ESTUDO DA UTILIZAÇÃO DO POLITEREFTALATO DE ETILENO (PET) PARA COMPOR AS MISTURAS ASFÁLTICAS DOS REVESTIMENTOS RODOVIÁRIOS José de Arimatéia Almeida e Silva Professor do Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia da Paraíba - Campina Grande/PB (IFPB) Curso Superior de Tecnologia em Construção de Edifícios John Kennedy Guedes Rodrigues Professor da Universidade Federal de Campina Grade (UFCG) Unidade Acadêmica de Engenharia Civil Lêda Christiane Lucena Professora da Universidade Federal de Campina Grade (UFCG) Unidade Acadêmica de Engenharia Civil Adriano Elísio Lucena Professor da Universidade Federal de Campina Grade (UFCG) Unidade Acadêmica de Engenharia Civil Jonny Dantas Patricio Graduando da Universidade Federal de Campina Grade (UFCG) Engenharia Civil RESUMO A disposição adequada de materiais plásticos sobre o meio ambiente continua a ser uma das principais preocupações de instituições privadas e públicas em todo mundo. A adição de polímeros a misturas asfálticas tem sido do uma alternativa estudada e aplicada em todo o mundo. O principal objetivo em se combinar asfalto com polímeros é inibir a formação de trincas por fadiga e prolongar a vida útil dos pavimentos, além de aumentar a resistência ao acúmulo de deformação permanente a altas temperaturas e a formação de trincas por origem térmica quando submetidos a baixas temperaturas. Neste cenário, estudos envolvendo a disposição adequada do Politereftalato de Etileno (PET) em misturas asfálticas tem se mostrado um campo promissor. Este trabalho aborda a adição do PET micronizado como agregado as misturas asfálticas. Para avaliar esta influência foi realizada uma dosagem pelo método Superpave com a adição de 2,5%, 5,0%, 7,5%, 10% e 12,5% em peso na forma de agregado miúdo. Os ensaios de Resistência a Tração (RT), ensaio de Lottman e módulo de resiliência foram realizados para as misturas com adição do resíduo e para uma mistura de referência (sem adição de PET). A partir dos resultados pode-se observar que a adição de até 5% do PET como agregado atendeu aos parâmetros volumétricos preconizados pelas normas vigentes e aumenta a flexibilidade das misturas, contribuindo para o aumento da durabilidade e qualidade do pavimento. Palavras-chave: mistura asfáltica; polímero; Pet; propriedade volumétrica; mecânica. ABSTRACT The final disposition of plastic materials in the environment is a greatest concern of public and private institutions. The addition of polymer in asphalt mixtures has been studied as an alternative and applied around the world. The objective of this study is use polymers in asphalt mixtures. It will be use to inhibit fatigue cracks prolong the pavement s life, and increase resistance to the permanent deformation. The studies with Politereftalato Ethylene (PET) in asphalt mixtures is one of the suggested applications to such Residue. This paper presents the addition of PET micronized as aggregate in asphalt mixtures. The mechanical properties of the mixtures was performed by Superpave mix design with the addition of 2.5%, 5.0%, 7.5%, 10% and 12.5% of PET as aggregate. Tests Tensile Strength (RT), Lottman test and resilient modulus were performed for mixtures with waste addition and a reference mixture (without addition of PET). The results showed that the addition until 5% of PET attend the volumetric parameters recommended by the norms. It also increases the flexibility of the mixture, contributing to increasing the durability and quality of the pavement. Keywords: asphalt mixture; polymer; Pet; volumetric property; mechanics.
