UNIVERSIDADE FEDERAL DE CAMPINA GRANDE
CENTRO DE CIÊNCIAS E TECNOLOGIA
CURSO DE PÓS – GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA QUÍMICA
ESTUDO SISTEMÁTICO DA UTILIZAÇÃO DE BORRACHA E DE
SEUS RESÍDUOS PARA MODIFICAÇÃO DE ASFALTOS ORIUNDOS
DE PETRÓLEOS BRASILEIROS
KARINA BELTRÃO CAMBUIM
CAMPINA GRANDE – PB
MARÇO/2004
ESTUDO SISTEMÁTICO DA UTILIZAÇÃO DE BORRACHA E DE
SEUS RESÍDUOS PARA MODIFICAÇÃO DE ASFALTOS ORIUNDOS
DE PETRÓLEOS BRASILEIROS
Karina Beltrão Cambuim
Dissertação submetida ao Curso de Pós-Graduação em Engenharia Química da
Universidade Federal de Campina Grande, como parte dos requisitos necessários para a
obtenção do grau de Mestre.
Orientadores: Prof. Dr. Ariosvaldo Alves Barbosa Sobrinho.
Prof. Dr. Shiva Prasad.
Campina Grande
Março / 2004
Esta Dissertação foi realizada nos Laboratórios do
Departamento
de
Engenharia
de
Materiais
(DEMA) da Universidade Federal de Campina
Grande.
Teve
caracterizações,
como
o
suporte
Instituto
para
algumas
Nacional
de
Tecnologia (INT) e o Laboratório de Mecânica dos
Pavimentos (UFC), e como suporte financeiro, a
Agência Nacional de Petróleo (ANP) e a Rede de
Pesquisas em Asfaltos.
DEDICATÓRIA
A Deus pelo equilíbrio e força.
Aos meus amados pais, Iracema e Fetimendes.
Às minhas queridas irmãs Waleska e Rafaela.
À Antônia que tanto amo.
AGRADECIMENTOS
Ao meu orientador, Prof. Dr. Ariosvaldo Alves Barbosa Sobrinho, pela dedicação ao
trabalho, amizade e paciência.
Ao Prof. Dr. Shiva Prasad, pela gentileza de ter aceitado como co-orientar deste trabalho de
dissertação.
Sou grata aos Doutores José Luis Cardoso Fonseca e Marcos Antônio Ribeiro Baracho por
terem aceitado participar da avaliação desta dissertação.
Aos pesquisadores membros da Rede de Pesquisas em Asfaltos: Jorge Barbosa Soares, Leni
Mathias e Sandra Oda por seus incentivos, suportes financeiros e bibliográficos neste trabalho.
Às pessoas que colaboraram com suporte técnico para evolução deste trabalho, estejam aqui
agradecidas: Regina Cid, Márcia de Oliveira, Daniel Aldigueri, Nadir de Brito e Giscardi Souza.
A Agência Nacional do Petróleo (ANP/PRH-25) e à Rede de Pesquisas em Asfaltos pelo
apoio financeiro.
A Recuperadora de Pneus Borborema LTDA e à Fábrica São Paulo Alpargatas pelo
fornecimento dos resíduos de pneus e de calçados, respectivamente.
Aos meus familiares que de forma direta ou indireta me incentivaram à conclusão desta
dissertação.
A Mário, pelo companheirismo, incentivo, paciência e confiança oferecidos nos momentos
que mais precisei.
A Luiz Carlos pelo apoio no decorrer deste trabalho.
A Mabelly pelo incentivo ao alcance deste título, pois durante todos os anos de nossa
amizade sempre esteve presente, apoiando-me nos estudos.
Aos amigos de João Pessoa que mesmo distantes me apoiaram e me deram força nesta
caminhada.
Aos colegas do curso de Pós-Graduação pela colaboração durante as disciplinas, em
particular à Angélica, Andaraí e Divanira.
A Maricé, da coordenação do curso de Engenharia Química, pela total atenção desde o início
do curso.
RESUMO
Asfaltos modificados com resíduos de borracha com propriedades de elevada rigidez
e caráter viscoelástico acentuado foram sintetizados usando CAP 20 como asfalto,
enxofre e peróxido de benzoíla como ativadores, e BPM e resíduos de calçados
como aditivos. Propriedades reológicas, térmicas, químicas e físicas foram
determinadas
através
da
Viscosidade
Brookfield,
RPA
(Analisador
para
processamento de borrachas), DSR (Reômetro de cisalhamento dinâmico), RTFOT
(Teste através de rolamento de filme fino) e MEV (Microscopia Eletrônica de
Varredura). Várias quantidades dos aditivos (5-20% em peso) foram empregados
com a finalidade de analisar as suas influências nas propriedades do asfalto
convencional. As propriedades viscoelásticas dos asfaltos modificados foram
melhoradas.
ABSTRACT
Crumb rubber modified asphalt with higher rigidity and strong viscoelastic character
were synthesized using CAP 20 as asphalt, sulfur and benzoyl peroxide as activators
and BPM and RCA as adducting. Rheological, thermal, chemical and physical
properties were determined through Brookfield viscosity, RPA (Rubber Properties
Analyser), DSR (Dinamic Shear Rheometer), RTFOT (Rolling Thin Film Oven Test)
and SEM (Scanning electronic microscopic). Several amounts of the addictive (520% wt) were employed in order to examine their influence in the properties of the
conventional asphalt. The viscoelastic properties of the modified asphalt were
improved.
