controlada e (b) tensões necessárias para causá-las (BERNUCCI et al, 2007) Figura 10: Variação do coeficiente de Poisson com a temperatura (MELO, 2010) Figura 11: Variação do coeficiente de Poisson com a temperatura medidos a partir da deformação resiliente instantânea, conforme AASHTO (MELO, 2010) Figura 12: Depósitos irregulares de resíduos da construção civil e demolição na cidade de Manaus (SEMOSB/Prefeitura Municipal de Manaus, 2006) Figura 13: Faixa Granulométrica SUPERPAVE DNM = 19,0mm Figura 14: Faixa granulométrica DNIT para mistura do tipo AAUQ Figura 15: Representação da determinação do teor ótimo de ligante pelo 3 o DRF Figura 16: Máquina Universal de Testes e detalhe da célula de carga (Arquivo GEOTEC UFAM) Figura 17: Máquina Universal de Testes e câmara de temperatura (Arquivo GEOTEC UFAM) Figura 18: Módulo de Resiliência (Arquivo GEOTEC UFAM)

10 LISTA DE TABELAS Tabela 1: Especificações para o concreto asfáltico (DNIT, 2006) Tabela 2: Especificações para a areia-asfalto usinada a quente (DNIT, 2005) Tabela 3: Especificações brasileiras para o cimento asfáltico de petróleo (ANP, 2005) Tabela 4: Especificação para material de enchimento Tabela 5: Faixa granulométrica Superpave para misturas do tipo CA DNM = 19,0mm (SHRP, 1995).... Erro! Indicador não definido. Tabela 6: Faixa granulométrica DNIT para mistura do tipo AAUQ TN = 2,00 mm (DNIT, 2005).... Erro! Indicador não definido. Tabela 7: Composição da Faixa Superpave DMN 12.5mm... Erro! Indicador não definido. Tabela 8: Composição da Faixa A: DNIT AAUQ.... Erro! Indicador não definido. Tabela 9: Coeficientes de Poisson usados variando com a temperatura

11 LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS AASHTO do inglês American Association of State Highway and Transportation Officials AAUQ Areia asfalto usinada a quente ANP Agência Nacional de Petróleo, Gás e Energia ASTM do inglês American Society for Testing and Materials CA Concreto asfáltico CAP Cimento asfáltico de petróleo CENPES Centro de Pesquisa e Desenvolvimento Leopoldo Américo Miguez de Mello CONAMA Conselho Nacional do Meio Ambiente DC Deformação controlada DNER Departamento Nacional de Estradas e Estradas de Rodagem DNIT Departamento Nacional de Infra-Estrutura de Transportes DSR do inglês Dynamical Shear Rheometer EUA Estados Unidos da América GEOTEC Grupo de Geotecnia da Universidade Federal do Amazonas LVDT do inglês Linear variable differential transformer Máx. Máximo Mín. Mínimo MR Módulo de resiliência PAC Programa de Aceleração do Crescimento PAV do inglês Pressure Aging Vessel PG do inglês Performance Grade PIB Produto Interno Bruto RCD Resíduo da Construção Civil e Demolição REMAN Refinaria de Manaus RT Resistência à tração RTFOT do inglês Rolling Thin Film Oven Test SEMOSB Secretaria Municipal de Obras e Saneamento Básico SHRP do inglês Strategic Highway Research Program SUPERPAVE do inglês Superior Performing Asphalt Pavements TC Tensão controlada

12 UFAM Universidade Federal do Amazonas UFRJ Universidade Federal do Rio de Janeiro

13 SUMÁRIO 1 INTRODUÇÃO Objetivos Justificativa Escopo da Dissertação REVISÃO BIBLIOGRÁFICA Resistência à Tração por Compressão Diametral Módulo de Resiliência Vida de Fadiga Influência da Temperatura Misturas Asfálticas Resíduo da Construção Civil e Demolição (RCD) Resíduo da Produção do Gás Acetileno (Cal de Carbureto) Dosagem e Teor de Projeto PROCEDIMENTOS METODOLÓGICOS Caracterização dos Materiais Ligante Asfáltico Agregados Materiais de Enchimento Dosagem e Teor de Projeto Ensaios Mecânicos RESULTADOS Caracterização dos Materiais Ligante Asfáltico Agregados... 55

14 4.1.3 Materiais de Enchimento Dosagem e Teor de Projeto Ensaios Mecânicos REFERÊNCIAS... 80

15 14 1 INTRODUÇÃO A proteção e preservação do meio ambiente tornaram-se tema de muitos discursos em todo o planeta. Anik et al. (1996) perguntam: Por que sustentabilidade?. A resposta dada pelos autores é simples quando afirmam que mais de 50% dos recursos naturais do planeta e mais de 40% da energia produzida são consumidos por algum tipo de construção, e que pelo menos 50% do lixo produzido é proveniente de alguma atividade relacionada à construção. Segundo Fochezatto & Ghinis (2011), a construção civil foi a atividade que mais cresceu no Brasil. O governo brasileiro espera para o ano de 2012 um crescimento de 6% para este tipo de atividade, maior que o previsto para a indústria brasileira como um todo, e acima do índice esperado para o Produto Interno Bruto (PIB). Políticas públicas como o Programa de Aceleração do Crescimento (PAC) e os megaeventos esportivos Copa do Mundo de 2014 e Olimpíadas 2016 respondem por esse mencionado desenvolvimento. Contudo, apesar de ser uma atividade que gera desenvolvimento e progresso, é também reconhecida como causadora de forte impacto ambiental devido ao intenso consumo de matéria prima, modificação da paisagem natural e geração de resíduo. Antes denominado apenas como entulho de obra, este último recebeu designação mais específica: Resíduo da Construção Civil e Demolição (RCD), em geral, descartado, praticamente sem nenhum tipo de cuidado, nos aterros sanitários, lixões, e até mesmo bota-foras ilegais. E quando depositado nos aterros sanitários, diminui consideravelmente o tempo de vida útil destes. No Brasil, a região do Amazonas é conhecida nacionalmente pela carência de materiais adequados para construção de obras civis, incluindo-se as obras de pavimentos rodoviários. As jazidas mais próximas estão a centenas de quilômetros da capital Manaus, o que encarece o material devido ao gasto com o transporte do mesmo. Os mais usados em revestimentos de pavimento rodoviário na região são: o seixo, a brita e areia de rio, explorados, na maioria das vezes, indiscriminadamente, e que se tornam cada vez mais escassos ao longo dos anos. Ao mesmo tempo, existe a preocupação crescente com os impactos ambientais provenientes desta atividade exploratória na região do Amazonas.

16 15 Além da geração de RCD por obras particulares, ainda ocorre a geração pelas obras públicas, pois existem verbas governamentais do PAC para obras em todo o Estado, que será uma das sedes da Copa do Mundo de 2014, o que consequentemente aumentará consideravelmente a geração do mencionado material na capital do Amazonas (Figura 1). É neste cenário que o número de pesquisas com este material aumentou no âmbito do Grupo de Geotecnia da Universidade Federal do Amazonas (GEOTEC), com o intuito de reaproveitar esse resíduo em obras da construção civil local. Particularmente, esta pesquisa foca seus esforços em reaproveitar ou reutilizar o RCD em obras de pavimentos rodoviários, ou seja, promover uma destinação mais nobre e sustentável a este tipo de material. Figura 1: Demolição do Estádio Vivaldo Lima em Manaus/AM (Foto disponível em: Para tanto, aplicaram-se diversas técnicas de estudo de pavimento. O RCD foi separado e classificado com o intuito de se adequar a uma faixa granulométrica normalizada, possibilitando uma comparação entre o mesmo e os materiais da região (seixo e areia de rio), utilizados atualmente nos pavimentos da cidade de Manaus. Além disso, determinaram-se suas propriedades físicas e mecânicas a fim de obter informações sobre sua composição, resistência, tamanho, forma e distribuição das partículas (agregados) e o comportamento mecânico da mistura asfáltica com RCD quando submetida a carregamentos cíclicos e ao efeito da temperatura (outro fator importante no dimensionamento de misturas asfálticas para a região).

