DOSAGEM DE CONCRETO ASFÁLTICO USINADO A QUENTE UTILIZANDO
LIGANTE ASFÁLTICO MODIFICADO COM BORRACHA
Jean Pier Vacheleski 1, Mauro Leandro Menegotto 2,
RESUMO: Com o grande número de pneus descartados surge a idéia de reutilizá-los na
pavimentação asfáltica, adicionando-os no ligante asfáltico. Este trabalho busca comparar as
características de um concreto asfáltico usinado a quente com adição de borracha no ligante ao de
um concreto asfáltico usinado a quente com ligante convencional. Inicialmente foram realizados
estudos bibliográficos e analisados resultados de ensaios realizados por empresas de pavimentação.
Na parte laboratorial foram realizadas 10 misturas com 5 teores de ligantes , sendo 4,5, 5,0, 5,5, 6,0 e
6,5%, sendo 5 com ligante convencional CAP 50-70 e 5 com ligante modificado com borracha CAP
Ecoflex B. Para cada tipo de ligante foram verificadas as características das misturas como:
densidade aparente, volume e vazio, porcentual vazios cheio de betume, porcentagem dos vazios do
agregado mineral e porcentagem da relação betume-vazios. Foi definido o teor ideal de ligante
modificado com borracha para compor uma mistura satisfatória através dos resultados de
estabilidade e fluência Marshall. O melhor resultado obtido da estabilidade foi com o teor de 5,5% da
mistura com ligante modificado com borracha, sendo superior ao da mistura com ligante
convencional. A mistura com ligante convencional teve o melhor resultado de estabilidade com o teor
de 5,0%. A mistura com ligante modificado com borracha também teve seu resultado superior ao da
mistura com ligante convencional na fluência, sendo assim, concluiu-se que as misturas com ligante
modificado com adição de borracha (CAP Ecoflex B) apresentaram resultados de estabilidade e
fluência Marshall melhores, comparados ao das misturas realizadas com ligante convencional
(CAP50-70).
Palavras-chave: cimento asfáltico modificado com borracha, ensaio Marshall, dosagem de concreto
asfáltico.
1. Introdução
A poluição do meio ambiente é bastante discutida nos dias de hoje,
conscientizando a diminuição da geração de lixo e o reaproveitamento de materiais
já descartados, surgem idéias no ramo da construção civil. Uma prática que está
sendo utilizada e está mostrando resultados é a adição de borracha de pneus
descartados no ramo da pavimentação asfáltica. Esse tipo de pavimento além de ser
ecológico, gerando uma diminuição dos depósitos de descarte de pneumáticos, vem
se mostrando como uma solução técnica positiva quanto às exigências
especificadas.
Muitos
estudos
devem
ser
feitos,
sempre
melhorando
as
características e impregnando uma porcentagem maior de material reciclado na
mistura asfáltica.
Muitas empresas estão desenvolvendo projetos de pavimentação com a
utilização de ligante modificado com borracha nas misturas asfálticas, obtendo
1
Acadêmico do Curso de Engenharia Civil, Universidade Comunitária da Região de Chapecó, e-mail:
[email protected]
2
Doutor em Geotecnia, Universidade Comunitária da Região de Chapecó, e-mail: [email protected]
resultados superiores na questão da resistência do pavimento em relação à
utilização de misturas asfálticas com ligante convencional.
Nas obras de pavimentação os asfaltos podem ser denominados ligantes
asfálticos, cimentos asfálticos ou materiais asfálticos, pois aos asfaltos podem ser
adicionados produtos que visam melhorar suas propriedades de engenharia (ODA,
2000).
Souza (1999 apud SPECHT, 2004) realizou pesquisas utilizando ligante
asfáltico convencional e modificado com 20% de borracha. Foram realizados
ensaios de fadiga, módulo de elasticidade e dois tipos de ensaios de para
caracterizar a deformação permanente. Os ensaios de fadiga e módulo foram
realizados a partir de amostras com e sem envelhecimento (envelhecimento
simulado em estufa a 85°C durante 5 dias). A resistência a fadiga das misturas com
borrachas chega a ser até 10 vezes superior quando comparada ao convencional.
Analisando essa e outras bibliografias, decidiu-se realizar um ensaio
utilizando 10 misturas com 5 teores de ligantes, sendo 4,5, 5,0, 5,5, 6,0 e 6,5%, 5
com ligante convencional CAP 50-70 e 5 com ligante modificado com borracha CAP
Ecoflex B com o objetivo de encontrar um teor ótimo de ligante na mistura para cada
tipo de ligante, comparar as características da mistura (densidade aparente, volume
e vazio, porcentual vazios cheio de betume, porcentagem dos vazios do agregado
mineral e porcentagem da relação betume-vazios) e visualizar as diferenças quanto
às características de fluência e estabilidade de cada tipo de ligante.
