ANÁLISE DA INFLUÊNCIA DO TAMANHO NAS PROPRIEDADES DE
FORMA DE AGREGADOS ANALISADOS ATRAVÉS DO PROCESSAMENTO
DIGITAL DE IMAGENS
Iuri Sidney Bessa
Escola Politécnica da Universidade de São Paulo
Departamento de Engenharia de Transportes
Verônica Teixeira Franco Castelo Branco
Universidade Federal do Ceará
Departamento de Engenharia de Transportes
Jorge Barbosa Soares
Universidade Federal do Ceará
Departamento de Engenharia de Transportes
RESUMO
Sabe-se que as propriedades de forma de agregados influenciam diretamente no desempenho mecânico e
na estabilidade dos pavimentos asfálticos. É esperado que, no geral, os agregados sejam mais angulares e
possuam uma forma menos lamelar, além de apresentarem-se rugosos. Sendo assim, é importante
conhecer e controlar essas propriedades em relação aos materiais fornecidos pelas pedreiras para uso em
serviços de pavimentação. As operações de britagem em uma pedreira geram agregados que devem
possuir características semelhantes, independente do tamanho produzido, para que haja um melhor
controle de sua qualidade. No entanto, acredita-se que diferentes tamanhos de agregados minerais,
obtidos como produtos finais do processo de britagem, possuem, muitas vezes, propriedades de forma, de
angularidade e de textura que podem variar além do aceitável. Este trabalho tem como objetivo principal
avaliar a influência do tamanho de agregados provenientes de fontes distintas em suas propriedades de
forma, de angularidade e de textura. Para isso, foi utilizado o equipamento Aggregate Image
Measurement System (AIMS) para a caracterização de três agregados minerais de origens mineralógicas
distintas (fonolítica, granítica e gnáissica). Foram coletados materiais de diversas pilhas de agregados,
com diferentes Tamanhos Máximos Nominais (TMNs) e, além disso, os agregados foram separados em
várias frações para que fossem caracterizados peneira a peneira. Os resultados indicam que partículas de
agregados retidas na mesma peneira (mesmo tamanho) porém provenientes de pilhas distintas, possuem
propriedades de forma, de angularidade e de textura semelhantes. Mostram ainda que há uma diferença
significativa nas propriedades dos agregados quando se compara agregados graúdos e miúdos.
Palavras-chave: Agregados; Angularidade; Forma; Textura; Processamento Digital de Imagens.
1. INTRODUÇÃO
As principais rodovias do Brasil utilizam em sua camada de revestimento misturas do
tipo Concreto Asfáltico (CA), material composto por ligante asfáltico, agregados, fíler e
vazios. Os agregados possuem propriedades físicas, como resistência, abrasão e dureza,
que dependem diretamente das características da rocha que os originaram. Apesar disso,
o processo de produção dos agregados nas pedreiras pode afetar significativamente a
qualidade dos mesmos, devido à influência da britagem nas propriedades de forma e na
granulometria dos agregados produzidos (Marques, 2001).
O objetivo básico das operações que ocorrem em uma pedreira é desmontar a rocha sã
através do uso de explosivos e do uso de uma série de britadores e peneiras, além
reduzir o material gerado em tamanhos que possam ser utilizados como materiais de
construção, como em serviços de pavimentação asfáltica (Marques, 2001). De acordo
com Roberts et al. (1996), os equipamentos e os tipos de processos de britagem devem
ser escolhidos de forma a atender alguns objetivos, como: produzir formas e tamanhos
desejados, reduzir os tamanhos dos blocos de rocha a tamanhos que serão utilizados nas
obras, operar economicamente com o mínimo de manutenção possível e oferecer vida
de serviço longa.
Outro importante objetivo do processo de produção de agregados é a obtenção de
materiais com características homogêneas e representativas. O controle de qualidade
dentro de uma pedreira durante as operações de britagem deve assegurar que as
propriedades físicas dos agregados não variem excessivamente. No entanto, sabe-se que
muitas vezes isso não acontece. Em muitos casos, as propriedades dos materiais
produzidos em uma mesma pedreira podem variar dependendo, dentre outros, do
período de produção, além da localização das pilhas de materiais que são gerados,
representadas na maioria das vezes pelos diversos tamanhos e distribuições
granulométricas geradas.
O objetivo geral deste trabalho é apresentar as diferenças que podem existir nas
propriedades de forma, de angularidade e de textura superficial de agregados com
diferentes Tamanhos Máximos Nominais (TMNs) e em diferentes frações de agregados
com mesmo TMN. Foram analisados agregados, provenientes de três fontes distintas,
produzidos em pedreiras localizados no estado do Ceará. Para a caracterização dessas
propriedades, utilizou-se uma metodologia baseada no Processamento Digital de
Imagens (PDI), através do uso do equipamento Aggregate Image Measurement System
(AIMS). Esse equipamento foi desenvolvido para analisar os diversos parâmetros
relacionados à forma, à angularidade e à textura superficial de agregados graúdos e
miúdos. Foi idealizado com o objetivo principal de apresentar uma metodologia de
análise de agregados que fosse mais rápida e mais precisa, tentando substituir ou
aprimorar os ensaios tradicionais usados nesse tipo de caracterização, que muitas vezes
geram resultados imprecisos e irreais, além de demandar muito tempo para a sua
realização.