17 16 Outro resíduo foi também estudado nesta pesquisa, a cal de carbureto, resultante da produção do gás acetileno no Polo Industrial de Manaus, substituindo o cimento convencionalmente usado com fíler nas misturas asfálticas com o propósito de minimizar o custo de produção destas, além de propiciar uma destinação econômica e ambiental a este resíduo. Por fim, uma vez avaliado o comportamento físico e mecânico das mistura asfálticas com RCD e cal de carbureto, e comparado ao das misturas com os materiais usuais dos pavimentos da cidade de Manaus, obteve-se uma base sólida para a efetiva promoção dos materiais alternativos como adequados para uso na pavimentação. 1.1 Objetivos Mostrar a aplicabilidade do RCD e da cal de carbureto como matérias primas para obras de pavimentos rodoviários, por meio da realização de ensaios mecânicos (resistência à tração indireta, módulo de resiliência e vida de fadiga) em quatro misturas de revestimento asfáltico, sendo: duas do tipo concreto asfáltico (uma com o seixo como agregado graúdo e outra confeccionada com o resíduo da construção civil e demolição, o RCD) e duas misturas do tipo areia asfalto à quente (uma com o cimento como fíler e outra com o resíduo da produção de gás acetileno, a cal de carbureto), sob temperaturas variando entre 25ºC e 60ºC. A justificativa para uso do seixo e areia de rio é de comparar o desempenho mecânico das misturas usualmente empregadas nos pavimentos da cidade em relação ao das feitas com RCD e cal de carbureto. Como objetivos específicos, pretende-se: a) comprovar a qualidade técnica do RCD e da cal de carbureto para fins de obras de pavimentação; b) contribuir para a preservação dos recursos naturais, pois reutilizar o RCD e a cal de carbureto reduz o uso de matéria prima natural; c) aprimorar as técnicas de dimensionamento de pavimento usuais, pois nesta pesquisa utilizaram-se técnicas de dimensionamento e equipamentos de medição laboratorial com recursos tecnológicos de uso não convencional;

18 17 d) identificar os efeitos da temperatura de serviço (temperatura a qual o pavimento estará submetido ao longo de sua vida útil) no comportamento estrutural do pavimento; e) mostrar que o RCD e a cal de carbureto podem ser utilizados como matérias primas para construção de pavimentos rodoviários de qualidade, contribuindo assim a sustentabilidade, pois o reuso dos mesmos evita o descarte inadequado destes no meio ambiente. 1.2 Justificativa A região amazônica apresenta uma carência histórica de agregados graúdos. Particularmente, o Município de Manaus é deficitário em jazidas de material pétreo superficial. Bento & Frota (1998) concluíram que a camada superficial da região urbana da cidade de Manaus é constituída por 62% de argila, 34% de areia e 4% Arenito-Manaus (rocha sedimentar característica da região e utilizada em obras da região). Os agregados de maior qualidade (provenientes de rochas duras) encontram-se a grandes distâncias da cidade, o que encarece o custo da matéria prima. Além disso, a extração dos agregados disponíveis, menos adequados para construção, gera impactos ambientais, como acontece com a exploração do seixo rolado e areia de rio. Como alternativa econômica, utilizam-se nos pavimentos de Manaus, em regra, material argiloso (subleito, sub-base e base), e revestimento asfáltico do tipo areia asfalto a quente (AAUQ), que possui os mesmos componentes do concreto asfáltico, porém sem a parcela graúda. Mas, pelo tamanho de suas partículas, esse tipo de mistura consome uma maior quantidade de cimento asfáltico de petróleo (CAP), que além de encarecer a mistura pois o ligante representa de 25% a 40% do seu custo (BERNUCCI et al., 2007), diminui a resistência às deformações permanentes, uma vez que se aumenta a parcela de um componente viscoso, fato agravado pelas altas temperaturas dessa região. Tem-se, então, um pavimento com vida útil reduzida, mostrando falência estrutural pouco tempo após sua construção e que constantemente oferece desconforto e prejuízos aos usuários. A deterioração precoce também se deve aos trincamentos por fadiga, fenômeno referente tanto ao

19 comportamento viscoelástico dos ligantes asfálticos quanto à concentração de tensões na interface agregado-ligante. 18 No projeto de misturas asfálticas é necessário considerar esses dois fatores (deformação permanente e trincamento por fadiga) a fim de se produzirem misturas mais robustas, capazes de resistir a ambas às deteriorações, para que seja aumentada a vida útil das vias públicas e do bem-estar social. Por essa problemática apresentada se justifica esta pesquisa para a região amazônica, uma vez que se busca utilizar como agregado graúdo o resíduo da construção civil e demolição (RCD), e a cal de carbureto como fíler, misturas capazes de suprir as necessidades: a) técnica: com revestimentos mais resistentes e duráveis; b) de segurança e conforto, com um maior atrito na superfície, se comparado com as misturas que utilizam o seixo rolado; c) econômica, com revestimentos mais duráveis e que utilizam materiais reciclados, exigindo menores distâncias para deslocamento e, portanto, economia com transporte dos mesmos. Além disso, haverá um menor desgaste dos veículos (uma vez que se melhora a superfície de rolamento) e um menor consumo de ligante, se comparados com a mistura AAUQ; d) ambiental, importante no contexto atual, diminuindo os impactos da extração de recursos e reduzindo os resíduos e custos energéticos, já que são materiais reciclados. 1.3 Escopo da Dissertação O Capítulo 2 apresenta a revisão bibliográfica em que esta pesquisa se embasou, contendo trabalhos relevantes para o desenvolvimento desta. O Capítulo 3 descreve os materiais e métodos aplicados. O Capítulo 4 mostra os resultados e suas discussões. O Capítulo 5 apresenta as conclusões possíveis de serem tiradas e sugestões para pesquisas futuras. Por fim são listadas as referências utilizadas.

20 19 2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA Pavimentos rodoviários são estruturas de múltiplas camadas cujas funções são resistir aos esforços provenientes do tráfego de veículos e as condições climáticas a que está submetido, além de proporcionar condições de rolamento aos veículos. Podem ser rígidos (concretocimento) ou flexíveis (asfálticos). As camadas dos pavimentos asfálticos (Figura 2) basicamente são: revestimento asfáltico (camada de rolamento e camada de ligação), base, sub-base, reforço do subleito, camada de regularização, além do subleito propriamente dito. A presença de todas as citadas camadas dependerá dos materiais e da finalidade do pavimento. Figura 2: Esquema de seção transversal do pavimento (DNIT, 2006). O correto dimensionamento dessa estrutura considera diversos fatores: a técnica, a economia, o conforto e a segurança aos usuários, além da proteção ao meio ambiente (fator que vem tendo uma crescente importância, nesta e em todas as áreas). O revestimento asfáltico é a camada superficial do pavimento (Figura 3). Tem as funções de receber diretamente os esforços do tráfego e transmiti-los para as outras camadas (Figura 4), impermeabilizar o pavimento contra os efeitos nocivos da água, e, enfim, proporcionar as condições de rolamento aos veículos.

21 20 Figura 3: Revestimento asfáltico (camada superficial do pavimento) (Arquivo GEOTEC UFAM). Figura 4: Revestimento asfáltico e camadas adjacentes (Arquivo GEOTEC UFAM). Essa camada, no caso do concreto asfáltico (CA), consiste de uma mistura asfáltica preferencialmente composta por um agregado graúdo resistente, um agregado miúdo, material de enchimento preenchendo os vazios dos grãos maiores e um ligante asfáltico que une estes materiais. O trincamento por fadiga é um dos principais defeitos ou patologias que acometem a camada de revestimento asfáltico. Ocorre a temperaturas intermediárias no Brasil, entre 30 o C e

22 21 40 o C e é causado preponderantemente pelo tráfego pesado, e pela repetição dos esforços gerados pela passagem dos veículos (BERNUCCI et al., 2006). Mesmo pequenos, esses esforços causam a flexão constante na camada de revestimento, o que inicia a formação de trincas que vão se propagando e se interligando, até ficarem com o aspecto de couro de jacaré, como são conhecidos vulgarmente (Figura 5a, Figura 5b). (a) Figura 5: Trincas por fadiga (couro de jacaré) (Arquivo GEOTEC UFAM). (b)

23 22 No Brasil, usualmente utiliza-se o método Marshall para a dosagem de misturas asfálticas (Figura 6). Porém, esse método não contempla todos os esforços aos quais a camada de revestimento fica submetida no campo, não sendo apropriado para prever o desempenho dos pavimentos sujeitos a condições distintas de serviço (ROBERTS et al, 1996), sendo, portanto, considerado ultrapassado. Figura 6: Prensa Marshall (Arquivo GEOTEC UFAM). Para tanto, seria ideal utilizar parâmetros mecanísticos para a dosagem, que permitem analisar o desempenho estrutural das camadas do pavimento. Bernucci et al. (2006) listaram: a) Resistência à Tração Indireta (que substitui a estabilidade Marshall) serve como parâmetro de resistência; b) Vida de Fadiga (Pinto, 1991); c) Simulação de Tráfego e ensaios de Compressão ou Tração Axial Estática e Compressão ou Tração Axial de Carga Repetida, para estudar a deformação permanente. Durante os anos de 1987 a 1993 foi realizado pelo Congresso dos Estados Unidos da América (EUA) um programa de estudos, conhecido como Strategic Highway Research Program (SHRP). O objetivo deste programa foi desenvolver pesquisas na área de pavimentação, destinando uma verba de US$ 150 milhões para melhorar o desempenho, a durabilidade e a segurança das estradas. Um dos principais resultados desse programa de pesquisa foi a