2. Materiais e métodos
Para a realização do projeto de misturas asfálticas foi adotado a especificação
determinada pelo Departamento Estadual de Infra-Estrutura – Deinfra – SC,
DEINFRA-SC-ES-P-05B (2005) no qual atende aos dois tipos de CAUQ (com e sem
borracha). Para determinação da composição da mistura, a faixa granulométrica
adotada foi a faixa “B” por ser mais utilizada em rodovias federais de nossa região e
deve atender a especificação DEINFRA-SC-ES-P-05B (2005). Foi adotado o ensaio
Marshall (DNER-ME 043/95), para verificação das condições de vazios, estabilidade
e fluência da mistura betuminosa.
De acordo com o método de ensaio DNER-ME 083 (1998), foi realizada a
análise granulométrica do material britado como agregado, onde realizou-se o
peneiramento de cada material (brita n°1, pedrisco e pó-de-brita) através de agitação
mecânica com a seguinte série de peneiras conforme a faixa de projeto “B” da
especificação DEINFRA-SC-ES-P-05B (2005): 3/4'’, 1/2’’, 3/8’’, N°4, N°10, N°40,
N°200, inclusive tampa e fundo. Foi realizado a pesagem do material retido em cada
peneira, onde foi calculado a porcentagem de material retido e passante em cada
peneira em relação à amostra total e o acumulado. O traço que melhor se
enquadrou na faixa “B” da especificação DEINFRA-SC-ES-P-O5B (2005), foi
composto por 35% de brita n°1, 12% de pedrisco e 53% de pó-de-brita, pode-se
executar o pavimento com essa mistura, sendo uma mistura de boa graduação.
Em virtude de resultados mais precisos, foram uniformizadas as misturas dos
corpos de prova definindo o peso do agregado como 1200g + a adição do ligante
conforme sua porcentagem, de acordo com a tabela 1.
Tabela 1 – Massa de asfalto para moldagem dos corpos de prova
Agregado (g)
% CAP
CAP (g)
Peso Teór. CP
1200
4
50
1250
Agregado (g)
% CAP
CAP (g)
Peso Teór. CP
1200
4,5
56,54
1256,54
Agregado (g)
1200
% CAP
5
CAP (g)
63,16
Peso Teór. CP 1263,16
Agregado (g)
% CAP
CAP (g)
Peso Teór. CP
1200
5,5
69,84
1269,84
Agregado (g)
1200
% CAP
6
CAP (g)
76,60
Peso Teór. CP 1276,60
Agregado (g)
% CAP
CAP (g)
Peso Teór. CP
1200
6,5
83,42
1283,42
A realização das moldagens dos corpos de prova seguiu-se de acordo com o
ensaio Marshal, método de ensaio DNER-ME 043 (1995), onde inicialmente todas as
misturas foram colocadas em estufa para que atingissem a temperatura indicada.
Com a temperatura do agregado em conformidade com a norma, iniciou-se o
aquecimento do ligante em um fogareiro, controlando sua temperatura com um
termômetro.
Com o material agregado e o ligante na temperatura exata para moldagem,
iniciou a mistura, adicionando o material agregado em uma panela sobre a balança
de precisão e adicionando ligante até atingir o peso da mistura
Em seguida o material (agregado + ligante) foi levado ao fogareiro para que a
temperatura permanecesse constante e executasse a mistura até a ligante cobrir
todo material agregado e atingir a temperatura determinada. Após a mistura estar
homogeneizada e a temperatura estar de acordo com o exigido (figura 14), foi
retirado da estufa o molde de compactação Marshall a uma temperatura de 150°C
onde foi colocado sobre o suporte de compactação.
Na face inferior do molde de compactação Marshall foi colocado um filtro,
após a mistura foi despejada no molde e com uma espátula foram realizados
adensamentos com 15 golpes ao redor do corpo de prova e 10 no centro do corpo
de prova. Em seguida colocou-se o filtro superior e iniciou-se a compactação do
corpo de prova com 75 golpes em cada face com um soquete com cerca de 5 kg
caído de uma altura de cerca de 50 cm. Foi retirado o molde do suporte, identificado
e colocado sobre uma estante para que ele esfriasse.