2. MATERIAIS E MÉTODOS
2.1. Coleta e caracterização básica dos agregados
Os agregados utilizados nesta pesquisa foram obtidos em três diferentes pedreiras da
Região Metropolitana de Fortaleza (RMF). Tais pedreiras foram escolhidas em virtude
de explorarem rochas com composições mineralógicas distintas: granito (pedreira 1),
gnaisse (pedreira 2) e fonólito (pedreira 3). Durante a coleta dos agregados, algumas
informações em relação ao processo de produção das pedreiras foram obtidas. A
explosão das rochas é feita através do uso de dinamites ou explosivos nas três pedreiras.
No geral, todas elas realizam seus processos de britagem de forma semelhante, com
etapas de britagem primária e secundária parecidas, variando apenas o porte ou o
tamanho dos britadores utilizados. A britagem primária geralmente é feita com o uso de
um britador de mandíbula, enquanto que as outras etapas são feitas através do uso de
britadores do tipo cônico. No caso da pedreira 1, a britagem secundária também ocorre
em um britador de mandíbula, porém, na sequência, os materiais passam por um
britador girosférico com o intuito de deixar suas partículas com formato mais cúbico.
Em relação ao controle de qualidade dos agregados, as pedreiras 2 e 3 realizam ensaios
de granulometria (além da obtenção da densidade, no caso da pedreira 2) diariamente ou
duas vezes por semana, dependendo da demanda de produção. A Figura 1 mostra alguns
elementos dos processos de britagem de agregados nas pedreiras avaliadas nesse estudo.
A Tabela 1 apresenta os agregados coletados em cada pedreira, de acordo com seus
TMNs. A pedreira 3 possui dois tamanhos de pó de pedra, que são separados em duas
pilhas e chamados de areia grossa e areia fina.
(a)
(b)
(c)
Figura 1 – Elementos da britagem de agregados: (a) explosivos para detonação das
rochas; (b) exemplo de britador (cônico); e (c) controle de qualidade dos materiais
Tabela 1 – Agregados coletados em cada pedreira
TMNs dos agregados
Pedreira
1
2
3
25mm
19mm
12,5mm
9,5mm
4,75mm
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
Pó de pedra
Areia
Areia
grossa
fina
X
X
X
X
Após o recebimento e o armazenamento dos agregados no laboratório, alguns ensaios
básicos de caracterização física foram realizados, de acordo com normas técnicas
padronizadas. De forma geral, os materiais provenientes das três pedreiras possuem
características semelhantes em relação à maioria das propriedades investigadas, no
entanto o agregado proveniente da pedreira 3 teve resultados de abrasão Los Angeles e
de absorção ao ligante betuminoso aproximadamente 50% menores se comparado aos
resultados encontrados para os outros dois agregados.
2.2. Processamento Digital de Imagens (PDI)
Para esta pesquisa, foi utilizada uma técnica de PDI para caracterizar as propriedades de
forma dos agregados coletados. O AIMS (Figura 2) é um equipamento que foi
desenvolvido para analisar parâmetros de forma de partículas de agregados (forma
propriamente dita, angularidade e textura superficial). A principal vantagem com
relação ao uso desse equipamento é a possibilidade de obtenção de resultados de
distribuições de propriedades e não apenas médias de valores, como fornecem ensaios
tradicionais. Outras vantagens incluem a praticidade e a agilidade no uso do
equipamento, além da objetividade e da redução da influência do operador na realização
dos testes e na obtenção dos resultados.
(a)
(b)
Figura 2 – AIMS: (a) visão geral; e (b) parte interna do equipamento
O AIMS utiliza um sistema simples de aquisição de imagens. Através de uma câmera
microscópica e de dois tipos de iluminação, este é capaz de capturar as imagens dos
agregados em diferentes resoluções, e, a partir destas, as propriedades de forma são
obtidas. O sistema baseia-se em dois módulos. O primeiro módulo funciona para a
análise de agregados miúdos e, nele, são capturadas imagens em preto e branco. O
segundo módulo funciona para a análise de agregados graúdos e captura imagens tanto
em preto e branco quanto em tons de cinza. Essa diferenciação ocorre uma vez que o
AIMS apenas é capaz de analisar apenas propriedades de forma e de angularidade para
agregados miúdos, enquanto que a textura superficial (a partir das imagens em tons de
cinza) é analisada apenas para os agregados graúdos.
2.2.1. Análise de agregados utilizando o AIMS
A análise de agregados graúdos inclui parâmetros de esfericidade, de lamelaridade, de
angularidade e de textura superficial. O AIMS considera como agregados graúdos os
materiais retidos na peneira de abertura de 4,75mm (#4). As partículas de agregados
(aproximadamente 50) devem ser posicionadas na bandeja indicada para cada tamanho.