SUMÁRIO___________________________________________________________
Lista de símbolos...........................................................................................................i
Lista de abreviações.....................................................................................................ii
Lista de esquemas.......................................................................................................iv
Lista de figuras.............................................................................................................v
Lista de tabelas...........................................................................................................vii
CAPÍTULO I
INTRODUÇÃO……....................................................................................................01
CAPÍTULO II
2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA....................................................................................07
2.1 Cimento Asfáltico de Petróleo (CAP)................................................................07
2.2 Produção do cimento asfáltico de petróleo.......................................................14
2.3 Estrutura química do cimento asfáltico de petróleo..........................................18
2.4 Condições do sistema rodoviário brasileiro......................................................22
2.4.1 Falhas mais comuns em pavimentos asfálticos.....................................25
2.4.1.1Trilhas de roda.............................................................................25
2.4.1.2 Trincas em pavimentos...............................................................28
2.5 Caracterização dos ligantes asfálticos..............................................................33
2.5.1 Parâmetros essenciais nas caracterizações dos CAP’s.........................31
2.5.2 Caracterização física e reológica dos ligantes asfálticos.......................33
2.5.2.1 Caracterização dos CAP’s por penetração.................................35
2.5.2.2
Caracterização
dos
CAP’s
através
da
viscosidade
(Brookfield).............................................................................................36
2.5.2.3 Caracterização através do ensaio de RTFOT............................38
2.5.2.4
Caracterização
através
do
ensaio
dinâmico
mecânico
(DSR)......................................................................................................39
2.5.2.5
Caracterização
por
microscopia
eletrônica
de
varredura
(MEV)......................................................................................................40
2.5.2.6 Caracterização por RPA.............................................................41
2.6 Cimento asfáltico de petróleo modificado por polímero....................................42
2.7 Asfaltos modificados por resíduos de pneus e de calçados.............................47
2.7.1 Origem da borracha natural, de pneus e reutilização de seus
resíduos.......................................................................................................47
2.7.2Vulcanização
do
elastômero
com
o
enxofre.........................................................................................................51
2.7.3
Vantagens
ecológicas
e
sociais
do
asfalto
modificado
por
borracha.......................................................................................................53
2.7.4 Vantagens e desvantagens técnicas da aplicação do asfalto
emborrachado..............................................................................................55
2.7.4.1 Vantagens da mistura asfalto-borracha................................55
2.7.4.2 Desvantagens da mistura asfalto-borracha...........................59
2.8 Aplicações do asfalto-borracha no mundo........................................................59
CAPÍTULO III
3 Materiais e Métodos................................................................................................62
3.1 Materiais...........................................................................................................62
3.1.1 Reagentes e solventes...........................................................................62
3.1.2 Equipamentos utilizados.........................................................................65
3.2 Métodos utilizados............................................................................................68
3.2.1 Procedimento experimental......................................................................68
3.2.1.1 Preparação do asfalto modificado com BPM, RCA, S ou
PBO..........................................................................................................68
3.2.2 Caracterizações........................................................................................72
3.2.2.1 Viscosímetro Brookfield................................................................72
3.2.2.2 Caracterização por microscopia eletrônica de varredura
(MEV).......................................................................................................72
3.2.2.3 Ensaio de envelhecimento – RTFOT...........................................73
3.2.2.4 Ensaio dinâmico mecânico (DSR)................................................73
3.2.2.5 Caracterização utilizando analisador de processamento de
borracha (RPA).........................................................................................74
CAPÍTULO IV
4 RESULTADOS E DISCUSSÃO...............................................................................75
4.1Viscosidade aparente (Brookfield) do CAP modificado......................................75
4.1.1 Viscosidade aparente (Brookfield) do CAP 20 modificado com BPM em
presença ou ausência de enxofre.....................................................................75
4.1.2 Viscosidade aparente (Brookfield) do CAP 20 modificado com RCA em
presença de PBO..............................................................................................76
4.2 Ensaio RPA.......................................................................................................79
4.3 Ensaio dinâmico mecânico (DSR)....................................................................82
4.4 Ensaio de envelhecimento – RTFOT................................................................83
4.5 Microscopia eletrônica de varredura (MEV)......................................................84
CAPÍTULO V
CONCLUSÕES..........................................................................................................85
5.1 SUGESTÕES PARA TRABALHOS POSTERIORES...........................................87
CAPÍTULO VI
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS...........................................................................88
ANEXO.......................................................................................................................96
i
LISTA DE SÍMBOLOS
δ
Ângulo de fase
γ
Deformação
μ
Coeficiente de viscosidade
τ
Tensão
η
Viscosidade
G*
Módulo de cisalhamento complexo
G'
Componente elástica recuperável do módulo de cisalhamento complexo
G''
Componente viscosa não recuperável do módulo de cisalhamento complexo
S*
Torque complexo (RPA)
S´
Torque complexo (DSR)
S”
Torque viscoso
n*
Viscosidade dinâmica complexa (RPA)
ii
LISTA DE ABREVIAÇÕES
ABNT
Associação Brasileira de Normas Técnicas
AASHTO
American Association of State Highway and Transportation
Officials
ASTM
American Society of Tests and Materials
BPM
Borracha de pneu moída
CAP
Cimento asfáltico de petróleo
CL
Cura lenta
CM
Cura média
CR
Cura rápida
DSC
Calorimetria diferencial de varredura
DSR
Dynamic Shear Rheometer
LUBNOR
Lubrificantes do Nordeste
MEV
Microscopia eletrônica de varredura
NBR
Normas Brasileiras
PBO
Peróxido de benzoíla
PETROBRAS
Petróleo Brasileiro S.A
PG
Performance grade
RCA
Resíduo de calçados da Alpargatas
RPA
Analisador para processamento de borrachas
REGAP
Refinaria Gabriel Passos (MG)
iii
RM
Ruptura média
RR
Ruptura rápida
RPM
Rotações por minuto
RTFOT
Rolling Thin Film Oven Test
SARA
Saturados, aromáticos, resinas e asfaltenos.