24 proposição de novos métodos de avaliação dos ligantes asfálticos para pavimentação (WAPA, 2010). 23 Essas novas especificações passaram a ser conhecidas como SUPERPAVE (Superior Performing Asphalt Pavements) e apresentaram mudanças significativas nos procedimentos de ensaios (que ficaram mais representativos) de ligantes e misturas asfálticas, visto que privilegia a avaliação das propriedades reológicas, baseados nos ensaios tradicionais de Penetração, Ponto de amolecimento e Viscosidade (WAPA, 2010). A base da proposta do SHRP é que os ligantes passem a ser avaliados em uma ampla faixa de temperaturas, que cubra todas as etapas do processo de mistura, espalhamento e compactação, bem como esteja associada às temperaturas do pavimento ao longo da vida útil do trecho onde aquele material será utilizado. Esta especificação mantém o valor do parâmetro de avaliação da característica fixo e verifica para qual temperatura de uso aquele material testado satisfaz o valor especificado (WAPA, 2010). Para compor essa nova classificação, foram estabelecidos novos ensaios, realizados em temperaturas baixas, médias e altas de uso do cimento asfáltico de petróleo (CAP) no campo. Os ligantes são classificados em graus de temperatura máxima e mínima em que apresentam determinadas propriedades, estabelecidas como "grau de desempenho" (em inglês, Performance Grade PG). 2.1 Resistência à Tração por Compressão Diametral Mundialmente utilizado, o ensaio de Resistência à Tração por Compressão Diametral (RT) consiste na aplicação de duas cargas concentradas e diametralmente opostas sobre um corpode-prova cilíndrico por meio de frisos metálicos (Carneiro, 1943). Essas cargas de compressão geram tensões de tração ao longo de todo o diâmetro vertical do corpo-de-prova. A mistura asfáltica não apresenta comportamento puramente elástico (este, na verdade é viscoelástico, devido à presença do ligante em sua composição), porém, considerando

25 teoricamente que se comporta unicamente deste modo, calcula-se a resistência à tração que este material apresenta, pela medição da força causadora da ruptura do corpo-de-prova. 24 Originalmente desenvolvido para testar a resistência do concreto, este ensaio foi adotado também para as misturas asfálticas desde 1972, por sua facilidade e rapidez de execução. 2.2 Módulo de Resiliência Os primeiros estudos sobre o Módulo de Resiliência (MR) de materiais datam de 1930, por Francis Hveem. Trata-se de um parâmetro que procura indicar a rigidez de um material, permitindo a análise estrutural do pavimento por meio da aplicação de tensões e observação das deformações e deslocamentos que ocorrem em consequência destas. A resiliência de um material representa a capacidade do mesmo de se recuperar e voltar ao estado original após sofrer tensões, portanto, para o cálculo do módulo, são consideradas apenas as deformações recuperáveis. Trata-se, portanto de um ensaio não destrutivo, uma vez que o corpo-de-prova não se deforma definitivamente: ele sofre tensões, sofre deformações recuperáveis e volta ao seu estado original ao final do procedimento. Os ensaios de carga repetida em que a força aplicada atua no sentido de compressão, de zero a um máximo, e depois diminui até anular-se ou atingir um patamar inferior, para atuar novamente após pequeno intervalo de repouso (fração de segundo), procuram reproduzir as condições de campo. A amplitude e o tempo de pulso dependem da velocidade do veículo e da profundidade em que se calculam as tensões ou deformações produzidas. A freqüência espelha o fluxo (ou volume) de veículos (Medina, 1997). Segundo Souza (1997) apud Santos (2007) o tempo de aplicação de carga simula a velocidade de translação dos eixos dos veículos no campo, enquanto a frequência reproduz o número de eixos que passam em determinada seção de rodovia. O ensaio para a determinação do módulo de resiliência (ensaio por tração indireta com carregamento repetido) simula o comportamento mecânico da mistura asfáltica na zona onde

26 ocorrem as deformações específicas de tração, responsáveis pela fadiga da camada (Santos, 2007). 25 Além da duração e frequência de aplicação das cargas, o valor do MR também depende da temperatura de serviço, pois a mistura possui uma parcela viscosa devido à presença do ligante asfáltico como já comentado, influenciando também o coeficiente de Poisson. As misturas asfálticas têm comportamento viscoelástico, mas Huang em 1993 concluiu que esse comportamento pode ser considerado elástico linear a níveis baixo de tensões de tração. Medina e Motta em 2005 consideraram que as cargas são pequenas até 40% do valor da ruptura no ensaio de resistência à tração de um determinado material e o comportamento elástico linear apenas para temperaturas inferiores a 40 o C. Cargas para reproduzir tensões da ordem de 10% a 20% da RT têm sido aplicadas usualmente por diversos laboratórios, sendo recomendada a aplicação da menor carga capaz de fornecer um registro compatível com a precisão das leituras dos LVDT s (Linear Variable Differential Transformer) (BERNUCCI et al, 2006). O procedimento consiste na aplicação de cargas repetidas no plano diametral de um corpo-deprova que geram tensões de tração ao longo deste. Estas tensões geram deformações recuperáveis. O pulso de carga pode ter a forma haversine (Figura 7), que equivale ao carregamento da passagem dos veículos. Figura 7: Pulso de carga (BERNUCCI et al, 2007).

27 Vida de Fadiga A fadiga consiste em um fenômeno causado por cargas cíclicas, com valores de tensão mais baixos que a resistência à tração do material, aplicadas repetidamente que desencadeiam o processo da mudança estrutural permanente, progressiva e localizada (ASTM, 1979). Segundo Pinto & Motta (1995) apud Santos (2007), pode ainda ser definida como um processo de deterioração estrutural que sofre um material quando submetido a um estado de tensões e deformações repetidas, podendo não alcançar a resistência última do material, resultando em trincas, após um número suficiente de repetições do carregamento. Ou seja, fadiga é a perda da resistência que sofre um material quando solicitado repetidamente à flexão ou à tração. No ensaio de vida de fadiga, o material é submetido à solicitação ao qual ocorre a evolução de modo irreversível para um estágio final de ruptura ou um limite arbitrário de deformação (Pinto e Preussler, 2002). Com o objetivo de estimá-la em misturas asfálticas, dispõe-se de procedimentos laboratoriais que procuram simular as condições de solicitação de uma rodovia (executados em placas ou vigotas apoiadas em suporte) e os que procuram uma aproximação fundamentada (executados em corpos de prova cilíndricos ou prismáticos, submetidos a níveis de tensões ou deformações de modo a simular a condição de solicitação no campo). A porcentagem no nível de tensão, geralmente é calculada entre 10% e 50% em relação à de ruptura no ensaio de RT (BERNUCCI et al, 2006). Os equipamentos laboratoriais para ensaios de carga repetida permitem a aplicação de carregamentos cíclicos ao material sob o regime de tensão ou de deformação controlada. Assim, a grande separação que se pode fazer entre os diferentes experimentos é quanto ao modo de solicitação, controlando-se a tensão ou a deformação. Em ambos, há uma redução da rigidez inicial do material a um nível que pode ser pré-estabelecido, no sentido de definir o fim dos mesmos (PINTO & PREUSSLER, 2002). No ensaio à tensão controlada (TC), de execução mais simples e mais utilizado, o critério de fadiga está associado à fratura da amostra. Controlam-se as tensões (Figura 8a), mantendo-se

28 27 a carga constante ao longo do ensaio e as deformações atingem um valor máximo até o estágio de colapso do corpo-de-prova (Figura 8b). Não há um consenso sobre a deformação máxima aceitável, a prática mais comum na realização dos experimentos consiste em esperar até a ruptura do corpo-de-prova, portanto, a vida de fadiga (N) é definida como o número total de aplicações de uma carga necessária à fratura completa da amostra (PINTO E PREUSSLER, 2002). (a) (b) Figura 8: (a) Tensões constantes no ensaio de Vida de Fadiga por tensão controlada e (b) deformações causadas por elas (BERNUCCI et al., 2007). Já quando se controla a deformação, o critério de fadiga não está condicionado à ruptura completa do corpo-de-prova. Para que a deformação seja mantida constante ao longo do ensaio (Figura 9a) é necessário que haja uma diminuição do carregamento aplicado (Figura 9b). A vida de fadiga neste caso será o número de repetições da carga capaz de reduzir o desempenho ou rigidez inicial da amostra a um nível pré-estabelecido. Alguns consideram que uma redução de módulo de rigidez ou de resiliência, da ordem de 50%, define o fim do ensaio, ou seja, da vida de fadiga.

29 28 (a) (b) Figura 9: (a) Deformações constantes no ensaio de Vida de Fadiga por deformação controlada e (b) tensões necessárias para causá-las (BERNUCCI et al, 2007). Segundo Medina (1997), a solicitação a tensão controlada (TC) é a que ocorre em pavimentos de revestimento asfáltico muito mais rígido do que a camada de base e que ao resistirem às cargas determinam à magnitude das deformações. Por outro lado a solicitação a deformação controlada (DC) corresponde melhor a pavimentos de revestimento delgado e mais débil em relação à base. Embora adicionando alguma resistência, o revestimento tem sua deformação controlada pela deformação das camadas subjacentes. Logo, o comportamento à tensão ou deformação controlada dependerá tanto da espessura e do módulo de rigidez do revestimento, como do módulo da estrutura subjacente. 2.4 Influência da Temperatura Tecnicamente, apesar de ser evidente a influência da temperatura nas propriedades das misturas asfálticas por todos os motivos já expostos, poucos são os trabalhos que consideraram este fator, devido à complexidade de se realizar ensaios a temperaturas controladas. Os primeiros estudos brasileiros considerando a temperatura são de Mota (1979),

30 29 com a medição da ação da temperatura nos pavimentos e Pinto (1991), que estudou a vida de fadiga com variação de temperatura. Frota et al. (2007a) testaram misturas asfálticas com temperatura controlada variando entre 30ºC e 50ºC, as quais se mostraram instáveis devido ao ligante local, muito susceptível, criando a necessidade de melhorar o esqueleto da mistura para compensar a presença do ligante. Relativo ainda à temperatura, observou-se em uma série de trabalhos reunidos por Bernucci et al. (2006), em que o coeficiente de Poisson varia entre 0,35 (para baixas temperaturas) e 0,50 para altas temperaturas), sendo assumido para esse parâmetro, no Brasil, o valor de 0,30. Alguns autores fizeram experimentos medindo o coeficiente de Poisson por meio das deformações reais sofridas pelos corpos-de-prova, inclusive equacionando este comportamento, como mostrado no gráfico da Figura 10 (MELO, 2010). Figura 10: Variação do coeficiente de Poisson com a temperatura (MELO, 2010). Porém um deles, Barksdale (1997), conclui que a determinação desse coeficiente pode ser influenciada pelo efeito de cisalhamento próximo aos frisos, podendo ser vantajoso, portanto assumir um valor para o mesmo.