Quando o ensaio é iniciado, a bandeja com os agregados começa a girar dentro do
equipamento, e então a imagem de cada partícula é capturada separadamente. A bandeja
gira novamente para que a altura das partículas seja medida. Por fim, uma terceira
digitalização é feita para a obtenção dos níveis de textura. Em relação aos agregados
miúdos, que são aqueles que passam pela peneira #4 e ficam retidos na peneira de
abertura de 0,075mm (#200), devem ser dispostos e espalhados na bandeja opaca,
utilizada para todos os tamanhos de agregados miúdos. Para cada fração de agregado
miúdo, são utilizados aproximadamente 50g de material.
O passo a passo de uso do AIMS (normatizado pela AASHTO TP 81-10) consiste em,
inicialmente, quartear e fracionar os agregados na série de peneiras americana. Em
seguida, os agregados graúdos são posicionados na bandeja de forma que suas partículas
estejam separadas umas das outras. Para os agregados miúdos, a disposição das
partículas deve ser feita de forma a evitar a formação de aglomerados de partículas na
bandeja. Após a preparação da amostra, o operador deve fechar as portas do
equipamento e, em seguida, selecionar na interface do software o tipo de análise e o
tamanho da fração a ser ensaiado. Após a realização de todas as digitalizações
necessárias, a bandeja retorna à sua posição inicial, e os gráficos e tabelas com todos os
resultados são gerados em planilhas do MS Excel.
2.2.2. Parâmetros analisados no AIMS
A análise de agregados através do AIMS gera cinco propriedades distintas, sendo três
delas apenas para os agregados graúdos (esfericidade, lamelaridade e textura
superficial), uma para agregados graúdos e miúdos (angularidade), e uma apenas para
agregados miúdos (forma 2D). O parâmetro de forma 2D quantifica a forma de imagens
bidimensionais de partículas de agregados miúdos. O parâmetro é calculado através da
Equação 1 e varia de 0 a 20, com partículas circulares tendo valores de forma 2D mais
próximos de zero. A forma dos agregados graúdos é medida através do parâmetro de
esfericidade, que é capaz de avaliar a tridimensionalidade das partículas. Essa
propriedade varia de 0 a 1 e é calculada através da Equação 2. Partículas de agregados
com forma cúbica possuem valores de esfericidade próximos a 1. Isso significa que
todas as suas dimensões possuem o mesmo tamanho.
θ=360−Δθ
Forma 2D =
∑
θ=0
[
R θ+Δθ − R θ
]
Rθ
(1)
Onde: Rθ = raio da partícula no ângulo 0° e Δθ = diferença de incremento no ângulo.
3
Esfericidade = √
dS dI
d2L
(2)
Onde: dS = menor dimensão do agregado; dI = dimensão intermediária do agregado e dL
= maior dimensão do agregado.
Ainda em relação à forma, as razões de lamelaridade, calculadas para partículas de
agregado graúdo, podem ser representadas pelo achatamento e pelo alongamento dessas
partículas. Como existe falta de consenso na tradução desses parâmetros na literatura
nacional, optou-se, neste trabalho, por considerar como achatamento a razão entre a
menor dimensão (espessura) e a dimensão intermediária (largura) de uma partícula,
enquanto que o alongamento é a razão entre a dimensão intermediária e a maior
dimensão (comprimento).
No que diz respeito à angularidade, aplicada para agregados graúdos e miúdos, o
parâmetro de gradiente de angularidade (Equação 3) é utilizado para quantificar as
mudanças ao longo das bordas das partículas de agregados. Sua escala varia de 0 a
10.000, e quanto mais próximo de 0, menos angular será o agregado, ou seja, mais
próximo do formato de um círculo.
1
n=3
Gradiente de Angularidade = n
∑|θi − θi+3 |
(3)
−
1
i=1
3
Onde: θ = ângulo de orientação dos pontos de borda; n = número total de pontos e i = iésimo ponto de borda da partícula.
A textura superficial das partículas de agregados é calculada através da Equação 4. Esta
equação quantifica as variações nos níveis de pixels de uma imagem digitalizada. A
textura dos agregados descreve o nível de rugosidade da superfície do material. Os
valores de textura superficial são obtidos através do método das wavelets e podem
variar de 0 a 1.000, sendo um agregado totalmente polido aquele que possui valor igual
a zero. O AIMS não é capaz de analisar a textura superficial de agregados miúdos,
porém um estudo realizado por Masad et al. (2001) comprovou que existe correlação
entre a angularidade e a textura desses agregados. Quanto maior for a angularidade de
uma partícula, maior deve ser o seu nível de textura.
3
N
2
1
Textura Superficial =
∑ ∑ (Di,j (x, y))
3N
(12)
i=1 j=1
Onde: D = função de decomposição; n = nível de decomposição da imagem; N =
número total de coeficientes em uma imagem detalhada; i = direção da textura; j =
índice wavelet e x,y = localização dos coeficientes no domínio transformado.