SB
Copolímero estireno – butadieno
SBR
Borracha estireno – butadieno
SBS
Copolímero estireno – butadieno – estireno
SHRP
Strategic Highway Research Program
SUPERPAVE
Superior Performance Asphalt Pavements
T
Temperatura
t
tempo
Tg
Temperatura de transição vítrea
Tmáx
Temperatura máxima do pavimento
Tmín
Temperatura mínima do pavimento
iv
LISTA DE ESQUEMAS
Esquema 1
Etapas da produção do cimento asfáltico de petróleo.....................17
Esquema 2
Estruturas representativas das quatro frações betuminosas:
saturados, aromáticos, resinas e asfaltenos...............................20
Esquema 3
Representação esquemática dos componentes de uma molécula
de asfalto típica.........................................................................23
Esquema 4
Esquema do ensaio de penetração......................................................38
Esquema 5
Representação esquemática de um viscosímetro rotacional
(Brookfield)...............................................................................39
Esquema 6
Representação esquemática do aparelho de RTFOT.......................41
Esquema 7
Esquema das ligações cruzadas da borracha com o enxofre..........55
Esquema 8
Etapas da metodologia aplicada para obtenção do asfalto
modificado por BPM...........................................................................73
Esquema 9
Etapas da metodologia aplicada para obtenção do asfalto
modificado por RCA............................................................................73
Esquema 10
Esquema da obtenção do asfalto modificado usando BPM e
enxofre....................................................................................................74
Esquema 11
Esquema da obtenção do asfalto modificado usando PBO e
RCA........................................................................................................75
v
LISTA DE FIGURAS
Figura 1
Representação da estrutura química de uma molécula de
asfalteno.................................................................................................22
Figura 2
Avaliação da situação das rodovias brasileiras em 2002..................26
Figura 3
Fotografia de trincas tipo couro de jacaré.........................................29
Figura 4
Fotografia de trincas na borda ............................................................30
Figura 5
Fotografia de trincas de borda de junta.............................................31
Figura 6
Fotografia de trincas de junta de faixa...............................................31
Figura 7
Fotografia de trincas de reflexão.........................................................32
Figura 8
Efeito da quantidade de enxofre sobre o ensaio Marshall..............49
Figura 9
Foto de uma seringueira.......................................................................51
Figura 10
Pneus queimados a céu aberto.............................................................54
Figura 11
Pneus em aterros....................................................................................54
Figura 12
Amostras de CAP..................................................................................67
Figura 13
Amostras de BPM.................................................................................67
Figura 14
Amostras de RCA..................................................................................67
Figura 15
Fotografia do Viscosímetro Brookfield utilizado.............................69
Figura 16
Fotografia do Microscopia eletrônica de varredura utilizada..........69
Figura 17
Fotografia do equipamento RTFOT utilizado..................................70
vi
Figura 18
Fotografia do equipamento para ensaio dinâmico mecânico (DSR)
utilizado..................................................................................................71
Figura 19
Fotografia do equipamento RPA utilizado........................................71
Figura 20
Viscosidade Brookfield versus taxa de cisalhamento do CAP 20
puro ou modificado por 5, 10, 15 e 20 % de BPM.........................80
Figura 21
Viscosidade Brookfield do CAP 20 versus percentual de resíduo de
calçado (RCA) a 20 rpm......................................................................82
Figura 22
Viscosidade Brookfield do CAP 20 versus percentual de resíduo de
calçado (RCA) a 60 rpm......................................................................82
Figura 23
Módulo de armazenamento (G´) versus Freqüência para diferentes
percentuais
de
BPM
na
presença
ou
ausência
de
enxofre.....................................................................................................84
Figura 24
Torque viscoso versus deformação senoidal para diferentes
percentuais de BPM na presença ou ausência de enxofre...............84
Figura 25
Viscosidade dinâmica complexa versus freqüência para diferentes
percentuais
de
BPM
na
presença
ou
ausência
de
enxofre.....................................................................................................85
Figura 26
Microscopia eletrônica de varredura da mistura de CAP 20 + 5%
BPM........................................................................................................88
Figura 27
Microscopia eletrônica de varredura da mistura de CAP 20 + 5%
BPM + 2%S...........................................................................................88
vii
LISTA DE TABELAS
Tabela 1
Refinarias Nacionais.............................................................................16
Tabela 2
Aplicação do asfalto – borracha..........................................................50
Tabela 3
Grau de Desempenho do CAP 20 modificado tanto com o S +
BPM, como para RCA + 2% PBO....................................................87
Tabela 4
Ensaio de RTFOT para o CAP 20 modificado com
BPM........................................................................................................87
1
CAPÍTULO I
INTRODUÇÃO
As misturas asfálticas da região Nordeste são constituídas, há mais de 30
anos, de cimentos asfálticos oriundos exclusivamente de petróleos venezuelanos.
Com o interesse brasileiro em substituir petróleos importados por petróleos
nacionais, a Petrobrás deu início à substituição na LUBNOR - refinaria da Petrobrás
localizada em Fortaleza - dos tradicionais petróleos asfálticos venezuelanos pelo
petróleo asfáltico de Fazenda Alegre do Espírito Santo. Dada às diferenças entre os
asfaltos produzidos a partir destes petróleos (Venezuelanos e Brasileiros) faz-se
necessário um estudo das propriedades das misturas asfálticas constituídas com o
asfalto do petróleo brasileiro[1].
Os cimentos asfálticos de petróleo (CAP) produzidos no Brasil apresentam
qualidade suficientemente boa para serem usados como ligantes rodoviários, na
maior parte, das aplicações rodoviárias brasileiras. A busca sempre constante de
novos materiais que melhorem o desempenho dos pavimentos asfálticos levou ao
desenvolvimento e uso de asfaltos modificados que visam ampliar a faixa de
utilização dos ligantes rodoviários. Os principais polímeros geralmente empregados
em modificação de asfaltos nos EUA são SBR, SBS, EVA, PE, dentre outros.
A utilização da matéria prima virgem deste tipo de produto não chega a 15% do
mercado americano e europeu de ligantes rodoviários, devido ao preço elevado,
podendo efetivamente ocorrer uma grande diminuição dos custos com a utilização
dos seus resíduos [2,3,4].