31 30 Melo (2010) também fez ensaios para as mesmas temperaturas dos autores citados e encontrou coeficientes muito menores (Figura 11). Isso se deve aos diferentes materiais utilizados. Talvez por isso a norma recomende o valor de 0,30 para o coeficiente de Poisson, pois este satisfaz como média para uma faixa de diferentes materiais entre temperaturas de 20ºC a 40ºC. Figura 11: Variação do coeficiente de Poisson com a temperatura medidos a partir da deformação resiliente instantânea, conforme AASHTO (MELO, 2010). 2.5 Misturas Asfálticas Como citado, o pavimento submete-se a cargas provenientes do tráfego de veículos que são primeiramente recebidas pelo revestimento, que, quando do tipo asfáltico, consiste de uma mistura de vários materiais:

32 31 O ligante asfáltico, derivado do petróleo que quando atende a determinadas especificações denomina-se cimento asfáltico de petróleo (CAP). Promove uma forte ligação entre os agregados, e garante as características de flexibilidade, impermeabilidade e durabilidade ao revestimento. Segundo a SUPERPAVE os ligantes asfálticos são classificados em classes, com intervalos de 6ºC de temperatura representando a temperatura máxima e mínima em que apresentam determinadas propriedades, sendo estabelecidos pelo grau de desempenho PG (Performance Grade), como por exemplo: PG 64-22, PG Os agregados suportam as tensões, podendo ser graúdos, miúdos, processados, artificiais, reciclados. A escolha do agregado depende da disponibilidade, custo e qualidade. E o fíler, material muito fino que preenche os vazios entre os agregados (cimento, cal hidratada, cal de carbureto, entre outros) Resíduo da Construção Civil e Demolição (RCD) Um dos focos de estudo desta pesquisa, é um material reciclado, resíduo da construção civil e demolição (RCD). Em 2002 o CONAMA, órgão ambiental, apresentou uma política de gestão dos resíduos sólidos, desde então, as buscas por soluções ambientais vêm se intensificando. Em Manaus, há vários depósitos irregulares de entulho de construção (Figuras 13a, 13b, 13c e 13d), o que evidencia o não reaproveitamento deste material. (a)

33 32 (b) (c) (d) Figura 12: Depósitos irregulares de resíduos da construção civil e demolição na cidade de Manaus (SEMOSB/Prefeitura Municipal de Manaus, 2006). A construção civil, maior geradora de resíduos, produz 65,8 milhões de toneladas de resíduos por ano nas grandes cidades (ÂNGULO, 2005). Frota et al. (2007b) levantaram que o RCD representa 50% do resíduo produzido em Manaus. A reciclagem reduz 75% dos gastos com

34 remanejamento e controle da deposição clandestina e um total de 70% em relação ao uso de agregados naturais (ZOEDAN, 1997). 33 Os trabalhos do grupo GEOTEC (FROTA et al. 2003a; 2004a; SILVA, 2004) utilizam o resíduo proveniente do concreto estrutural, sendo retirados o material cerâmico, gesso, ferro e vidro. Os primeiros estudos com esse material testaram a estabilidade e fluência Marshall, percebendo vantagens técnicas da utilização do RCD substituindo o agregado usado na região, o seixo rolado de rio (FROTA et al. 2003b, 2004a, 2004b). Já em 2005 e 2006, Frota et al. realizaram o ensaio de creep estático em misturas asfálticas com RCD, onde mais uma vez a utilização deste material mostrou-se mais vantajosa em relação ao material convencional. Essa superioridade manteve-se quanto a resistência à tração estática (FROTA et al., 2007c) e creep dinâmico. Estes últimos testados com variação de temperatura (FROTA et al., 2007d). Neste mesmo trabalho os autores avaliaram a temperatura do pavimento em Manaus em torno de 50ºC. Melo (2010) estudou misturas confeccionadas com RCD variando a temperatura de ensaio. Entre suas conclusões: a) as misturas asfálticas são mais estáveis a temperaturas maiores que 25 C; b) a resistência à tração das misturas com RCD mostrou-se mais alta que a da mistura com seixo, independentemente da temperatura ou da velocidade de carregamento e c) a mistura com RCD teve melhor desempenho quanto à deformação acumulada para as temperaturas de serviço típicas de Manaus (em torno de 40 C) Resíduo da Produção do Gás Acetileno (Cal de Carbureto) Outro foco de estudo, é também um material reciclado, resíduo da produção do gás acetileno no Polo Industrial de Manaus. A cal de carbureto possui granulometria fina e alto poder cimentante. É um resíduo de difícil tratamento, sendo também descartada sem nenhum aproveitamento no aterro controlado de Manaus. Seu uso, além dos benefícios da reciclagem, diminui os custos das misturas asfálticas referente a parcela do cimento (material bastante oneroso) já que não possui valor econômico elevado.

35 34 O Grupo GEOTEC vem desde 2003 realizando estudos com este material, mostrando que a cal de carbureto substitui satisfatoriamente o cimento portland em misturas asfálticas com: a) estabilidade Marshall superior (FROTA et al, 2003b e 2004c); b) maior resistência à tração por compressão diametral (FROTA et al., 2007d); c) maiores módulos resiliente e d) taxas de deformação no ensaio de creep dinâmico mais baixas (FROTA et al., 2007e). Diante destes resultados confirma-se, conforme bibliografia consultada, o ganho de desempenho quando se procede a substituição do cimento portland por cal de carbureto Dosagem e Teor de Projeto Definidos os materiais, procede-se a dosagem dos mesmos, ou seja, a proporção dos constituintes de modo a se conseguir um bom desempenho da mistura em campo, além da porcentagem de CAP ideal para fazer a ligação entre eles: As composições granulométricas das misturas asfálticas do tipo Concreto Asfáltico (CA) (feitas com o seixo rolado ou com o resíduo da construção civil e demolição como agregado graúdo) seguem a Faixa SUPERPAVE de Diâmetro Máximo Nominal (DMN) igual a 19,0mm (SHRP, 1994a, 1994b). No método SUPERPAVE a curva granulométrica da mistura é concebida num gráfico, onde a ordenada, numa escala aritmética, indica a porcentagem de material passando numa determinada peneira em peso, enquanto a abscissa representa a abertura das peneiras ASTM elevadas à potência de 0,45 (em mm). Também, no citado gráfico, duas características são importantes: A Zona de Restrição (ZR) e os Pontos de Controle (PC). Recomenda o método que a mistura dimensionada evite cruzar a ZR e passar entre os PCs. Mostra-se, na Tabela 1 e na Figura 13, a Faixa SUPERPAVE com DMN de 19,0mm.

36 35 Tabela 1: Faixa granulométrica SUPERPAVE para misturas do tipo CA DNM = 19,0mm (SHRP, 1995). % passando, em peso Peneira Pontos de Controle Zona de Restrição (mm) Inferior Superior Inferior Superior 25, , ,500 9,500 4,750 2, ,6 34,6 1,180 22,3 28,3 0,600 16,7 20,7 0,300 13,7 13,7 0,150 0, Figura 13: Faixa Granulométrica SUPERPAVE DNM = 19,0mm As misturas do tipo areia asfalto a quente (AAUQ) foram enquadradas na Faixa A do DNIT, que estabelece por meio da especificação de serviço DNIT ES 032 (2005) os requisitos constantes na Tabela 2 e Figura 14.