Al Rousan (2004) realizou diversos ensaios em diferentes tipos de agregados, com
composições mineralógicas e propriedades de forma, de angularidade e de textura
distintas, com o objetivo de desenvolver uma metodologia de classificação dos
agregados de acordo com o resultado de cada uma de suas propriedades analisadas.
Foram feitos vários ensaios pelo mesmo operador bem como ensaios com diferentes
operadores, de forma a excluir efeitos relativos à falta de reprodutibilidade e de
representatividade nos ensaios. Foi utilizado o método estatístico dos clusters, ou
agrupamentos, para determinar os limites de classificação para os parâmetros obtidos
através do AIMS (Tabela 2).
Tabela 2 – Limites de classificação (Al Rousan, 2004)
Propriedade
Valores-limite / classificação
< 6,5
6,5 – 8,0
8,0 – 10,5
> 10,5
-
Circular
Semicircular
Semialongado
Alongado
-
< 0,6
0,6 – 0,7
0,7 – 0,8
> 0,8
-
Achatado/
alongado
Pouco
esférico
Moderadamente
esférico
Muito
esférico
-
< 2.100
2.100 – 4.000
4.000 – 5.400
> 5.400
-
Arredondado
Subarredondado
Subangular
Angular
-
< 165
165 – 275
275 – 350
350 – 460
> 460
Polido
Macio
Pouco rugoso
Moderado
rugoso
Muito
rugoso
Forma 2D
Esfericidade
Angularidade
Textura
superficial
Em relação à propriedade de lamelaridade, existe um critério adotado pela metodologia
Superpave que limita a presença de partículas lamelares (aquelas que possuem o
comprimento com dimensão cinco vezes maior do que a espessura) para no máximo
10% do total de partículas.
3. RESULTADOS E DISCUSSÕES
Os três diferentes agregados utilizados nesta pesquisa foram caracterizados em relação a
suas diversas propriedades de forma, de angularidade e de textura superficial. Os
resultados foram divididos em seções que tratam da: (i) caracterização geral dos
materiais, desconsiderando-se os diferentes tamanhos coletados nas pedreiras, (ii)
caracterização por TMN, separando cada agregado de acordo com seu tamanho gerado
nas pedreiras, e (iii) caracterização peneira a peneira, onde são discutidos os resultados
individuais de cada uma das frações de cada agregado, separadas por peneira.
3.1. Caracterização geral dos agregados
A Tabela 3 apresenta um resumo dos resultados obtidos, representados por média,
desvio padrão e Coeficiente de Variação (CV). Estes primeiros resultados
desconsideram os TMNs dos materiais coletados, ou seja, os parâmetros estatísticos se
referem apenas ao tipo de material analisado. Alguns valores de CV foram considerados
elevados (acima de 25%), o que pode indicar que a média não representa
adequadamente as características dos agregados estudados quando se leva em
consideração todos os TMNs em uma mesma análise. A Tabela 4 apresenta a
classificação dos agregados de acordo com as médias obtidas.
Tabela 3 – Resultados da caracterização geral dos agregados avaliados
Propriedade
Forma 2D
Esfericidade
Angularidade
Textura
superficial
Agregado
Média
Parâmetro estatístico
Número de
Desvio
partículas
padrão
CV (%)
1 (granítico)
8,42
3.656
2,23
26,5
2 (gnáissico)
8,32
4.512
2,25
27,0
3 (fonolítico)
8,36
5.477
2,20
26,3
1 (granítico)
0,63
399
0,11
17,5
2 (gnáissico)
0,67
696
0,10
14,9
3 (fonolítico)
0,70
599
0,09
12,9
1 (granítico)
3.778,21
4.064
1.274,58
33,7
2 (gnáissico)
3.629,12
5.225
1.265,92
34,9
3 (fonolítico)
3.304,54
6.138
948,30
28,7
1 (granítico)
284,68
400
107,10
37,6
2 (gnáissico)
382,75
516
212,08
55,4
3 (fonolítico)
562,10
648
124,42
22,1
Tabela 4 – Classificação geral dos agregados avaliados
Propriedade / Classificação
Agregado
Forma 2D
Esfericidade
Angularidade
Textura
superficial
1 (granítico)
Semialongado
Pouco esférico
Subarredondado
Pouco rugoso
2 (gnáissico)
Semialongado
Pouco esférico
Subarredondado
Moderadamente
rugoso
3 (fonolítico)
Semialongado
Pouco esférico
Subarredondado
Muito rugoso
Os parâmetros de forma e de angularidade obtidos mostram que os três agregados foram
classificados da mesma maneira. Acredita-se que isso se deve ao fato de que os
agregados foram produzidos a partir de processos de britagem semelhantes. Em relação
à propriedade de textura superficial, acredita-se que a mesma é mais afetada pelo tipo de
rocha de origem para os agregados analisados, uma vez que os valores foram muito
distintos para os três agregados em estudo e a classificação dos três foi também
diferente. O agregado de origem fonolítica foi aquele que se mostrou mais rugoso,
enquanto que o granítico se mostrou o mais liso.