2
Surge
a
necessidade
de
desenvolver
formulações
polímero/asfalto
específicas para uso rodoviário, pelos fabricantes de polímeros do mercado
brasileiro, apropriadas para misturas com cimentos asfálticos de petróleos
brasileiros.
A importância do tema será a melhoria nas propriedades que o cimento
asfáltico de petróleo terá ao serem adicionados a borracha de pneu moída (BPM) ou
os resíduos de calçados. Além deste objetivo, o fator ambiental será bastante
enfatizado, pois uma vez que retirando os pneus descartados de lugares impróprios,
contribui-se para evitar danos ao meio ambiente e à saúde pública.
O método de incorporação dos resíduos de borracha ao CAP (Cimento
Asfáltico de Petróleo) utilizado neste trabalho foi através de via úmida, e sua adição
realizou-se sob condições de temperatura e tempo controlados. Os produtos obtidos
foram analisados nos laboratórios do CENPES, Centro de Pesquisa da Petrobrás, do
LMP, Laboratório de Mecânica dos Pavimentos da UFC, INT, Instituto Nacional de
Tecnologia e nos Laboratórios do DEMA da UFCG.
Algumas justificativas e determinados aspectos relacionados ao tema servem
para evidenciar a importância desta tecnologia, principalmente no que se refere à
inovação tecnológica, e aos aspectos econômicos e ambientais.
Quanto ao aspecto tecnológico, destacam-se as grandes melhorias de
propriedades dos pavimentos asfálticos obtidas com a utilização desta nova
tecnologia, que é o uso do asfalto modificado por polímero. E as soluções asfaltoborracha apresentam durabilidade cerca de até 10 vezes superior aos asfaltos
convencionais [5].
3
Considerando-se o aspecto econômico, o asfalto modificado por borracha,
apesar de possuir um custo de 25% a 30% mais elevado em relação ao material
regularmente empregado, o ligante modificado oferece resultados superiores, em
função do comportamento físico-químico diferente do asfalto convencional. A
eficácia se traduz no aumento da vida útil do asfalto, na diminuição da sensibilidade
às variações térmicas, melhoramento da aderência pneu-pavimento e uma redução
de 65% a 85% do ruído provocado pelo tráfego sobre a pista. Por ser mais elástico,
ele
ainda
absorve
melhor
o
impacto,
oferecendo
maior
resistência
ao
envelhecimento e à propagação de trincas e formação de trilhas de rodas [6].
Com um produto de maior resistência, pode-se diminuir a camada de rolagem da
superfície de cinco centímetros - medida utilizada no asfalto comum - para uma
camada de 3,5 a 4,0 centímetros. Com isso, as camadas que serão utilizadas em
rodovias terão uma espessura menor, proporcionando também a diminuição do
degrau que existe entre a pista e o acostamento [6].
Portanto, o asfalto emborrachado pode ser aplicado para reduzir a espessura
(utilização de menos material). A diminuição dos custos pelo aumento da vida útil do
pavimento e menor utilização de material é um resultado esperado o que representa
uma enorme vantagem econômica [7].
Um quilômetro de asfalto emborrachado, com quatro linhas, pode usar em torno
de 2.000 a 3.000 pneus inservíveis, dependendo do tipo de aplicação.
Considerando-se que cada pneu de veículo de passeio pesa 10 kg, em média, e que
todos os pneus utilizados são de carros de passeio, tem-se um uso de 20 a 30t de
pneus por km de via [7].
4
Outro fator importante que reduz os custos, é que o uso de asfalto modificado, de
acordo com o relatório sobre a redução de ruído de tráfego, pelo uso de asfalto
emborrachado, no Condado de Sacramento, na Califórnia (EUA), gera uma
diminuição considerável no nível de ruído de três a cinco decibéis. Então, essa
redução pode também reduzir custos, se considerarmos a necessidade da obrigação
legal, em alguns países, da construção de paredes contra ruídos, que custam em
torno de 200 a 400 dólares por pé linear [7].
Segundo a Confederação Nacional do Transporte, CNT, o Brasil precisaria hoje
cerca de:
•
Dez bilhões de Reais para recuperação da malha rodoviária Nacional;
•
Um bilhão de Reais /ano para manutenção das rodovias.
Por outro lado, o Brasil gasta hoje:
•
Duzentos mil reais para construção de 1 km de asfalto convencional, com baixo
tráfego e pista simples;
•
Dois milhões de reais por quilômetro de asfalto convencional, com alto tráfego e
pista dupla.
Estes pavimentos asfálticos são projetados para terem uma vida útil de
aproximadamente 10 anos, entretanto, devido à má qualidade do asfalto utilizado no
Brasil, apresentam defeitos após um a três anos de utilização. Daí a necessidade
urgente da melhoria da qualidade do asfalto brasileiro.
O Brasil gastaria cerca de dois milhões e quinhentos mil reais para construir 1 km
de asfalto-borracha, com alto tráfego e pista dupla, apresentando um custo superior
5
quando comparado à construção do asfalto convencional nas mesmas condições.
Entretanto, através de experiências em trechos experimentais no exterior, o asfalto
tem apresentado uma vida útil superior a 10 anos, devido à melhoria da qualidade
do asfalto [8].
Algumas externalidades são importantes para fins de análise econômica, tais
como a diminuição de custos operacionais de veículos e diminuição de acidentes.
Porém, a maior dificuldade de encorajar a utilização de borracha em pavimentação
está ligada à expectativa de um maior custo nos processos produtivos do asfalto
emborrachado.
De acordo com experiências realizadas no Rio Grande do Sul, a maior parcela do
custo ficaria por conta da logística associada à obtenção da borracha resultante da
reciclagem de pneus. Porém a economia vem de um ciclo de vida maior, que diminui
a manutenção e a utilização de menos material. Na maioria dos casos, dada a
flexibilidade e força do asfalto emborrachado, apenas metade do material é
necessário quando comparado ao concreto asfáltico tradicional. Além da melhoria
das propriedades do asfalto levando a uma maior durabilidade do mesmo [7].