37 36 Tabela 2: Faixa granulométrica DNIT para mistura do tipo AAUQ (DNIT, 2005). Peneiras Faixa A - DNIT Nº Abertura % em peso passando (mm) Mínima Máxima Tolerâncias % 3/8 9, Nº 4 4, ±5 Nº 10 2, ±4 Nº 40 0, ±4 Nº 80 0, ±3 Nº 200 0, ±2 Figura 14: Faixa granulométrica DNIT para mistura do tipo AAUQ Geralmente, as distribuições granulométricas das misturas, tanto do tipo concreto asfáltico (CA) quanto do tipo areia asfalto a quente (AAUQ), são determinadas por meio de tentativas, que resultam em erros e demandam um maior tempo de estudo. Nesta pesquisa, tal método foi adotado somente para as misturas do tipo AAUQ, enquanto que as porcentagens relativas a cada um dos agregados componentes das misturas do tipo CA, incluindo o fíler, foram definidas de acordo com o Método Bailey de seleção granulométrica, cujo procedimento é descrito na Circular E-C044 (TRB, 2002) da Transportation Research Board (TRB, 2002) e foi bastante estudado por Cunha em Desenvolvido pelo engenheiro Robert Bailey do Departamento de Transportes de Illinois (IDOT), o método de Bailey vem sendo empregado desde o início da década de 80, e refinado

38 por Vavrik et al. (2001, 2002a, 2002b) com a finalidade de poder ser aplicado a qualquer mistura, independente do tamanho máximo do agregado. 37 Este método seleciona a estrutura dos agregados da mistura, buscando um melhor intertravamento dos agregados graúdos e uma boa compactação dos mesmos, relacionando-se diretamente com: as características de compactação de cada fração de agregados, os vazios no agregado mineral (VAM) e os vazios da mistura (Vv). O intertravamento dos agregados, responsável pela resistência à deformação permanente da mistura asfáltica, é dado de entrada para os cálculos. As variações nas quantidades de agregado graúdo e miúdo, balanceiam os vazios no agregado mineral (VAM) e asseguram uma quantidade ideal de asfalto. Desta forma, as misturas selecionadas podem proporcionar um forte esqueleto de agregados com um bom desempenho mecânico e mais resistentes à ocorrência de deformações permanentes. Os dados de entrada visando à seleção granulométrica pelo citado método são: a) densidade específica de cada agregado (Gsb); b) densidade específica solta dos agregados (Wul); c) densidade específica compactada dos agregados graúdos e finos (Wur); d) massa específica escolhida para os agregados graúdos; e) quantidade desejada dos agregados graúdos e finos; e f) quantidade almejada de material passante na peneira de abertura da malha igual a 0,0075mm. Após o processo de dosagem, onde é definida a proporção mais adequada entre os materiais, torna-se necessário também definir o teor de cimento asfáltico de petróleo mais adequado para ligar os componentes da mistura, ideal para conferir a estas as propriedades volumétricas desejadas, que são pré-definidas por especificações de acordo com o tipo de mistura. O método usado é o Marshall, onde confeccionam-se corpos de prova cilíndricos, com 75 golpes em cada face e diferentes teores de ligante para a verificação as condições de volume de vazios (Vv), a relação betume/vazios (RBV), e demais parâmetros volumétricos de acordo com as especificações para o concreto asfáltico (CA) (Tabela 3) e para a areia asfalto a quente (AAUQ) (Tabela 4):

39 38 Tabela 3: Especificações para o concreto asfáltico (DNIT, 2006). Tabela 4: Especificações para a areia-asfalto usinada a quente (DNIT, 2005).

40 39 3 PROCEDIMENTOS METODOLÓGICOS Neste capítulo serão descritos os materiais da pesquisa e seus procedimentos de caracterização, os métodos de dosagem das misturas asfálticas, definição do teor de projeto, os equipamentos, os procedimentos e as considerações para a realização dos ensaios. Procurou-se adotar preferencialmente para todas estas etapas os métodos da American Society of Testing and Materials (ASTM), sugeridos pelas especificações SUPERPAVE, tendência mundial a ser seguida para especificar materiais, projetar misturas asfálticas e analisar pavimentos, uma vez que considera principalmente os fatores ambientais da localidade de estudo, de maneira diferente das metodologias usualmente utilizadas. Quando não houve a possibilidade de utilização das metodologias indicadas pela SUPERPAVE, foram seguidas as normas do Departamento Nacional de Infra-Estrutura de Transportes (DNIT). 3.1 Caracterização dos Materiais Os materiais para a confecção das misturas asfálticas da pesquisa foram o ligante asfáltico ou cimento asfáltico de petróleo (CAP), seixo, resíduo da construção e demolição (RCD), areia, cimento portland e cal de carbureto Ligante Asfáltico Em todas as misturas asfálticas da pesquisa, foi usado como ligante o Cimento Asfáltico de Petróleo (CAP 50/70) proveniente da Refinaria Isaac Sabbá (Refinaria de Manaus REMAN), caracterizado segundo especificações brasileiras da Agencia Nacional de Petróleo, Gás e Energia (ANP) utilizando normas da ASTM (Tabela 5). Os ensaios de caracterização

41 foram realizados no Laboratório da REMAN, que gera um Certificado de Ensaio contendo os resultados, entregue juntamente com o produto adquirido. 40 Tabela 5: Especificações brasileiras para o cimento asfáltico de petróleo (ANP, 2005). Característica Método ASTM Especificação CAP 50/70 Unidade Penetração (100g, 5s, 25 oc) D 5 50 a 70 0,1 mm Ponto de amolecimento D mín. oc Viscosidade Saybolt Furol a 135oC E mín. s Viscosidade Brookfield a 135oC, SP 21, 20rpm D mín. cp Viscosidade Saybolt Furol a 150oC E mín. s Viscosidade Brookfield a 150oC, SP 21 D mín. cp Viscosidade Saybolt Furol a 177oC E a 150 s Viscosidade Brookfield a 177oC, SP 21 D a 285 cp RTFOT - penetração retida D 5 55 mín. % RTFOT - aumento do ponto de amolecimento D 36 8 máx. oc RTFOT - dutilidade a 25oC D mín. cm RTFOT - variação em % de massa D ,5 máx. % Dutilidade A 25oC D mín. cm Solubilidade no tricloroetileno D ,5 mín. % massa Ponto de fulgor D mín. oc Índice de suscetibilidade térmica X 018-1,5 a 0,7 Densidade relativa a 20/4oC D 70 - Aquecimento a 177oC X 215 Não espuma O material foi também caracterizado por novos métodos de avaliação de ligantes para pavimentação SUPERPAVE (SHRP, 1994a, 1994b) propostos pelo Strategic Highway Research Program (SHRP), capaz de analisar as propriedades reológicas de maneira mais representativa. Pelas especificações SUPERPAVE, o cimento asfáltico é avaliado em uma ampla faixa de temperaturas, procurando simular as etapas de: mistura, espalhamento e compactação, assim como seu comportamento na temperatura de serviço ao longo da vida útil dos pavimentos. Os seguintes equipamentos simularam os efeitos do envelhecimento do CAP: a) estufa de película delgada rotacional RTFOT (Rolling Thin Film Oven Test) (ASTM 2872, 1997) simula o envelhecimento do ligante durante a usinagem e compactação da mistura;

42 41 b) vaso de pressão de envelhecimento PAV (Pressure Aging Vessel) (ASTM 6521, 2000) simula o envelhecimento do ligante asfáltico ao longo da vida útil do pavimento (cerca de 10 anos). Os experimentos foram realizados no Centro de Pesquisa e Desenvolvimento Leopoldo Américo Miguez de Mello (CENPES), em função de outras pesquisas desenvolvidas pelo Grupo GEOTEC da UFAM. Vários fatores, tais como taxa de aplicação de carga ou deslocamento e temperatura, influenciam no comportamento do material betuminoso. Tendo em vista sua caracterização, de acordo com tais condições, e por meio do experimento realizado no reômetro de cisalhamento dinâmico DSR (Dynamical Shear Rheometer) (ASTM D 7175/2004), mede-se o módulo complexo de cisalhamento (G*) e o ângulo de fase (δ), submetendo-se uma pequena quantidade de CAP a tensões cisalhantes oscilatórias, entre duas placas paralelas. O ângulo de fase se refere à defasagem entre o cisalhamento máximo e a máxima deformação aplicada, avaliando a razão entre a resposta elástica e a viscosa durante o processo de cisalhamento. Os valores de G* e δ são alcançados por meio de: G* máx máx (1).( t) (2) Onde: G* = módulo complexo de cisalhamento, Pa; δ = ângulo de fase; τ máx = máxima tensão de cisalhamento aplicada, Pa; γ máx = máxima deformação devido à tensão de cisalhamento aplicada; ω = freqüência angular, 1/s; Δt = tempo de defasagem, s. De acordo com a SUPERPAVE, G*sen δ componente viscosa não recuperável, não deve exceder 5000 kpa, quando a amostra é envelhecida pelos processos de RTFOT e PAV, para que os efeitos do trincamento por fadiga sejam minimizados; enquanto a relação G*/sen δ

43 deve ser superior a 1,0 kpa para CAP não envelhecido e 2,2 kpa para aqueles previamente envelhecidos pelo processo de RTFOT (Santos, 2007). 42 O procedimento é realizado com amostras: não envelhecidas; submetidas ao envelhecimento em estufa de película delgada rotacional (RTFOT); e envelhecidas em estufa de película delgada rotacional e vaso de pressão de envelhecimento (PAV). A faixa de temperatura as quais devem ser submetidas é calculada pelas expressões (Instituto do Asfalto, 2001): 2 Tmáx 20mm Tmáxar 0,00618Lat 0,2289Lat 42,2)(0,9545) 17,78 (3) T mín 2 2 1/ 2 1,56 0,72T mínar 0,004Lat 6,26log 10( H 25) Z(4,4 0,52 ar) (4) Onde: T máx20mm = temperatura máxima de projeto do revestimento asfáltico à profundidade de 20mm abaixo da superfície, ºC; T máxar = médias das temperaturas máximas do ar dos sete dias consecutivos mais quentes do ano, ºC; Lat = latitude geográfica do local do projeto em graus; T mín = temperatura mínima de projeto do revestimento asfáltico à profundidade de 20mm abaixo da superfície, ºC; T mínar = temperatura mínima do ar no ano, ºC; H = profundidade a partir da superfície, mm; Z = obtido da tabela da distribuição normal. Para 98% de confiabilidade, Z = 2,055; σ ar = desvio padrão da temperatura média mínima do ar, ºC. A velocidade de carregamento proposta nas especificações é de 10rad/s, correspondente a um tráfego de aproximadamente 90km/h. No entanto, em trechos lentos (pontos de ônibus, pedágios e estacionamentos), verificou-se que a determinação das propriedades reológicas a 1rad/s (equivalente a 8km/h) reduz a resistência à deformação permanente. Portanto, com o intuito de compatibilizar tais situações a SUPERPAVE recomenda que se eleve o grau da temperatura mais alta em 6ºC, para acomodar baixas velocidades e, em 12ºC se estiver previsto carregamento estacionário.