Em relação à forma, as médias para os três agregados foram bem próximas, e também
foram próximas dos limites que dividem os grupos de classificação entre semialongado
e semicircular. No que diz respeito à textura superficial, a média obtida para o agregado
proveniente da pedreira 1 (granítico) foi próxima do limite entre as classificações macio
e pouco rugoso, o que pode indicar a existência de uma grande quantidade de partículas
desse agregado com textura macia.
A classificação apresentada é importante para se ter uma ideia geral das propriedades de
forma de agregados, porém esses valores consideram todos os tamanhos de partículas
gerados por uma mesma pedreira como se fossem iguais em relação a essas
propriedades, o que significa que a classificação dos materiais pode não ser realista e
precisa. Assim, faz-se necessária a análise dos agregados separadamente, de acordo com
seus TMNs produzidos nas pedreiras.
3.2. Caracterização dos agregados por TMN
As Tabelas de 5 a 7 apresentam os resultados da caracterização dos agregados de acordo
os diferentes TMNs coletados nas pedreiras em estudo. Neste caso, os agregados foram
divididos de acordo com cada pilha produzida nas pedreiras. É importante ressaltar que,
para os campos onde não há resultados não havia frações graúdas naquele TMN em
questão, ou seja, nesses casos não foram obtidos parâmetros de esfericidade e de textura
superficial.
Tabela 5 – Resultados obtidos para o agregado 1 (granítico)
TMN do agregado
Propriedade
Forma 2D
Esfericidade
Angularidade
Textura
superficial
Parâmetro
Média
geral
1”
3/4"
3/8”
Pó de
pedra
Média
8,2
8,5
8,3
8,7
8,4
Desvio
padrão
2,1
2,3
2,2
2,4
2,2
CV (%)
25,9
26,4
26,1
27,6
26,5
Média
0,61
0,63
0,65
-
0,63
Desvio
padrão
0,11
0,10
0,11
-
0,11
CV (%)
18,03
15,87
16,92
-
17,5
Média
3624,2
3959,3
3633,5
3906,2
3778,2
Desvio
padrão
1229,1
1273,1
1226,0
1369,5
1274,6
CV (%)
33,9
32,2
33,7
35,1
33,7
Média
280,0
294,6
276,8
-
284,7
Desvio
padrão
91,2
114,6
115,5
-
107,1
CV (%)
32,6
38,9
41,7
-
37,6
Tabela 6 – Resultados obtidos para o agregado 2 (gnáissico)
TMN do agregado
Propriedade
Parâmetro
Forma 2D
Esfericidade
Angularidade
Textura
superficial
Média
geral
1”
3/4"
1/2"
3/8”
Pó de
pedra
Média
8,0
8,2
8,4
8,6
8,4
8,3
Desvio
padrão
2,1
2,3
2,4
2,3
2,3
2,3
CV (%)
26,3
28,0
28,6
26,7
27,4
27,0
Média
0,66
0,67
0,68
0,67
-
0,67
Desvio
padrão
0,10
0,11
0,11
0,10
-
0,10
CV (%)
15,15
16,42
16,18
14,93
-
14,9
Média
3468,0
3542,2
3585,2
3758,4
3845,0
3629,1
Desvio
padrão
1214,6
1267,1
1238,7
1258,7
1350,5
1265,9
CV (%)
35,0
35,8
34,6
33,5
35,1
34,9
Média
386,0
401,9
385,2
337,9
-
382,8
Desvio
padrão
212,3
195,9
200,3
239,8
-
212,1
CV (%)
55,0
48,7
51,9
70,9
-
55,4
Tabela 7 – Resultados obtidos para o agregado 3 (fonolítico)
TMN do agregado
Propriedade
Forma 2D
Esfericidade
Angularidade
Textura
superficial
Parâmetro
Média
geral
1”
3/4"
1/2"
3/8”
3/16”
Areia
grossa
Areia
fina
Média
-
8,7
8,0
8,2
8,2
8,4
8,6
8,3
Desvio
padrão
-
2,4
2,1
2,2
2,1
2,3
2,2
2,2
CV (%)
-
27,6
26,3
26,8
25,6
27,4
25,6
26,3
Média
0,71
0,71
0,68
0,67
0,66
-
-
0,70
Desvio
padrão
0,09
0,08
0,09
0,09
0,07
-
-
0,09
CV (%)
12,7
11,3
13,2
13,4
10,6
-
-
12,9
Média
3048,2
3447,0
3114,5
3193,7
3238,1
3315,2
3565,1
3304,5
Desvio
padrão
568,2
1099
935,2
943,0
914,6
1002,6
1175,5
948,3
CV (%)
18,6
31,9
30,0
29,5
28,2
30,2
33,0
28,7
Média
643,6
648,6
469,9
448,2
468,5
459,2
-
562,1
Desvio
padrão
120,4
133,6
132,2
105,6
131,0
119,7
-
124,4
CV (%)
18,7
20,6
28,1
23,6
28,0
26,1
-
22,1
Os resultados apresentados mostram que, independente do TMN dos agregados
analisados, os valores médios obtidos para as diversas propriedades de forma foram
próximos entre si, o que faz com que os agregados sejam classificados da mesma
maneira. Em relação aos CVs obtidos para os agregados 1 e 2, seus valores foram mais
elevados (mais que o dobro, em alguns casos) para os parâmetros de textura superficial
e de angularidade, se comparados aos valores encontrados para forma 2D e esfericidade.