1. INTRODUÇÃO A disposição adequada de materiais plásticos sobre o meio ambiente continua a ser uma das principais preocupações de instituições privadas e públicas em todo mundo. O interesse pelo desenvolvimento sustentável tem motivado estudos sobre a destinação final de resíduos sólidos, entre estes: o Politereftalato de Etileno (PET). A reciclagem das embalagens PET, utilizadas como material constitutivo de garrafas de refrigerantes descartáveis, está em franca ascensão no Brasil, entretanto é um processo que agrega altos custos. O material, poliéster termoplástico, tem como características a leveza, a resistência e a transparência. Para evitar a ocorrência prematura das patologias do pavimento, uma das opções, além dos estudos de critérios mais eficazes de dosagem, é a introdução no mercado de diferentes tipos de aditivos para misturas asfálticas. Os reciclados do Plastômero de Politereftalato de Etileno a partir de garrafas (PET) podem ser utilizados como agregados em revestimentos asfálticos objetivando melhorar as suas propriedades mecânicas. A utilização de polímeros em misturas asfálticas reduz o efeito da deformação permanente, minimizando falhas primárias, mesmo em temperatura consideradas elevadas (BARDINI,2013). Um estudo detalhado a partir das propriedades mecânicas dos revestimentos asfálticos evita danos à estrutura e segurança do pavimento. Entretanto, a adição supracitada deverá ser realizada em função de procedimentos específicos considerando entre outros fatores: as propriedades físicas, de estado e mecânicas dos componentes e da mistura asfáltica propriamente dita, o efeito da temperatura ou da variação climática da região onde as misturas serão utilizadas e o tráfego atuante do pavimento. Numa análise preliminar, considerando-se as propriedades físicas, químicas e mecânicas dos produtos derivados de resíduos de garrafas plásticas (PET), é possível estabelecer a Hipótese que estes podem servir como agregados. Este fato vem a contribuir com o avanço tecnológico do setor rodoviário no Brasil. 2. MATERIAIS E MÉTODOS Os métodos de ensaios utilizados foram baseados em normas da Associação Brasileira de Normas Técnicas (ABNT), do Departamento de Infra-Estrutura de Transportes (DNIT) e normas internacionais da ASTM e da AASHTO. O Fluxograma 1 apresenta a seqüência de atividades realizadas para a caracterização das propriedades físicas do materiais utilizados: Agregados, Politereftalato de Etilileno e CAP 50/70.
Fluxograma 1 - Seqüência de atividades e de ensaios realizados na fase experimental da pesquisa As proporções de PET adicionadas à mistura como agregados, em substituição da areia, foram de 2,5%, 5%, 7,5%, 10% e 12,5% de peso. O Fluxograma 2 apresenta o procedimento adotado para a compactação e verificação das propriedades mecânicas dos corpos-de-prova. Fluxograma 2 Procedimento adotado para compactação e verificação das propriedades mecânicas dos CPs.
2.1 Materiais 2.1.1 Agregados Os agregados graúdos utilizados para a composição das misturas asfálticas foram do tipo britado, de origem granítica proveniente em pedreira localizada próxima as margens da BR 101 e apresentando diâmetro máximo de 25mm (Figura 1). Os agregados miúdos, utilizados na pesquisa, foram do tipo miúdo natural com origem na pedreira localizada próxima as margens da BR101 (Figura 2). Figura 1 - Agregados graúdos (a) Brita 9,5mm; (b) Brita 19,0mm (c) Brita 25,0mm Figura 2 - Ilustração dos agregados miúdos (a) Areia de Campo; e (b) Pó-de-Pedra O polímero adicionado ao ligante foi do tipo micronizado classificado como plastômero e com a denominação de Politereftalato de Etileno (PET). Este foi adquirido na indústria De Pet Reciclagem localizada no município de Campina Grande PB (Figura 3). A Tabela 01 e Figura 04 apresentam as normas e resultados obtidos nos ensaios de caracterização dos agregados utilizados na pesquisa. Figura 3 - (a) Indústria De Pet Reciclagem (b) Pet Micronizado