3. Resultados e discussões
Para se chegar ao resultado das características gerais dos corpos de prova
foi determinada a densidade aparente através da pesagem ao ar e submerso dos
corpos de prova realizando a média dos resultados. Através da densidade aparente
determinou-se a porcentagem do volume de vazios, porcentagem de vazios cheio de
betume, porcentagem de vazios do agregado mineral e a relação betume-vazios, A
Tabela 22 apresenta o resultado dos parâmetros dos corpos de prova, que são
conhecidos como características do ensaio Marshall.
3.1 Análise das Características
3.1.1 Peso dos Corpos de Prova
O peso teórico dos corpos de prova é a soma do peso dos agregados mais o
peso do ligante, este devendo ser maior ou igual ao peso dos corpos de prova ao ar,
caso contrário há erro na pesagem dos agregados ou do ligante, devendo ser
eliminado o corpo de prova.
Analisando os resultados verifica-se que nenhuma amostra houve erro na
pesagem, todas estão de acordo com estabelecido, portanto todos os corpos de
prova são válidos no quesito peso.
3.1.2 Densidade aparente
De acordo com o método de ensaio DNER-ME 117 (1994), os resultados
obtidos da densidade aparente de dois ou mais corpos de prova de uma mesma
mistura não podem diferir de mais de 0,02, caso isso ocorra, o corpo de prova deve
ser descartado, ela ainda diz que para a escolha do teor ótimo de material
betuminoso os resultados satisfatórios correspondem a maior densidade aparente.
Verificando essa condição o corpo de prova n°3 da mistura CAP Ecoflex B 4,5%, o
corpo de prova n°1 da mistura CAP Ecoflex B 5,5%, o corpo de prova n°3 da mistura
CAP 50-70 4,5%, foram eliminados, sendo a média considerada dos corpos de
prova que obtiveram resultado satisfatório em relação a norma.
Observa-se através da figura 1 que a curva típica da densidade aparente tem
seu limite máximo para misturas com CAP Ecoflex B no teor 5,5%, sendo menor que
nas misturas com CAP 50-70 onde apresentou seus limites máximos nos teores 5,0,
5,5 e 6,0 %.
Densidade Aparente
2,56
Densidade Aparente
2,55
2,54
2,53
Mistura CAP 50-70
2,52
2,51
Mistura CAP ECOFLEX
B
2,5
2,49
2,48
4
5
6
7
% Ligante
Figura 1 – Curva típica da densidade aparente.
3.1.3 Volume de Vazios
Analisando a curva típica representada pela Figura 2 observa-se que quanto maior o
teor de ligante nas misturas com CAP 50-70 a porcentagem do volume de vazios
tende a diminuir e em um determinado teor de ligante se enquadra na especificação.
Nas misturas com CAP Ecoflex B do teor 5,0% para 5,5 tem-se uma queda brusca
no valor do volume de vazios, estabilizando no teor 6,0 e tendo queda novamente no
teor 6,5.
Curva Típica Volume de Vazios (%Vv)
8
% Volume de Vazios
7
6
Mistura CAP 50-70
5
4
Mistura CAP ECOFLEX
B
3
2
Limite Especificação
1
0
4
5
6
7
% Ligante
Figura 2 – Curva típica do volume de vazios.
A especificação DEINFRA-SC-ES-P-05 indica que a mistura deve ter de 3 à
5% de volume de vazios, no entanto as misturas com CAP Ecoflex B 4,5%, CAP
Ecoflex B 5,0%, CAP 50-70 4,5%, CAP 50-70 6,0%, CAP 50-70 6,5%, apresentaram
um volume de vazios fora dos parâmetros indicado na especificação, sendo assim o
revestimento não poderá ser executado com esses teores. Misturas com elevado
%Vv podem levar a oxidação excessiva do ligante betuminoso reduzindo
significativamente a vida útil do pavimento alem de proporcionar permeabilidade ao
ar e água. Os restantes das misturas se enquadraram na especificação, então
poderão compor um revestimento.
3.1.4 Vazios Cheios de Betume
Analisando a Figura 3 da curva típica dos vazios cheios de betume verifica-se que
quanto maior a quantidade do teor do ligante maior é a porcentagem dos vazios
cheio de betume. %Vcb diz respeito tanto ao asfalto que forma uma película que
envolve o agregado quanto aquele absorvido pelo mesmo, então quanto maior a
%Vcb melhor, ocasionando uma mistura com poucos vazios entre os agregados e o
ligante. Observa-se que as misturas com CAP 50-70 tem a %Vcb maior que misturas
com CAP Ecoflex B, possivelmente por ser uma mistura mais fluida, tendo facilidade
de penetração nos vazios do agregado.