Quarenta e cinco milhões de pneus são produzidos no Brasil por ano e
atualmente são reciclados cerca de 10% dos pneus. A Resolução 258/99 do
Conselho Nacional de Meio Ambiente (CONAMA) passou a vigorar, em 1º de janeiro
e o que fazer com os pneus tornou-se uma obrigação perante a lei (ver Resolução
Nº 258 de 26/08/99 do CONAMA / Anexo I) [9,10].
O aspecto ambiental tem se destacado no mundo inteiro, por representar a
retirada das enormes e crescentes quantidades desses resíduos de pneus do meio
6
ambiente, de forma racional. Sabe-se que os mesmos duram centenas de anos para
se degradarem.
Portanto, o objetivo principal deste trabalho de dissertação consiste no
desenvolvimento de misturas asfálticas, utilizando o CAP 20, brasileiro, resíduos de
borracha de pneu moída (BPM) ou de calçados (RCA), com a meta de se obter
misturas asfálticas com melhores propriedades finais de uso.
Dentre tais objetivos, alguns específicos foram analisados neste trabalho, tais
como:
•
Observação do método de incorporação da borracha ao cimento asfáltico de
petróleo;
•
Análise dos fatores que podem influenciar no desempenho das misturas
asfálticas;
•
Utilização de ensaios para a avaliação das propriedades físicas, químicas e
reológicas das misturas;
•
Análise da viabilidade técnico-econômica das misturas asfalto-borracha;
•
Proposição de soluções para o problema de depósito de pneus inservíveis e
resíduos industriais;
7
CAPÍTULO II
2. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
2.1 CIMENTO ASFÁLTICO DE PETRÓLEO (CAP)
De acordo com a ASTM (American Society for Testing and Materials), o asfalto é
definido como um material cimentante castanho escuro ou preto, em que os
constituintes principais são betumes que ocorrem na natureza ou que se obtêm do
processamento de petróleo [11].
O betume (de acordo com a ASTM) é uma classe de substância cimentante preta
ou escura (sólida, semi-sólida ou viscosa), natural ou fabricada, composta
principalmente de hidrocarbonetos de alta massa molecular, de que são típicos os
asfaltos [11].
Asfalto também pode ser definido como um produto orgânico, composto por
hidrocarbonetos pesados que, juntamente com óleo combustível, graxas,
carvão e petrolato, constituem os resíduos da destilação fracionada do
petróleo. Pode-se definir o asfalto como um composto de materiais
aglomerantes, constituídos por misturas complexas de hidrocarbonetos não
voláteis de elevada massa molecular
[12]
. Estes podem ser encontrados em
jazidas naturais, na forma de bolsões de asfaltos, originados da evaporação
das frações mais leves (mais voláteis) do petróleo e aflorados à superfície em
épocas
remotas. São exemplos
Trinidad e do Lago Bermudez [13].
sempre citados os asfaltos
naturais de
8
Enfim, trata-se de um material de particular interesse para a engenharia, por
ser
um
aglomerante
resistente,
com
grande
adesividade,
altamente
impermeável e de grande duração [12].
Caracteriza-se como uma substância com propriedades reológicas, cujo
comportamento físico varia com a temperatura. O asfalto pode ser produzido
numa variedade de tipos e qualidades que vão desde sólidos até líquidos
quase tão fluidos como a própria água. O tipo semi - sólido, conhecido como
betume asfáltico, é o material básico. Os produtos asfálticos líquidos são
preparados geralmente dissolvendo-se os betumes asfálticos e misturando-os
com um destilado de petróleo, ou ainda emulsificando-os com água [12].
Para ser utilizado em pavimentação, o asfalto, material termoplástico que é semisólido à temperatura ambiente precisa ser aquecido (T>100ºC) para atingir a
viscosidade adequada à mistura. Além do aquecimento, outras alternativas para
tornar o asfalto trabalhável são a diluição com solventes derivados de petróleo ou o
emulsionamento [13,14].
De forma geral, os tipos de asfaltos existentes são [13,14]:
I) Cimentos asfálticos de petróleo (CAP);
II)Asfaltos diluídos;
III)Asfaltos emulsionados;
IV)Asfaltos soprados;
V)Agentes rejuvenescedores.
9
VI)Asfaltos modificados;
Os três primeiros tipos e o último são normalmente usados em pavimentações de
estradas, e os outros, em impermeabilizações.
I) Cimentos asfálticos de petróleo
O asfalto de petróleo utilizado em pavimentos é chamado de asfalto de
pavimentação ou cimento asfáltico de petróleo (CAP). Este é um material negro,
pegajoso, semi-sólido e bastante viscoso. Compõe-se principalmente de moléculas
complexas de hidrocarbonetos e também de outros átomos, tais como o oxigênio,
nitrogênio e enxofre. Pelo fato de ser pegajoso, o asfalto adere às partículas de
agregado (areia, pedregulho, pedra britada e escória) e pode ser usado para
cimentar as partículas num concreto asfáltico [11].
Classificam-se os CAP’s pela viscosidade e pela penetração
[14]
. No Brasil, há
quatro tipos de CAP´s classificados quanto à penetração: CAP 30 / 45, CAP 50 / 60,
CAP 85 / 100 e CAP 150 / 200. E com base na viscosidade a 60ºC, englobam três
tipos: CAP 7, CAP 20 e CAP 40 [5].
II) Asfaltos diluídos
O asfalto diluído é um material resultante da diluição de um cimento asfáltico de
petróleo adequado em quantidades variáveis de diluente, também de petróleo,
conforme o tipo desejado [15].
10
Os solventes do petróleo utilizados na dissolução do cimento asfáltico são
chamados de destilado, diluente e agente de recorte. Caso o solvente utilizado na
produção do asfalto diluído for bastante volátil, ele escapará rapidamente por
evaporação. Por outro lado, os solventes de volatilidade menor, evaporam-se mais
lentamente [11].