Porcentagem que passa (%) Tabela 1 - Normas utilizadas para a realização dos ensaios de caracterização física e mecânica dos Agregados. ENSAIOS METODOLOGIA RESULTADO Análise Granulométrica dos Agregados ME 083/98 do DNIT - por Peneiramento Equivalente de Areia ME 054/97 do DNIT 80,96 Desgaste Abrasão Los Angeles ME 035/98 do DNIT 23,5 Absorção ME 195/97 do DNIT 0,315 Índice de Forma ME 086/94 do DNIT 0,9 100 90 80 70 Brita 25mm Brita 19,1 mm Brita 12,7 mm Pó de Pedra Areia PET 4 0 10 20 30 60 40 50 50 40 60 30 70 20 80 10 90 0 0,010 0,100 1,000 10,000 Diâmetro dos grãos (mm) 100 Argila Silte Areia Fina Areia média Areia grossa Pedregulho Figura 04 - Resultado dos ensaios de caracterização granulométrica dos constituintes da mistura asfáltica e do PET 2.1.2 Cimento Asfáltico de Petróleo O CAP utilizado na pesquisa foi de penetração 50/70, fornecido pelo batalhão de Engenharia. A Tabela 2 apresenta as normas utilizadas para a realização dos ensaios de caracterização do CAP, bem como os resultados obtidos. Verifica-se que todos os parâmetros estão de acordo com o preconizado pela Agência Nacional de Petróleo (ANP) e normas vigentes. Tabela 2 - Resultado dos ensaios de caracterização química, física e mecânica do CAP 50/70. ENSAIOS METODOLOGIA RESULTADO Penetração (100g, 5s, 25 C) ME 003/99 DNIT 52,9 Ponto de Amolecimento ( C) ME 148/94 DNIT 39,6 Ponto de Fulgor (mín) ME 131/2010DNIT 320 Viscosidade Brookfield 135 C NBR 15184 ABNT 377,5 150 c 187 177 c 68,5
2.1.3 Cal Hidratada (Filer) A cal hidratada CH-I, da marca Megao, foi utilizada como fíler para proporcionar melhor desempenho as propriedades de estado, volumétricas e mecânicas das misturas asfálticas. 2.2 Metódos As normas adotadas para realização dos ensaios de volumetria e mecânicos são preconizadas a partir da metodologia apresentada na Tabela 3. A dosagem foi realizada com corpos-deprova compactados no Compactador Giratório da Marca SERVOPAC, com ângulo de giro de 1,250 e tensão vertical de 600 kpa. O critério de parada da compactação SUPERPAVE adotado foi o número de giros equivalentes a um tráfego médio a alto ( Np=100). Tabela 3 - Normas utilizadas para a realização dos ensaios de caracterização mecânica dos CPs dosados ENSAIOS METODOLOGIA Resistência à Tração por Compressão Diametral ME 136/10 do DNIT Módulo de Resiliência D 4123 82 da ASTM Lottman Modificado T283 - AASHTO 3 RESULTADOS Os ensaios mecânicos foram realizados variando o percentual de poritereftalato de etileno (PET) micronizado como agregado miúdo (Areia) na faixa de 2,5%, 5,0%, 7,5%, 10,0% e 12,5%. Os corpos de prova foram moldados com teor de ligante de 4,25% definidos no procedimento de dosagem Superpave. As propriedades de volumetria e mecânicas estão apresentadas na tabela 4 e na Tabela 5, respectivamente. Em relação aos parâmetros volumétricos verifica-se o aumento do número de vazios e a diminuição da relação betume vazios à medida que se aumenta a proporção de PET adicionada à mistura. Este fato é explicado pela massa específica do PET ser inferior ao do agregado miúdo convencional (areia) proporcionando misturas asfálticas menos densas. Verifica-se que misturas com incorporações superiores a 5% de PET não apresentam propriedades volumétricas condizentes com o preconizados pelas normas do DNIT e do Superpave. Tabela 4 Propriedades volumétricas. ENSAIOS** % Vvp %Vam %RBV 2,5 % de PET como Agregado 4,25 13,93 69,39 5,0 % de PET como Agregado 5,19 14,49 64,16 7,5 % de PET como Agregado 6,42 15,39 58,28 10,5 % de PET como Agregado 8,26 16,9 51,12 12,5 % de PET como Agregado 12,69 20,77 38,90 Critério 4,00 13,0 65% a 75% Analisando-se os dados da Tabela 5 observa-se que uma tendência decrescente das propriedades mecânicas a medida que se incorpora maiores teores de PET. Para teores superiores a 7,5% de PET, as mistura não atendem o mínimo estabelecidos pelas normas nacionais e internacionais. Portanto, a utilização de PET, como agregado, em misturas asfálticas deve ser limitada a adição máxima de 5% de forma a atender os parâmetros volumétricos e mecânicos