Curva Típica (% Vcb)
18
(% Vcb)
16
14
Mistura CAP 50-70
12
Mistura CAP ECOFLEX
B
10
8
4
5
6
7
% Ligante
Figura 3 – Curva típica da porcentagem de vazios cheio de betume.
3.1.5 Vazios do Agregado Mineral
A porcentagem de vazios do agregado mineral de acordo com as exigências da
especificação DEINFRA-SC-ES-P-05B (2005) é em função do diâmetro máximo do
agregado, sendo de 19,1 mm, a porcentagem mínima de agregado mineral a ser
respeitada é de 15%
Analisando a curva típica da porcentagem de vazios do agregado mineral através da
Figura 4 pode-se observar que as misturas se enquadraram no ideal, sendo a
porcentagem de vazios do agregado mineral entre 15 a 20%, conclui-se que a
mistura encontra-se bem graduada.
Curva Típica (%Vam)
20
19
18
(%Vam)
17
Mistura CAP 50-70
16
15
Mistura CAP ECOFLEX B
14
13
% Vam Minima Especificação
12
11
10
4
5
6
7
% Ligante
Figura 4 – Curva típica da porcentagem de vazios do agregado mineral.
3.1.6 Relação Betume-Vazios
Pode-se observar que a curva típica da porcentagem da relação betume-vazios
representada pela Figura 5, tem um comportamento crescente com o aumento do
teor de betume. As misturas com CAP 50-70 apresentaram a %Rbv maior em
relação a misturas com CAP Ecoflex B.
A especificação DEINFRA-SC-ES-P-05B (2005) determina que a porcentagem da
relação betume-vazios deve estar entre a faixa de 70 a 82%, sendo assim as
misturas CAP Ecoflex B 4,5% e CAP Ecoflex B 5,0%, apresentaram valores
inferiores ao da especificação, devido suas porcentagens de Cimento Asfáltico de
Petróleo(CAP) serem baixas, portanto essas misturas não poderão ser executadas
como revestimento.
As misturas CAP 50-70 5,5%, CAP 50-70 6,0%, CAP 50-70 6,5% e CAP Ecoflex B
6,5% apresentaram valores superiores aos determinados pela especificação, o que
conclui-se que a mistura está com a porcentagem de Cimento Asfáltico de
Petróleo(CAP) superior ao ideal.
(% Rbv)
% Relação Betume Vazios
100
95
90
85
80
75
70
65
60
55
50
Mistura CAP 50-70
Mistura CAP ECOFLEX
B
Limite Especificação
4
5
6
7
% Ligante
Figura 5 – Curva típica da porcentagem da relação betume-vazios.
3.2 Análise da Estabilidade Marshall
A especificação DEINFRA-SC-ES-P-05B (2005) determina que a estabilidade
mínima a ser considerada é de 800 Kgf, sendo assim todas as misturas se
enquadraram na recomendação da especificação. Entende-se estabilidade como
sendo a grandeza que mede a resistência da massa asfáltica à aplicação da carga
determinando a carga máxima que a massa asfáltica pode suportar, onde o ensaio é
feito por cisalhamento e não por compressão.
Observa-se na Figura 6 que a curva típica de estabilidade para mistura com CAP
Ecoflex B mostrou-se que se torna crescente com o aumento da porcentagem de
ligante até 5,5%, e após decrescente. Para o CAP 50-70 o valor máximo da
estabilidade foi atingido com 5,0% de teor de ligante na mistura.
Curva Típica da Estabilidade
1800,00
Estabilidade (kgf)
1600,00
1400,00
Mistura CAP 50-70
1200,00
Mistura CAP ECOFLEX
B
1000,00
Especificação
800,00
600,00
4
4,5
5
5,5
6
6,5
7
% Ligante
Figura 6 – Curva típica da Estabilidade.
3.4 Análise da Fluência Marshall
A especificação DEINFRA-SC-ES-P-05B (2005) determina que a fluência
deve estar entre a faixa de 8 a 16 centésimos de polegadas, onde apenas a mistura
CAP 50-70 4,5% não atendeu a especificação, o restante das misturas estão de
acordo. A fluência é a medida do quanto a massa asfáltica pode andar (esmagar,
deformar) sob a ação cisalhante sem se romper. É a medida da elasticidade da
massa. Se a massa asfáltica se deformar muito acarretará em esmagamento da
mistura assim ocasionando ondulação na pista, é inconveniente também que a
massa não se deforme onde sob ação de carregamento elevado sem a deformação
ela pode trincar-se.