Uma possível explicação para isso, em relação à textura superficial, é que existe uma
aleatoriedade da posição de cada partícula de agregado no preparo da amostra a ser
analisada no AIMS. As diferentes faces das partículas podem não possuir um padrão
bem definido no que diz respeito à sua superfície. No caso específico do agregado 3,
essa tendência não pôde ser observada, provavelmente porque o tipo de rocha da qual
este agregado é proveniente possui característica de textura mais uniforme mesmo após
os processos de britagem. Em relação à angularidade, como este é o único parâmetro
aplicado tanto para agregados graúdos quanto para agregados miúdos, acredita-se que os
valores obtidos separadamente para os dois grupos de agregados sejam distintos, o que
gera variações elevadas quando são considerados numa mesma média. Também para o
agregado 3, os valores de CV para o parâmetro de angularidade foram inferiores se
comparados àqueles encontrados para os outros agregados avaliados nesse estudo.
No geral, não houve uma tendência clara em relação as propriedades de forma e os
TMNs dos agregados estudados. Os agregados 1 e 2, por exemplo, tiveram diminuição
em seus valores de esfericidade com o aumento do TMN. O inverso aconteceu para o
agregado 3. Além disso, o agregado 3 teve seu parâmetro de textura superficial com
valores aproximadamente 30% mais baixos para os TMNs de menores valores (1/2”,
3/8” e 3/16”). Isso não aconteceu para os demais agregados avaliados, cujos valores de
textura se mantiveram próximos, independente do TMN analisado.
3.3. Caracterização dos agregados peneira a peneira
Para esse estudo também foi feita uma caracterização completa das diversas frações dos
agregados em estudo, que foram separadas através das peneiras da série norte-americana
que são utilizadas nos procedimentos de análise através do AIMS. Sendo assim, como
muitas partículas foram analisadas, um número elevado de resultados foi obtido. É
importante deixar claro que alguns agregados não possuíam todas as frações em suas
composições. O agregado de TMN de 25mm proveniente da pedreira 1, por exemplo,
não possuía partículas miúdas suficientes para serem analisadas.
Para esta seção do trabalho, os resultados obtidos são em grande número, uma vez que a
pesquisa tratou de três fontes de agregados, somando-se, ao todo, 16 TMNs de
agregados coletados, e considerando-se, para cada um, as dez frações retidas nas
peneiras utilizadas, além dos vários parâmetros analisados, o número final de valores
para os resultados seria aproximadamente 400. Por essa razão, optou-se por não
apresentar todos os resultados obtidos, apesar de que serão feitos vários comentários a
respeito deles. As Figuras de 3 a 6 comparam as características das frações de agregados
provenientes de uma mesma fonte. Os resultados apresentados são as médias dos
valores obtidos para as várias frações retiradas de pilhas de agregados de TMNs
distintos. É possível perceber que, no caso do parâmetro de angularidade, há uma
tendência de aumento do valor dessa propriedade quando se diminui o tamanho do
agregado até certo ponto. Para as frações retidas nas peneiras #100 e #200, os valores
voltam a diminuir. No caso da forma 2D, o contrário pode ser observado, uma vez que
os valores para esse parâmetro tendem a diminuir com a redução da fração dos
agregados estudados até certo ponto. Os materiais retidos na fração #200 possuem, no
geral, os valores mais elevados de forma 2D dentre todas as frações. Para a textura
superficial, pode-se perceber que os valores diminuem com a diminuição dos tamanhos
das frações, porém essa diferença não é significativa.
10
Agregado 1
Agregado 2
Agregado 3
Foram 2D
9
8
7
6
5
#8
#16
#30
#50
Abertura da Peneira
#100
#200
Figura 3 – Forma 2D para diversas frações
0,80
Esfericidade
Agregado 1
0,75
Agregado 2
0,70
Agregado 3
0,65
0,60
0,55
0,50
1/2"
3/8"
Abertura da Peneira
#4
Figura 4 – Esfericidade para diversas frações
5.000
Agregado 1
Angularidade
4.500
Agregado 2
Agregado 3
4.000
3.500
3.000
2.500
1/2"
3/8"
#4
#8
#16
#30
Abertura da Peneira
Figura 5 – Angularidade para diversas frações
#50
#100
#200
Textura Superficial
700
Agregado 1
Agregado 2
Agregado 3
600
500
400
300
200
100
1/2"
3/8"
Abertura da Peneira
#4
Figura 6 – Textura superficial para diversas frações
Resultados mais completos e mais detalhados indicam que as frações retidas em uma
mesma peneira possuem também, no geral, as mesmas propriedades de forma, de
angularidade e de textura superficial, independente do TMN do agregado do qual elas
foram retiradas e separadas. Esse fato pode ser comprovado ao se observar o baixo valor
(menor do que 10% em quase todos os casos) de CV obtido quando se analisa os
valores de cada propriedade.