Em relação ao tempo que o solvente leva para evaporar, os asfaltos diluídos se
classificam em três tipos [11]:
•
De cura rápida, CR ou “RC” em inglês – cimento asfáltico e diluente leve de
alta volatilidade, geralmente na gama de ponto de ebulição da gasolina ou
nafta (RC-70, 250, 800, 3000);
•
De cura média, CM ou “MC”em inglês – cimento asfáltico e diluente médio de
volatilidade intermediária, geralmente na gama do ponto de ebulição do
querosene (MC-30, 70, 250, 800, 3000);
•
De cura lenta, CL ou “SC“ em inglês – cimento asfáltico e óleos de baixa
volatilidade (SC-70, 250, 800, 3000).
No Brasil, tem-se como especificação: cura rápida, CR-70, CR-250 e de cura
média, CM-30, CM-70.
Os asfaltos diluídos de cura lenta são chamados de óleos rodoviários. Este termo
se originou há muitos anos quando o óleo residual asfáltico era aplicado para
proporcionar às estradas uma superfície de baixo custo e resistente às intempéries.
Mas não existe a fabricação deste tipo de asfalto diluído no Brasil [11].
11
Daí a importância do estudo do asfalto diluído, pois no processo de
pavimentação, o CAP deve estar suficientemente fluido durante sua aplicação, e
suficientemente rígido após a aplicação, portanto para que isso seja possível,
mistura-se ao cimento asfáltico, derivados de petróleo mais leves, que proporcionam
produtos menos viscosos e podem ser aplicados a temperaturas mais baixas: é o
chamado asfalto diluído [13,14].
III) Asfaltos emulsionados
As emulsões asfálticas apresentam grandes vantagens sobre os asfaltos diluídos
e os cimentos asfálticos, razão pela qual seu uso tem aumentado constantemente.
Uma emulsão asfáltica consiste em finíssimas gotículas de asfalto dispersas na água
por meio de um agente emulsificador. Os agentes emulsificadores de asfalto
apresentam as moléculas constituídas por dois grupos funcionais: o polar e não
polar. O grupo polar é solúvel em água e o grupo não polar (usualmente uma longa
cadeia
de
hidrocarbonetos)
solubiliza
o
asfalto.
A
maioria
dos
agentes
emulsificadores dissocia-se, na água, em ânions (partículas negativas) e cátions
(partículas positivas) [12].
Por seleção adequada do agente emulsificador e de outros controles de
fabricação, produzem-se emulsões asfálticas de diferentes tipos e graus. De acordo
com a escolha do agente emulsificador, as emulsões asfálticas podem ser
classificadas como:
•
Aniônicas – glóbulos de asfalto são carregados eletronegativamente;
•
Catiônicas - glóbulos de asfalto são carregados eletropositivamente;
12
•
Não-iônicas - glóbulos de asfalto são neutros.
Os dois primeiros tipos são usados na construção e manutenção de rodovias.
Tanto nos asfaltos diluídos como nas emulsões asfálticas, o produto que
permanece após a evaporação dos solventes e da água, é o cimento asfáltico. O
desempenho das misturas asfálticas, portanto, é função das propriedades do CAP
[11]
.
IV) Asfaltos soprados ou oxidados
O processo de sopragem de ar produz materiais que amolecem a temperaturas
mais elevadas do que os cimentos asfálticos, ou seja, asfaltos oxidados são mais
duros, menos sensíveis às variações de temperatura e mais resistentes às
intempéries [15].
Os asfaltos oxidados em estado sólido precisam ser aquecidos ou derretidos
antes da aplicação, o que normalmente é feito no interior da obra, por meio de
queima de óleo. O aquecimento do asfalto na obra tem a desvantagem de promover
uma nova oxidação do asfalto sem os controles adequados, além de onerar os
custos e de contribuir em muito para a poluição do meio ambiente [12].
Esta temperatura é chamada de ponto de amolecimento do asfalto. Mesmo a
esta temperatura, o asfalto mantém ainda sua capacidade de impermeabilização.
Contudo, há certa redução na ductilidade quando comparada à do cimento asfáltico
com finalidade de pavimentação [11].
13
Pelo fato do ponto de amolecimento ser uma propriedade importante e desejada
dos asfaltos soprados, estes se classificam em termos do ensaio de ponto de
amolecimento, em vez de viscosidade e penetração [11].
Os asfaltos soprados são usados em uma vasta variedade de finalidades
industriais e específicas, tais como: em telhados, revestimento de canos, vedação
inferior
dos
pavimentos
de
concreto
de
cimento
Portland,
membranas
impermeabilizantes no revestimento de canais e reservatórios e aplicações
hidráulicas. Às vezes, os asfaltos soprados são usados em misturas de asfaltoagregado com a finalidade de pavimentação [11].
V) Agentes rejuvenescedores
Os agentes rejuvenescedores são usados no processo de reciclagem de
pavimentos, sob a qual é uma técnica que reutiliza os agregados e ligante do
pavimento. Devido às condições climáticas, aumento e diminuição de temperatura,
chuvas, o asfalto sofre envelhecimento, causado pelo aumento de sua consistência
(viscosidade e ponto de amolecimento).
Estas alterações são originadas pelo aumento do teor de asfaltenos e pela
redução do teor de aromáticos e resinas [14].
VI) Asfaltos modificados
Asfalto modificado é um material resultante da adição de determinados polímeros
ao cimento asfáltico de petróleo [15].
14
O asfalto modificado é o tema do nosso trabalho. Seu uso faz melhorar as
propriedades do cimento asfáltico e sua aplicação tem aumentado a cada ano. Os
modificadores são adicionados com o objetivo de melhorar o grau de desempenho
dos pavimentos, aumentando assim a resistência à deformação permanente e ao
aparecimento de trincas por fadiga e de contração térmica, retardando o
envelhecimento do material e melhorando a adesividade. Os principais tipos de
modificadores são os polímeros (SBR, SBS, e EVA), a borracha de pneu moída e
resíduos de calçados [16,17].