De acordo com a Figura 7 observa-se que nas misturas com CAP 50-70
conforme vai aumentando o teor do CAP a fluência aumenta. Nas misturas com CAP
Ecoflex B a curva típica da fluência tem uma pequena queda na mistura com 5,0%
de ligante, e depois se torna crescente até o teor 6,0%, no teor 6,5% apresenta
queda novamente.
Curva Típica da fluência
18,00
Fluência (1/100'')
16,00
14,00
Mistura CAP 50-70
12,00
Mistura CAP ECOFLEX
B
10,00
Especificação
8,00
6,00
4
4,5
5
5,5
6
6,5
7
% Ligante
Figura 7 – Curva típica da Fluência.
3.5 Determinação do teor ótimo de ligante das misturas
3.5.1 Determinação do Teor Ótimo de Ligante Para Misturas com CAP Ecoflex B
Eliminando as misturas que não obtiveram aprovação em todos os quesitos quanto à
especificação, restaram as misturas CAP Ecoflex B 5,5% e CAP Ecoflex B 6,0%
para determinação do teor ótimo de ligante. Então o teor ótimo de ligante para
misturas com CAP modificado com borracha (CAP Ecoflex B) dá-se o seguinte:
Sendo assim conclui-se que o Teor Ótimo de Ligante para misturas com CAP
modificado com borracha (CAP Ecoflex B) é de 5,6%.
3.5.2 Determinação do Teor Ótimo de Ligante Para Misturas com CAP 50-70
Como as misturas CAP 50-70 4,5%, CAP 50-70 5,5%, CAP 50-70 6,0%, CAP 50-70
6,5%, apresentaram pelo menos uma desconformidade em relação à especificação,
essas misturas foram eliminadas, restando apenas a mistura CAP 50-70 5,0%,
atribuindo a ela como sendo o Teor Ótimo de Ligante para misturas com CAP 50-70.
3.6 Comparativo final
Analisando as misturas com CAP Ecoflex B e CAP 50-70 percebe-se que as
misturas com CAP Ecoflex B apresentaram maiores desconformidades com a
especificação nas misturas com baixos teores de ligante, já misturas com CAP 50-70
apresentaram maiores desconformidades com a especificação nas misturas com
teores de ligantes mais elevados.
Outro comparativo que pode-se observar é que duas misturas com CAP Ecoflex B
satisfizeram todas as recomendações da especificação, enquanto que apenas uma
mistura com CAP 50-70 satisfez todas as recomendações da especificação. Concluise que as misturas com CAP Ecoflex B apresentaram menor variação das
características podendo trabalhar com uma variação maior no teor do ligante
comparado as misturas com CAP 50-70 que não apresentaram essa variação.
A especificação determina que a estabilidade é medida pelo cisalhamento devido a
cargas horizontais aplicadas no pavimento onde é determinada pela carga máxima
que a massa asfáltica pode suportar, sendo assim as misturas com CAP Ecoflex B
tiveram um valor superior comparado com misturas CAP 50-70, podendo dizer que o
pavimento constituído com mistura CAP Ecoflex B tem uma melhor resistência
comparada a misturas com CAP 50-70.
Quanto à fluência a especificação determina como sendo ideal a mistura que se
enquadrar na média da especificação, nesse caso a mistura com o teor ótimo de
ligante CAP Ecoflex B teve uma ligeira vantagem, comparado a mistura com teor
ótimo de ligante CAP 50-70, podendo concluir que na fluência a mistura com ligante
CAP Ecoflex B tem melhores parâmetros comparado com a mistura CAP 50-70.
4. Considerações finais
4.1 Conclusões
Após a análise dos dados gerados pelo ensaio Marshall realizado em cada mistura e
a definição do teor ótimo de ligante para cada tipo de ligante, concluiu-se que as
misturas com ligante modificado com adição de borracha (CAP Ecoflex B)
apresentaram resultados de estabilidade e fluência Marshall melhores, comparados
ao das misturas realizadas com ligante convencional (CAP50-70).
Fica concluído que misturas com adição de ligante modificado por borracha superam
as características das misturas com ligante convencional, porém essas misturas
exigem um controle tecnológico mais avançado em relação às misturas com ligante
convencional, devido as temperaturas mais elevadas de mistura e aplicação.
Referências
ODA, Sandra. Análise da viabilidade técnica da utilização do ligante asfalto-borracha
em obras de pavimentação. 200. 250 f. Tese (Doutorado em transportes) –
Universidade Escola de Engenharia de São Carlos, São Carlos, 2000.
SPECHT, L. P. Avaliação de misturas asfálticas com incorporação de borracha
reciclada de pneus. UFRGS – Universidade federal do Rio Grande do Sul. 2004. n p.
279.