Em relação à propriedade de angularidade, os agregados provenientes das pedreiras 1 e
2 possuem comportamentos distintos quando se comparam suas partículas obtidas para
agregados graúdos e miúdos. As médias gerais encontradas para esses agregados os
classificaram como subarredondados, classificação que pode também ser observada
quando se analisa apenas os agregados graúdos provenientes destas mesmas fontes. No
entanto, para os agregados miúdos, os valores de angularidade foram mais elevados, o
que levaria a classificação dos mesmos como subangulares, exceto para as partículas
mais finas, aquelas retidas na peneira #200. No caso do agregado proveniente da
pedreira 3, isso não pôde ser observado, uma vez que os valores de angularidade
encontrados para este agregado específico foram próximos quando se comparam
agregados graúdos com agregados miúdos. Em relação à propriedade de forma 2D, os
agregados provenientes das pedreiras 1 e 2 foram classificados como semialongados,
porém suas partículas retidas nas peneiras #30, #50 e #100 poderiam ser classificadas
como semicirculares.
A textura superficial dos agregados provenientes das pedreiras 1 e 2 também pode ser
considerada distinta para as diferentes frações analisadas. O agregado proveniente da
pedreira 1, classificado como pouco rugoso, tem suas partículas retidas na peneira #4
classificadas como macias, enquanto que o agregado proveniente da pedreira 2,
classificado como moderadamente rugoso, tem suas partículas retidas na peneira #4
classificadas como pouco rugosas. No caso do agregado proveniente da pedreira 3, essa
diferença na classificação não foi observada.
Os três agregados analisados tiveram uma tendência semelhante quando se trata das
frações retidas na peneira #200. As propriedades dessas partículas foram diferentes
daquelas obtidas para as demais frações miúdas dos agregados estudados. A forma 2D,
por exemplo, teve valores mais altos, indicando a presença de partículas menos
circulares, ou mais alongadas. No caso da angularidade, esse parâmetro resultou em
valores inferiores, indicando a presença de partículas menos angulares, ou com bordas
mais arredondadas.
Os valores de CV obtidos na análise de cada fração separada não foram tão baixos como
se esperava. Isso significa que, mesmo para uma mesma porção de agregados retida em
uma peneira específica, há presença de partículas de agregados com propriedades que
podem variar bastante. Sendo assim, torna-se importante a realização de uma análise da
distribuição de propriedades para os agregados estudados, e não apenas o fornecimento
de uma média de valores que tenta representar todas as partículas de uma amostra como
se estas se comportassem da mesma maneira em relação às diversas propriedades de
forma. O AIMS é capaz de fornecer as diferentes distribuições de propriedades através
de gráficos que quantificam as porcentagens acumuladas para cada parâmetro.
3.4. Caracterização dos agregados em relação à lamelaridade
A lamelaridade dos agregados graúdos foi analisada através do cálculo da razão entre
suas diversas dimensões. Para esse parâmetro específico, utilizaram-se os valores de
razão entre a maior dimensão (comprimento) e a menor dimensão (espessura) dos
agregados. A Tabela 8 apresenta a média geral e outros parâmetros estatísticos para os
agregados provenientes de cada uma das pedreiras avaliadas nesse estudo.
Tabela 8 – Resultados para o parâmetro de lamelaridade
Parâmetro estatístico
Pedreira
Média
Desvio padrão
CV (%)
1 (granítico)
2,88
1,06
36,8
2 (gnáissico)
2,52
0,91
36,3
3 (fonolítico)
2,28
0,70
30,4
Os resultados mostram que os três agregados analisados possuem, no geral, valores de
lamelaridade próximos entre si, com o agregado proveniente da pedreira 3 tendo o
menor valor. Os CVs foram obtidos ao se considerar todas as frações de todos os TMNs
dos agregados, e seus valores elevados podem indicar que as partículas individuais
possuem comportamentos variados em relação a essa propriedade. As Tabelas de 9 a 11
trazem valores de lamelaridade para cada fração de agregado analisada, para cada um
dos agregados coletados nas pedreiras.