44 Agregados Os agregados da pesquisa foram o seixo rolado e areia, habitualmente utilizados nas obras de engenharia da cidade de Manaus, extraídos do leito dos rios regionais (matéria prima natural) para fins de comparação, além do resíduo da construção civil e demolição, o RCD (matéria prima reciclada), todos caracterizados segundo as especificações da SUPERPAVE. Avaliaram-se os agregados graúdos (seixo rolado de rio e resíduos de construção e demolição): a) quanto à granulometria (ASTM C136, 1995); b) por meio da American Society for Testing and Materials ASTM C127 (1988), onde determinou-se os parâmetros (ainda sem tradução exata para o português): Gsa (Apparent Specific Gravity); Gsb (Bulk Specific Gravity); Gsb ssd (Bulk Specific Gravity in the condition Saturated Surface Dry); e absorção; c) quanto às suas massas específicas solta e compactada (Wur Rodded Unit Weight and Wul Loose Unit Weight), de acordo com a American Association of State Highway and Transportation Officials AASHTO T 19 (1997); d) e quanto ao desgaste pelo equipamento Abrasão Los Angeles (ASTM C 131, 1996). No estudo desses agregados, diferentes denominações foram utilizadas na definição da densidade ou massa específica (Marques, 2001), sendo as três designações mais comuns: Apparent Specific Gravity Gsa, Bulk Specific Gravity Gsb e Effective Specific Gravity Gse. Já o agregado miúdo (areia) foi caracterizado: a) quanto à granulometria (ASTM C 136,1995); b) segundo a ASTM C 128 (1988), onde se determinaram Gsa (Apparent Specific Gravity), Gsb (Bulk Specific Gravity) e absorção; c) e, de acordo com a AASHTO T-19/T 19M-93 (1997), encontrou-se a massa específica compactada (Rodded Unit Weight). Particularmente, no caso desse último parâmetro, a experiência do grupo GEOTEC da UFAM tornou possível concluir que a vibração mecânica, aplicada com o auxílio de um agitador de

45 peneiras é mais eficiente para compactar o material, que a aplicação de 25 golpes em cada uma das três camadas do mesmo, conforme especifica a norma (AASHTO T 19) Materiais de Enchimento Utilizou-se como materiais de enchimento (filer) o cimento portland e a cal de carbureto, caracterizados conforme especificações SUPERPAVE e especificações brasileiras do Departamento Nacional de Infraestrutura de Transportes (DNIT). Foram determinadas sua massa específica real DNER ME 085 (1994) e, distribuição granulométrica para verificação da aceitação ou rejeição como material de enchimento, conforme a norma DNER EM 367 (1997). A Tabela traz a granulometria sugerida pelo referido método. Tabela 6: Especificação para material de enchimento. Abertura da malha (mm) % em peso, passando 0, , , Dosagem e Teor de Projeto De posse da composição granulométrica desses materiais, busca-se a proporção que se enquadre em faixas granulométricas pré-definidas pelas especificações adotadas, além da porcentagem de CAP ideal para fazer a ligação entre eles. Procurou-se enquadrar as misturas do tipo CA (seixo ou RCD) na Faixa SUPERPAVE (Erro! Fonte de referência não encontrada., no item 2.5.3) por meio do método Bailey de seleção granulométrica. Os procedimentos de dosagem pelo método Bailey foram: a) determinou-se a massa específica escolhida, que foi uma porcentagem da massa específica solta; b) determinou-se o volume de vazios desejado para a mistura;

46 45 c) definidos esses parâmetros, determinou-se, usando os dados de distribuição granulométrica, massa específica e massa específica solta e compactada dos agregados, a composição de cada fração de agregado. Procurou-se enquadrar as misturas do tipo AAUQ (cimento portland ou cal de carbureto), na Faixa do Departamento Nacional de Infra-estrutura de Transportes (DNIT) (Erro! Fonte de referência não encontrada., no item 2.5.3). Determinou-se o teor ótimo de ligante das misturas asfálticas pelo método do 3º Distrito Rodoviário Federal (3º DRF) do DNIT, que se fundamenta nos valores do Volume de Vazios (Vv) e na Relação Betume-Vazios (RBV), e de acordo com a especificação do Método Marshall de dosagem DNER ME 043 (1995): Vv de 3% a 5% e RBV de 75% a 82%. Este método consiste na determinação dos referidos parâmetros para cinco grupos de corpos de prova cilíndricos (101,5mm de diâmetro e 63,5 ± 0,5mm de altura), tendo cada grupo três corpos de prova confeccionados com o mesmo teor de ligante. O teor inicial para o primeiro grupo é definido pelo método da tentativa, no caso deste trabalho a experiência dos trabalhos anteriores do GEOTEC (Frota et al., 2004, Silva et al., 2008) contribui na realização dessa etapa. A Figura 15 mostra a referida metodologia. Figura 15: Representação da determinação do teor ótimo de ligante pelo 3 o DRF.

47 46 O Método Marshall DNER ME 043 (1995), com aplicação de 75 golpes por face (simulando um alto volume de tráfego), foi adotado na compactação dos corpos de prova, visando à definição da dosagem a ser utilizada na realização dos ensaios. Objetivando-se simular o efeito de condicionamento de curto prazo, as misturas ficaram, antes da compactação, duas horas em estufa e na temperatura de 10 o C superior à temperatura de compactação (AASHTO PP-2). Fundamentado no Método de ensaio DNER ME 004 (1994), definiram-se as temperaturas de preparo e compactação das misturas. O Rice Test (ASTM D 2041) utilizou-se no cálculo da Densidade Específica Máxima da mistura (Gmm), para um teor de ligante em que todos os agregados ficassem totalmente envolvidos pelo CAP (próximo ao teor de projeto), permitindo-se, assim, encontrar a percent absorved binder (Pba - porcentagem de ligante absorvida pelos agregados). Após a determinação da Gmm, para o teor inicial de ligante, os valores respeitantes aos outros teores, foram calculados com base na Superpave (SHRP, 1994a, 1994b). Após os corpos-de-prova resfriarem, determinou-se seu diâmetro, altura, massa seca e massa submersa, para o cálculo da massa específica aparente. Procedeu-se então ao cálculo das relações volumétricas: volume de vazios (Vv), vazios com betume (VCB), vazios do agregado mineral (VAM) e relação betume/vazios (RBV), que servirão de parâmetro de aprovação da mistura confeccionada para uso em revestimento asfáltico. Determinou-se, ao final da análise desses parâmetros o teor de ligante que satisfaça as especificações volumétricas prédeterminadas para uma mistura asfáltica, que são Vv = 4% (CA) e Vv = 6% (AAUQ). 3.3 Ensaios Mecânicos Definidos a composição e o teor de ligante adequados a uma mistura de revestimento asfáltico, na seqüência inicia-se a bateria de ensaios mecânicos realizados na Máquina Universal de Testes (UTM-14), composta por um sistema pneumático de carregamento, uma central de controle e aquisição de dados, e uma célula de carga (Figura 16 e Figura 17).

48 47 Célula de Carga Figura 16: Máquina Universal de Testes e detalhe da célula de carga (Arquivo GEOTEC UFAM). Todos os ensaios foram realizados a várias temperaturas, controladas por uma câmara de temperatura (Figura 17). Figura 17: Máquina Universal de Testes e câmara de temperatura (Arquivo GEOTEC UFAM). Os coeficientes de Poisson usados para cada temperatura são mostrados na Tabela :

49 48 Tabela 7: Coeficientes de Poisson usados variando com a temperatura. Temperatura Coeficiente de Poisson 25ºC 0,30 30ºC 0,30 35ºC 0,30 40ºC 0,30 45ºC 0,33 50ºC 0,35 55ºC 0,38 60ºC 0,40 O primeiro dos ensaios é o de Resistência à Tração por Compressão Diametral (DNER-ME 138/94). Os parâmetros de ensaio são: a) Altura e diâmetro do corpo-de-prova cilíndrico (padrão Marshall); b) Temperatura de ensaio; c) Coeficiente de Poisson; d) Velocidade de aplicação de carga de 0,8 mm/s (48 mm/min) até ruptura do corpo-deprova por separação das duas metades. Inicialmente mediram-se as dimensões dos corpos de prova, sendo em seguida levados a uma prensa computadorizada com interface gráfica (Máquina Universal de Testes), onde se aplicou uma taxa de deslocamento de 0.8 mm/s até a ruptura dos mesmos. Com a obtenção do pico de carga (carga de ruptura (F)) calculou-se resistência a tração por compressão diametral do corpo-de-prova pela equação 8: RT 2 F π D H (5) Onde: RT = resistência à tração em MPa; F = carga de ruptura em kn; D = diâmetro do corpo-de-prova em cm; H = altura do corpo-de-prova em cm. Outro ensaio é o Módulo de Resiliência (DNER-ME 133/94) (Figura 18).