2.2 PRODUÇÃO DO CIMENTO ASFÁLTICO DE PETRÓLEO.
O petróleo cru dos poços de exploração tem seus constituintes ou frações
separadas na refinaria. O meio principal de proceder à separação é a destilação.
Após a separação, os constituintes sofrem refino ou processamento adicional para a
obtenção de produtos que atendam a requisitos específicos [18].
Há doze refinarias distribuídas no território nacional (ver Tabela 1) e dentre estas
as que produzem asfalto são: Refap, Lubnor, Regap, Reman, Repar, Replan, Revap,
e Rlam. As capacidades instaladas destas refinarias produtoras de asfalto são
respectivamente: 189 mil barris / dia, 6 mil barris / dia, 151 mil barris / dia, 46 mil
barris / dia, 196 mil barris / dia, 360 mil barris / dia, 226 mil barris / dia e 307 mil
barris / dia [19].
15
Tabela 1. Refinarias Nacionais.
Refinarias
Localização
RLAM – Refinaria Landulpho Alves
Mataripe, Bahia.
RPBC – Refinaria Presidente Bernardes
Cubatão, São Paulo.
REDUC – Refinaria Duque de Caxias
Campos Elíseos, Rio de Janeiro.
REGAP – Refinaria Gabriel Passos
Betim, Minas Gerais.
REFAP – Refinaria Alberto Pasqualini
Canoas, Rio Grande do Sul.
REPLAN – Refinaria de Paulínia
Paulínia, São Paulo.
REMAN – Refinaria de Manaus
Manaus, Amazonas.
RECAP – Refinaria de Capuava
Mauá, São Paulo.
REPAR – Refinaria Presidente Getúlio Vargas
Araucária, Paraná.
REVAP – Refinaria Henrique Lage
São José dos Campos, São Paulo.
LUBNOR – Lubrificantes do Nordeste
Fortaleza, Ceará.
RPBC – Refinaria Presidente Bernardes
Cubatão, São Paulo.
O refino do petróleo bruto para se obter as frações que compõem o cimento
asfáltico de petróleo (CAP), está ilustrado no Esquema 1. Inicialmente, o petróleo cru
passa através de um trocador de calor, cuja finalidade é elevar a temperatura para
iniciar o refino do óleo. Após este aquecimento o óleo vai para a torre de destilação
a fim de separar os componentes leves dos mais pesados, onde aqueles são
facilmente volatilizados e retirados para um novo refino e, portanto, separados em
nafta, gasolina, querosene, dentre outros produtos de grande utilidade, dependendo
do óleo cru que se processa.
16
O resíduo desta operação é o que interessa para a produção do CAP, sendo este
resíduo a fração mais pesada do óleo cru que passa por processos adicionais,
obtendo-se o asfalto, ou seja, o cimento asfáltico de petróleo. O processo adicional é
a destilação a vácuo que remove frações de alto ponto de ebulição [11].
Esquema 1. Etapas da produção do cimento asfáltico de petróleo.
Após a sua produção, segue a etapa da mistura com a borracha na própria
refinaria. As etapas de usinagem, aplicação e compactação dos ligantes modificados
na pista, não têm muita mudança em relação aos ligantes tradicionais, com exceção
17
dos detalhes de temperatura. A temperatura de descarregamento do silo para o
caminhão de transporte deve ser controlada (Tmáxima = 177º C) [20].
O monitoramento das temperaturas no campo deve ser constante para identificar
o momento ideal de se iniciar o processo de rolagem, para isso, pode-se utilizar
termômetros digitais ou os tradicionais termômetros com haste de mercúrio [20].
A temperatura de rolagem é a mais elevada que a mistura asfáltica possa
suportar e esta deve ser iniciada com baixa pressão dos rolos pneumáticos. Por
outro lado, a temperatura de compactação deve ser em torno de 155° a 160°C, pois
quando a massa encontra-se muito quente, poderá haver o trincamento, e a
formação de “ondas” à frente do rolo [20].
Durante a etapa de transporte do asfalto modificado, a temperatura dos ligantes
se mantém praticamente constante, porém durante a sua descarga, normalmente
ocorre uma perda considerável de caloria, então é recomendável dispor de uma
caldeira de aquecimento eficiente para manter as temperaturas necessárias a
usinagem. Por outro lado, devido à alta viscosidade dos ligantes modificados, os
caminhões de transporte possuem equipamentos especiais para manter a
estabilidade do ligante, sendo dotados de agitadores helicoidais e bomba de asfalto
de alto desempenho para bombeamento e mistura de líquidos altamente viscosos
com controle de velocidade [20].
Há uma exigente sistemática a ser empregada desde a produção do cimento
asfáltico até a etapa de compactação. Estabelece-se um monitoramento no controle
de qualidade dos materiais empregados, nos equipamentos, nos transportes, além
do aspecto ambiental. Têm-se alguns aspectos relevantes a considerar segundo a
norma (NORMA DNIT 031 / 2003 – ES), apresentada a seguir, e as especificações
18
desta norma servem também para os asfaltos modificados, porém com alguns
cuidados extras, devido à mudança nas propriedades do asfalto convencional
quando adicionamos a borracha:
• Os materiais constituintes do ligante asfáltico, tipo agregado graúdo,
agregado miúdo, cargas minerais, devem satisfazer às especificações,
havendo uma boa adesividade entre o ligante betuminoso e os agregados;
• Os equipamentos devem estar aptos para realizar os trabalhos constantes da
obra. Depósitos para ligantes asfálticos devem controlar a temperatura, de
forma que não ocorra o superaquecimento localizado, utilizando-se desta
forma, um sistema de recirculação;
• Nos depósitos para os agregados, os silos devem ter capacidade total
adequada e serão divididos em compartimentos, dispostos de forma a separar
e estocar as frações do agregado;
• Usinas de asfalto devem ter uma distância superior a 200 m das residências,
hospitais, clínicas, escolas, parques e outras instituições comunitárias.