preconizados pelas normas vigentes. Estudos complementares de reologia, resistência à fadiga e deformação elástica devem ser realizados para comprovar a viabilidade da utilização do resíduo. Tabela 5 Propriedades mecânicas. ENSAIOS** RT (MPa) Lottman MR (MPa) (MPa) 2,5 % de PET como Agregado 1,109 81,8 4.381,50 5,0 % de PET como Agregado 0,942 79,9 4.265,50 7,5 % de PET como Agregado 0,740 71,3 2.932,00 10,5 % de PET como Agregado 0,627 68,2 2.139,00 12,5 % de PET como Agregado 0,507 66,9 1.590,50 Critério >0,65 >75% (2.000 8.000) MPa 4. RECOMENDAÇÕES FINAIS Pode-se inferir, por meio desse estudo, que a incorporação do poritereftalato de etileno (PET) como agregado miúdo em percentuais acima de 10% proporciona misturas asfálticas com elevado teor de vazios e baixa resistência mecânica. Entretanto, baseado nos resultados de Módulo de Resiliência, o incremento do PET nas misturas asfálticas tende a torna o revestimento menos suscetível a deformações permanentes e conseqüentemente aumenta a vida de fadiga. As propriedades volumétricas induz uma limitação a utilização do PET como agregado nas misturas asfálticas ao teor de 5.0%. Acima desse limite as misturas tendem a apresentar volumes de vazios entre outras propriedades importantes de volumétrica como a relação betume vazios fora do preconizado por norma. Estudos complementares necessitam ser realizados para a validação da hipótese abordada neste estudo. AGRADECIMENTOS ATECEL Associação Técnico Científica Ernesto Luiz de Oliveira Junior. LEP Laboratório de Engenharia de Pavimentos UAEC - Unidade Acadêmica de Engenharia Civil UFCG Universidade Federal de Campina Grande REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS AASHTO: American Association of State Highway and Transportation Officials. AASHTO T 283-02 - Resistance of Compacted Bituminou Mixture to Moisture Induced Damage. ABNT: ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. ABNT. MB 517-Viscosidade Saybolt Furol,. Rio de Janeiro,1989. ASTM: American Society for Testing and Materials. ASTM C1252: Standard test method for uncompacted void content of fine aggregate (as influended by particle shape, surface texture, and grading). USA, 1998. ASTM: American Society for Testing and Materials. ASTM D 4791-99: Standard test method for flat particles, elongated particles, or flat and elongated particles in coarse aggregate. USA, 2000. ASTM: American Society for Testing and Materials. ASTM D2872-97: Envelhecimento a Curto Prazo RTFOT. BARDINI, Vivian Silveira dos Santos; Influência do Fíler Mineral em Propriedades de Misturas Asfálticas Densas. Tese apresentada na Universidade de São Paulo, 2013. DNIT: Departamento Nacional de Infra-Estrutura e Transportes, ME 195/97. Absorção e Massa específica real dos agregados e filer. Rio de Janeiro,1997.
DNIT: Departamento Nacional de Infra-Estrutura e Transportes, ME 078/94. Adesividade. Rio de Janeiro,1994. DNIT: Departamento Nacional de Infra-Estrutura e Transportes, ME 086/94. Índice de forma. Rio de Janeiro,1994. DNIT: Departamento Nacional de Infra-Estrutura e Transportes, ME 089/94. Durabilidade. Rio de Janeiro,1994. DNIT: Departamento Nacional de Infra-Estrutura e Transportes, ME 148/94. Material Betuminoso Determinação do ponto de fulgor e de combustão. Rio de Janeiro,1994. DNIT: Departamento Nacional de Infra-Estrutura e Transportes, ME 131/2010. Ponto de Amolecimento. Rio de Janeiro,2010. DNIT: Departamento Nacional de Infra-Estrutura e Transportes, ME 136-10. Resistência à Tração. Rio de Janeiro,2010. DNIT: Departamento Nacional de Infra-Estrutura e Transportes, ME 083/98. Agregados Análise Granulométrica. Rio de Janeiro, 1998. DNIT: Departamento Nacional de Infra-Estrutura e Transportes, ME 054/97. Equivalente de areia. Rio de Janeiro, 1997. DNIT: Departamento Nacional de Infra-Estrutura e Transportes, ME 035/98. Agregados Determinação da Abrasão Los Angeles. Rio de janeiro, 1998. DNIT: Departamento Nacional de Infra-Estrutura e Transportes, ME 003/99. Material Betuminoso Determinação da penetração. Rio de Janeiro, 1999. DNIT: Departamento Nacional de Infra-Estrutura e Transportes, ME 117/94. Mistura betuminosa - determinação da densidade aparente. Rio de Janeiro, 1994. José de Arimatéia Almeida e Silva Av. Tranquilino C. Lemos, 671 Dinamérica. CEP: 58.107-000 Campina Grande/PB Contato: (83) 9691 3134 (83) 8112 1100 (83) 8817 1293 Arimateia.allmeida@gmail.com