50 49 Figura 18: Módulo de Resiliência (Arquivo GEOTEC UFAM). Os parâmetros são: a) Altura e diâmetro do corpo-de-prova cilíndrico (padrão Marshall); b) Temperatura; c) Coeficiente de Poisson; d) Carga aplicada (5% - 10% - 20% - 30% RT); e) 200 pulsos de carga para condicionamento do corpo-de-prova; f) Frequência de aplicação da carga de 60 ciclos/min: pulso de 0,1 s e repouso de 0,9 s; g) Pulso de carga na forma Haversine (ASTM D ). Os ensaios de MR foram realizados a cargas correspondentes a 5, 10, 20 e 30% da carga de ruptura da RT no intervalo de temperaturas de 25 a 60ºC, variando-se a mesma de 5 em 5 graus, para se analisar a importância do comportamento das misturas asfálticas dependente da temperatura. A freqüência utilizada foi de 1,0 Hz, com um tempo de aplicação de carga de 0,1 segundos e tempo de repouso de 0,9 segundos. Foi feito o registro das deformações resilientes instantâneas no oscilógrafo por meio de transdutores mecânico-eletromagnéticos do tipo LVDT (linear variable differential transformer) com 300, 400 e 500 ciclos, e calcula-se o MR pela formula abaixo: M R t F H t (6) Onde:

51 50 MR = módulo de resiliência; F = carga vertical repetida; Δ = deformação registrada no oscilógrafo; H = altura do CP; µ = coeficiente de Poisson. O módulo de resiliência (MR) de misturas asfálticas é a relação entre a tensão de tração ( ) aplicada repetidamente no plano diametral vertical da amostra e a deformação específica recuperável ( t ), correspondente à tensão aplicada numa dada temperatura e para certa frequência de aplicação de carga, onde: t MR t t (7) Analiticamente, o MR é definido por: MR F 0,9976 0,2692 H (8) Onde: MR = Módulo de resiliência, MPa; F = Carga vertical repetida aplicada diametralmente no corpo-de-prova, N; = Deslocamento recuperável registrado para 300,400 e 500 aplicações de carga (F), mm; H= Altura do corpo-de-prova, mm. = Coeficiente de Poisson. Por fim o ensaio de Vida de Fadiga (não normatizado), cujos parâmetros de ensaio são: a) Altura e diâmetro do corpo-de-prova cilíndrico (padrão Marshall); b) Temperatura; c) Coeficiente de Poisson; d) Carga aplicada (30% - 40% - 50% RT); e) Frequência de aplicação da carga de 60 ciclos/min: pulso de 0,1 s e repouso de 0,9 s

52 51 Aplica-se a carga até a fratura completa do corpo-de-prova (Nf = número de ciclos que provoca a fratura do corpo-de-prova). Com o objetivo de avaliar o efeito da temperatura que as misturas asfálticas em estudo estarão sujeitas em campo, os ensaios de vida de fadiga realizaram-se nas temperaturas de 25, 30, 40, 50 e 60ºC, utilizando-se o ensaio de compressão diametral em corpos-de-prova cilíndricos e a níveis de tensão controlada de 30, 40 e 50% da tensão de ruptura do ensaio de RT. A vida de fadiga foi definida como o número total de aplicações necessária à fratura completa da amostra. As tensões de tração horizontal e de compressão vertical no plano diametral vertical do corpo-de-prova, assim como a diferença entre elas, calculou-se a partir das seguintes equações: 2F t H (9) c 6F H (10) t c (11) Onde: t - Tensão de tração horizontal, MPa; c - Tensão de compressão vertical, MPa; F - Carga aplicada, N; - Diâmetro do corpo-de-prova, mm; H - Altura do corpo-de-prova, mm; - Diferença de tensões. As curvas de vida de fadiga são representadas em um gráfico log-log, com números de solicitações de carga que levam à ruptura do corpo-de-prova nas ordenadas e as diferenças de tensões que levaram à ruptura nas abscissas.

53 52 4 RESULTADOS Neste capítulo serão apresentados os resultados referentes à caracterização dos materiais (cimento asfáltico de petróleo, seixo rolado de rio, resíduo da construção civil e demolição, areia típica da cidade de Manaus, cimento Portland e cal de carbureto), às dosagens calculadas para as misturas asfálticas (concreto asfáltico e areia asfalto a quente, ambos feitos com materiais usuais e convencionais, num total de quatro misturas asfálticas), aos teores de projeto definidos e às propriedades mecânicas ensaiadas (resistência a tração indireta, módulo de resiliência e vida de fadiga). 4.1 Caracterização dos Materiais Apresentam-se a seguir, as características dos materiais de confecção das misturas asfálticas: cimento asfáltico de petróleo, seixo rolado de rio, resíduo da construção civil e demolição, areia típica da cidade de Manaus, cimento portland e cal de carbureto Ligante Asfáltico O Cimento Asfáltico de Petróleo (CAP 50/70) fornecido pela Refinaria Isaac Sabbá (Refinaria de Manaus REMAN), apresentou as características constantes na Tabela 9, obtidas segundo especificações brasileiras da Agencia Nacional de Petróleo, Gás e Energia (ANP) utilizando normas da American Society of Testing and Materials (ASTM). As características deste ligante quando experimentado segundo as especificações americanas SUPERPAVE, que também sugerem as normas da American Society of Testing and Materials (ASTM) (realizados no Centro de Pesquisa e Desenvolvimento Leopoldo Américo Miguez de Mello CENPES), constam nas Tabelas 10 a 12.

54 Tabela 9: Características do cimento asfáltico de petróleo (REMAN, 2008). Característica Especificação Resultado Unidade Penetração 50 a ,1 mm Ponto de amolecimento 46 mín. 51,2 o C Viscosidade Saybolt Furol a 135 o C 141 mín. 260 s Viscosidade Brookfield a 135 o C, SP 21, 20rpm 274 mín. 675 cp Viscosidade Saybolt Furol a 150 o C 50 mín. 154,81 s Viscosidade Brookfield a 150 o C, SP mín. 334,7 cp Viscosidade Saybolt Furol a 177 o C 30 a ,54 s Viscosidade Brookfield a 177 o C, SP a cp RTFOT - penetração retida 55 mín. 63,15 % RTFOT - aumento do ponto de amolecimento 8 máx. 8 o C RTFOT - dutilidade a 25 o C 20 mín. 29 cm RTFOT - variação em % de massa 0,5 máx. 0,04 % Dutilidade A 25 o C 60 mín. >100 cm Solubilidade no tricloroetileno 99,5 mín. 99,5 % massa Ponto de fulgor 235 mín. 328 o C Índice de suscetibilidade térmica -1,5 a 0,7-0,6 Densidade relativa a 20/4 o C - 0,996 Aquecimento A 177 o C Não espuma Não espuma 53 Na Tabela 9 observam-se que as características do CAP satisfazem as especificações, sendo classificado como CAP 50/70 baseado no valor obtido no ensaio de penetração. Tabela 10: Resultados dos ensaios no DSR Amostras envelhecida, RTFOT e PAV. Temperatura ( C) Após RTFOT e PAV G* (kpa) δ (º) G*sen(δ) (KPa) , , , , Pela Tabela 10, percebe-se que para temperaturas maiores que 22ºC a condição G*sen(δ) < 5000 kpa (que minimiza os efeitos do trincamento por fadiga) foi atendida. Portanto, quanto ao PG, define-se a temperatura mínima em -22ºC.

55 54 Tabela 11: Resultados dos ensaios no DSR - Amostras antes e após o envelhecimento. Temperatura Antes do RTFO Após o RTFO ( C) G* (Pa) δ ( ) G*/sen(δ) (kpa) G* (Pa) δ ( ) G*/sen(δ) (kpa) ,780 83,4 10, ,4 2,5 4,649 85,3 4, ,3 1,0 2,013 86,8 2, ,9 0, Na Tabela 11, nota-se que a condição G*/sen(δ) 1,0 kpa para o CAP 50/70 não envelhecido e G*/sen(δ) 2,2 kpa para o CAP 50/70 previamente envelhecido é atendida para temperaturas menores que 64ºC. Portanto, quanto ao PG, determina-se a temperatura máxima em 64ºC. Tabela 12: Características do cimento asfáltico de petróleo (CAP). Característica Unidade Especificação Resultado Ponto de Fulgor ºC 230 mín 301,0 Viscosidade a 135ºC cp 3000 máx 382,5 Perda de massa por envelhecimento (RTFOT) % 1,0 máx 0,4 Temperatura do ensaio de fadiga ºC Deformações Antes do RTFOT ºC permanentes Após o RTFOT ºC G*sen(δ) < 5000kPa G*/sen(δ) 1,00kPa G*/sen(δ) 2,20kPa 22,0 64,0 Na Tabela 12 observam-se que os valores das características do CAP quanto ao ponto de fulgor, viscosidade a 135ºC e perda de massa por envelhecimento satisfazem ao especificado. Com base nesses valores classifica-se o Cimento Asfáltico de Petróleo CAP 50/70 conforme critério SUPERPAVE, como PG Portanto, só pode ser utilizado para a construção de pavimentos em que sua temperatura de serviço não seja inferior a 22ºC ou superior a 64ºC.