Tabela 9 – Resultados para o parâmetro lamelaridade – agregado 1 (granítico)
Tamanho do
agregado (mm)
Peneira
Parâmetro estatístico
Desvio
CV
Média
padrão
(%)
12,5mm
9,5mm
4,75mm
1”
3,24
3,11
2,69
3,01
0,29
9,9
3/4"
2,70
2,72
3,12
2,85
0,24
8,3
3/8”
-
2,44
2,97
2,71
0,37
13,9
Tabela 10 – Resultados para o parâmetro lamelaridade – agregado 2 (gnáissico)
Tamanho do
agregado (mm)
Peneira
Parâmetro estatístico
Desvio
CV
Média
padrão
(%)
25mm
19mm
12,5mm
9,5mm
4,75mm
2,08
2,30
3,05
2,87
2,67
2,59
0,40
15,5
3/4"
-
1,87
2,05
2,64
3,18
2,44
0,59
24,3
1/2”
-
-
2,25
2,33
2,91
2,50
0,36
14,6
3/8”
-
-
-
2,30
2,71
2,51
0,29
11,7
1”
Tabela 11 – Resultados para o parâmetro lamelaridade – agregado 3 (fonolítico)
Tamanho do
agregado (mm)
Peneira
25mm
19mm
12,5mm
1,94
2,11
2,41
3/4"
-
1,91
2,09
2,09
1/2”
-
-
2,38
3/8”
-
-
3/16”
-
-
1”
9,5mm
4,75mm
Parâmetro estatístico
Desvio
CV
Média
padrão
(%)
2,15
0,24
10,9
2,46
2,14
0,23
10,8
2,38
2,45
2,40
0,04
1,8
-
-
2,55
2,55
-
-
-
-
2,64
2,64
-
-
Os resultados mostram que, para um mesmo agregado, as frações retidas em peneiras
iguais, porém retiradas de materiais com TMNs distintos, possuem muitas vezes valores
de lamelaridade diferentes. Nesse caso específico, o processo de produção dos
agregados provavelmente afetou a forma das partículas no que diz respeito a esse
parâmetro. Para um mesmo TMN de agregado, as diversas frações que o compõem
também têm valores de lamelaridade variáveis, porém com CVs baixos (menores do que
20%). Isso pode significar que, na maior parte dos casos, a lamelaridade para os
diversos agregados é bem próxima, independente da fração analisada.
4. CONCLUSÕES FINAIS
Este trabalho teve como principal objetivo estudar os diversos tamanhos e as diversas
frações de agregados produzidas em diferentes pedreiras (diferentes origens
mineralógicas), analisando as diferenças encontradas em suas propriedades. Parâmetros
de forma, de angularidade e de textura superficial desses materiais foram obtidos
através do uso do equipamento AIMS, e a partir destes valores, foram feitas as
comparações para que se pudesse entender qual a influência do tamanho das partículas
nas propriedades de forma das mesmas.
Os resultados obtidos mostraram que o TMN dos agregados estudados não apresentou
influência significativa nos valores médios para cada uma das propriedades de forma
analisadas. De maneira geral, os agregados de cada TMN seriam classificados da
mesma maneira que foram classificados através da média geral que considerava todos
os seus TMNs. No que diz respeito às frações retidas em uma mesma peneira, porém
retiradas de pilhas distintas de agregados, os resultados também possuem, no geral,
valores muito próximos para as diversas propriedades de forma avaliadas. No caso das
diferentes frações existentes em um mesmo agregado, alguns parâmetros se
comportaram de maneira distinta dependendo do tamanho de suas partículas. Observou-
se, inclusive, que as diversas frações poderiam ser classificadas de maneiras distintas
em relação às propriedades dos materiais.
Uma conclusão que pode ser tirada a partir dos resultados desta pesquisa é que, ao se
analisar uma matriz de agregados composta por diversas frações e vários tamanhos de
agregados, existe uma dificuldade em se definir que tamanhos devem influenciar mais
significativamente em uma determinada propriedade de uma amostra de agregados,
além das variações no comportamento mecânico de misturas asfálticas compostas por
estes agregados. Espera-se, como sugestões para pesquisas futuras, poder investigar a
influência dos diferentes tamanhos de agregados (com diferentes propriedades de
forma) nas propriedades mecânicas de misturas asfálticas compostas por esses
materiais.
AGRADECIMENTOS
Agradecimentos são devidos às pedreiras MFT, Pyla e OCS, e à Insttale Engenharia, pelo fornecimento
dos materiais utilizados nesta pesquisa e pelas visitas realizadas. Os autores também agradecem à FINEP,
à Petrobras, à CAPES e ao CNPq pelo apoio financeiro para a realização deste trabalho.
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
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Abrasion in the Micro-Deval Apparatus. American Association of State Highway and
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na Pavimentação Asfáltica. Seminário de Qualificação ao Doutoramento. Coordenação dos
Programas de Pós-graduação de Engenharia, Universidade Federal do Rio de Janeiro, RJ.
Masad, E.; Olcott, D.; White, T. e Tashman, L. (2001) Correlation of Fine Aggregate Imaging Shape
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Roberts, F.L.; Kandhal, P.S. e Kennedy, T.W. (1996) Hot Mix Asphalt Materials, Mixture Design and
Construction. National Center for Asphalt Technology, 2ª Edição, Lanham, MD.
Av. Almeida Prado, Trav. 2, – No. 83
Cidade Universitária – São Paulo, SP – Brasil
CEP: 05508-070
Telefone: (11) 3091-6090
E-mail: [email protected]
Campus do Pici, S/N – Bloco 703
Pici – Fortaleza, CE – Brasil
CEP: 60440-554
Telefone: (85) 3366-9488 (Ramais 210/243)
E-mail: [email protected]
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