56 Agregados A Figura 19 apresenta a curva granulométrica para os agregados graúdos RCD e seixo, cujos valores de composição podem ser observados na Tabela 13. A Tabela 14 indica os resultados dos demais ensaios caracterização destes agregados. Figura 19: Curva granulométrica dos agregados graúdos Tabela 13: Composição granulométrica dos agregados graúdos Abertura da peneira (mm) % de material Passando RCD Seixo rolado 25,0 100,0 99,7 19,0 99,8 99,7 12,5 57,7 82,0 9,5 42,4 40,9 4,75 8,4 12,9 2,36 3,7 0,0 1,18 3,1-0,6 2,7-0,3 1,8-0,15 0,9-0,075 0,5 -

57 56 Observa-se na Figura 19 e de acordo com o que estabelece a ABNT NBR 6502 (1995), que os agregados graúdos mostram predominância média (fração entre 6,0 e 20,0mm). Particularmente o seixo rolado foi fracionado, eliminando-se a fração passando na peneira #4,75mm. Tabela 14: Ensaios de caracterização dos agregados graúdos Análise Amostra RCD Seixo rolado Gsb (g/cm³) 2,031 2,626 Gsb ssd (g/cm³) 2,232 2,636 Gsa (g/cm³) 2,542 2,643 Absorção (%) 9,89 0,00 Luw (kg/m³) 1187, ,60 Ruw (kg/m³) 1248, ,32 Como já era esperado, o resíduo da construção civil e demolição (RCD), por se tratar de um agregado leve, apresentou suas massas específicas aparente, solta e compactada, com valores inferiores aos respectivos valores geralmente encontrados para agregados convencionais (Tabela 14). O material alternativo indicou um alto potencial de absorção de 9,89%, podendo sugerir que a mistura asfáltica composta por esse material, provavelmente, necessitará de uma maior quantidade de ligante, em relação à mistura confeccionada com agregados aluvionares (Nunes, 2006). Tabela 15 Abrasão Los Angeles Agregado Graúdo Desgaste (%) Seixo rolado 37 RCD 59 A Tabela 15 apresenta os resultados alcançados no ensaio de abrasão Los Angeles. De acordo com a especificação de serviço DNIT ES 031 (2004), os agregados graúdos a serem utilizados em concreto asfáltico, devem mostrar desgaste igual ou inferior a 50%, admitindose, excepcionalmente, agregados com valores maiores no caso de terem mostrados, comprovadamente, desempenho satisfatório em utilização anterior. O material seixo atendeu as especificações estabelecidas e o material RCD mostrou um (alto) desgaste de 59%. Esta

58 57 amostra não poderia ser empregada como agregado graúdo, pelo seu alto grau de desgaste por abrasão. Contudo, os trabalhos do Grupo de Geotecnia (GEOTEC) da UFAM validaram esse material quando empregado em misturas asfálticas regionais, pois seu desempenho mecânico é satisfatório (Frota et al., 2006, Frota et al., 2007a e 2007c). A Tabela 16 traz a granulometria da areia cuja curva granulométrica consta na Figura 20. Tabela 16 Composição granulométrica do agregado miúdo Abertura da peneira (mm) % de material Passando Areia 19,0 100,0 12,5 100,0 9,5 100,0 4,75 99,8 2,36 98,8 1,18 94,6 0,6 77,9 0,3 35,6 0,15 8,7 0,075 2,6 Figura 20 Curva granulométrica do agregado miúdo

59 Nota-se na Figura 20 e segundo o que estabelece a ABNT NBR 6502 (1995), que a areia de Manaus (Mao) é de predominância média (fração entre 0,2 e 0,6mm). 58 Tabela 17 Ensaios de caracterização dos agregados miúdos Amostra Areia Gsb (g/cm³) 2,632 Gsb ssd (g/cm³) 2,692 Absorção (%) 0,00 Ruw (kg/m³) 1675,90 A Tabela 17 mostra os resultados dos ensaios de caracterização atinentes ao agregado miúdo em estudo. A areia apresentou resultados de suas massas específicas segundo os valores teoricamente esperados para tal material (quartzo) Materiais de Enchimento Na Tabela 18 tem-se a composição granulométrica dos materiais de enchimento, cimento portland e cal de carbureto, cujas curvas granulométricas podem ser observadas por meio da Figura 21. Quanto às suas massas específicas reais, os valores apresentados foram de 3,15g/cm³ e de 2,20g/cm³ para o cimento e cal de carbureto, respectivamente. Tabela 18 Composição granulométrica dos materiais de enchimento Abertura % de material Passando da peneira (mm) Cimento Portland Cal de carbureto 0,60 100,0 100,0 0,30 100,0 98,0 0,15 100,0 90,0 0, ,0 58,0

60 59 Figura 21 Curvas granulométricas dos materiais de enchimento O cimento portland utilizado na confecção das misturas passou integralmente na peneira de # 0,075mm, enquanto que a cal de carbureto apresentou apenas 58% passando na referida peneira, conforme mostram a Figura 21 e a Tabela 19, ficando fora dos limites da especificação estabelecida. Tabela 19 Especificação para material de enchimento % em peso, passando Abertura da malha (mm) Cimento Cal de Especificação Portland carbueto 0, , , Dosagem e Teor de Projeto A Tabela 20 apresenta as composições das misturas asfálticas do Tipo CA, alcançadas com a utilização do método de Bailey de seleção granulométrica, cujas curvas granulométricas enquadradas na Faixa Superpave, com DMN de 19,0mm podem ser observadas na Figura 22, onde se nota que as todas as misturas, conforme recomendado, passaram fora da ZR e entre os

61 PCs. As misturas com RCD e Seixo são consideradas como de distribuição granulométrica fina, por estarem acima da Zona de Restrição. 60 Tabela 20 Composição das misturas do Tipo CA Componentes Mistura asfálticas RCD Seixo RCD 66,90% - Seixo - 67,20% Areia 30,3% 29,70% Cimento Portland 2,8% 3,10% Figura 22 Curvas granulométricas das misturas do Tipo CA Na Figura 23 tem-se que os valores alcançados para T1, T2, T3 e T4, que foram, respectivamente, 6,31%, 5,50%, 5,66% e 6,25%. Pela média aritmética dos dois valores centrais (T3 e T4), definiu-se o teor de projeto T da Mistura com RCD, que resultou no valor de 5,96%. A absorção de ligante pelo RCD resultou para a mistura o valor igual a 1,40%.

62 61 Figura 23 Teor de ligante da Mistura com RCD pelo 3º DRF Pela Figura 24, tem-se que os valores encontrados para T1, T2, T3 e T4, que foram, respectivamente, 5,16%, 3,88%, 3,99% e 4,95%. Pela média aritmética dos dois valores centrais (T3 e T4), definiu-se o teor de projeto T da Mistura com Seixo, que indicou o valor de 4,5%. Um menor teor de projeto mostrado para a mistura com Seixo corrobora as afirmações anteriores, que em função de serem constituídas com agregado que apresentou um alto índice de absorção, a mistura com RCD apresentou um maior teor ótimo de ligante relativo a esse. Figura 24 Teor de ligante da Mistura com Seixo pelo 3º DRF

63 62 A Tabela 21 mostra as composições das misturas asfálticas do Tipo AAUQ, cujas curvas granulométricas enquadradas na Faixa A do DNIT, podem ser observadas na Figura 25. Com o objetivo de se realizar uma melhor comparação dos resultados alcançados com os ensaios mecânicos, as misturas foram confeccionadas nas mesmas frações de materiais, alterando-se apenas o fíler, o que deixou as curvas granulométricas das mesmas praticamente idênticas. Tabela 21 Composição das misturas do Tipo AAUQ Componentes Mistura asfálticas AAUQ - cimento AAUQ - cal Areia Mao 95,0% 95,0% Cimento Portland 5,0% - Cal de carbureto - 5,0% Figura 25 Curvas granulométricas das misturas do Tipo AAUQ

64 63 Figura 26 Teor de ligante da Mistura AAUQ-cimento pelo 3º DRF Na Figura 26 observa-se que os valores calculados para T1, T2, T3 e T4, foram, respectivamente, 11,68%, 9,68%, 8,89% e 10,94%, tendo a média aritmética dos dois valores centrais (T2 e T4), definido o teor de projeto T da Mistura AAUQ-cimento, que resultou no valor de 10,3%. Para a Figura 27 tem-se que os valores para T1, T2, T3 e T4, foram, respectivamente, 11,06%, 9,11%, 8,57% e 10,51%, e a média aritmética dos dois valores centrais (T2 e T4), mostrando o teor de projeto T da Mistura AAUQ-cal como sendo de 9,8%. Figura 27 Teor de ligante da Mistura AAUQ-cal pelo 3º DRF