Portanto, após a aplicação do asfalto modificado com borracha sobre o
pavimento, mediante os controles de temperatura, o trânsito poderá ser liberado
imediatamente após o resfriamento da camada asfáltica [20].
2.3 ESTRUTURA QUÍMICA DO CIMENTO ASFÁLTICO DE PETRÓLEO
O resíduo da destilação, geralmente exige a separação de quatro classes
diferentes de compostos: Saturados, Aromáticos, Resinas e Asfaltenos – SARA [21].
19
A estrutura complexa do betume (Esquema 2) é composta por substâncias de
caráter insaturado que apresentam alta reatividade frente ao oxigênio. Este fato é
explicado quando o radical oxigênio quebra as duplas ligações das estruturas do
betume formando grupamentos funcionais que aumentam as interações das
moléculas do asfalto. Estes produtos da oxidação formam grupos polares de forte
interação resultando no aumento da viscosidade [22].
BETUME
Saturados
Aromáticos
H
C
N
S
S
Resinas
Asfaltenos
S
Esquema 2. Estruturas representativas das quatro frações betuminosas:
saturados, aromáticos, resinas e asfaltenos.
Asfaltenos e Resinas formam um grupo de compostos heterorgânicos de alta
massa molecular, que se encontram presentes em óleos crus e resíduos da
destilação. São constituídos de 80-95% de carbono e hidrogênio, com oxigênio
sempre presente. Enxofre, nitrogênio e metais (vanádio, níquel e ferro) normalmente
se apresentam na estrutura [21].
20
Os dados abaixo mostram a composição química média dos principais tipos de
asfaltos [23].
Elemento
C (%)
H (%)
S (%)
O (%)
N (%)
Teor
84,8
10,4
3,2
0,25
0,68
V (ppm)
Ni (ppm)
4 - 1380 0,4 - 109
As resinas são semi-líquidas (às vezes semi-sólidas) de coloração variando de
marrom escuro ao preto, com massa molar entre 500 e 2.000 g/mol. Os asfaltenos,
por sua vez, são amorfos com massa molar variando de 1.000 a 10.000 g/mol
[17]
.
Verifica-se, portanto, a complexidade da composição química do cimento asfáltico de
petróleo por possuir um elevado peso molecular. Há cerca de 20 a 120 átomos de
carbono por molécula de CAP [24].
A composição química do cimento asfáltico influencia diretamente em suas
propriedades físicas: os elementos saturados não contribuem para a melhoria da
susceptibilidade térmica e quando em maiores concentrações, amolecem o produto,
os grupos aromáticos melhoram as propriedades físicas do CAP, as resinas
influenciam negativamente a susceptibilidade térmica, porém melhoram a ductilidade
e dispersão de asfaltenos e por último, os asfaltenos que melhoram na
susceptibilidade térmica e contribuem para o aumento da viscosidade [25].
Os asfaltenos são formados por aglomerados de compostos polares e
polarizáveis, constituídos de hidrocarbonetos naftênicos condensados e de cadeias
curtas de hidrocarbonetos saturados. Os asfaltenos têm um elevado grau de
importância, já que são responsáveis pelo comportamento reológico dos CAP’s. A
Figura abaixo mostra uma estrutura química típica da molécula dos asfaltenos [24].
21
CH 2CH 3
CH 3
CH 3
CH 3
H 3C
Et
Et
Et
Et
Et
Et
Et
N
CH 3
Et
S
Figura 1. Representação da estrutura química de uma molécula de asfalteno.
(1)
(2)
(3)
(4)
(5)
(6)
(1) asfaltenos, (2) aromáticos de alto peso molecular, (3) aromáticos de baixo peso molecular,
(4) aromáticos e naftênicos, (5) naftênicos e alifáticos, (6) saturados.
Esquema 3. Representação esquemática dos componentes de uma molécula de
asfalto típica.
22
As Resinas são compostos polares e polarizáveis poliaromáticos, possuindo um
elevado teor de heteroátomos, contudo sua massa molecular é inferior ao dos
asfaltenos.
O CAP, segundo Yen, pode ser considerado uma dispersão coloidal de
asfaltenos em saturados e aromáticos, envolto por resinas, que agem como agentes
peptizantes. Esta interação dos asfaltenos conduz à formação de aglomerados,
através de forças intermoleculares fracas, denominadas de forças de Van der Waals.
A ligação é originada por atrações dipolo-dipolo induzidas por heteroátomos
presentes na estrutura [26].
A estrutura do cimento asfáltico de petróleo é bastante complexa, portanto há um
novo modelo estrutural para o CAP. Segundo o programa SHRP (Strategic Highway
Research Program), os compostos que constituem o CAP são polares e não polares,
portanto, forças intra e intermoleculares são responsáveis pela formação de redes
tridimensionais, resultando em características elásticas e viscosas [27].
2.4 CONDIÇÕES DO SISTEMA RODOVIÁRIO BRASILEIRO
Pesquisas Rodoviárias realizadas pela CNT (Confederação Nacional do
Transporte), indicam melhorias em nossas rodovias em relação às características do
pavimento, sinalização e, em menor parte, engenharia. Em 2002, verificaram-se
maiores ganhos nas condições do pavimento, com elevação dos percentuais
favoráveis em comparação com os resultados da Pesquisa Rodoviária de 2001 [28].
Apesar desta situação, ressalva-se que este esforço de readequação das
rodovias nacionais deve ocorrer em ritmo bem mais intenso que o atualmente
23
verificado para que, num futuro não muito distante, as condições de segurança,
capacidade viária e fluidez atinjam patamares de eficiência satisfatórios e
compatíveis com o desenvolvimento que se espera do País [28].
Ainda se verifica nas rodovias pesquisadas, por exemplo, que 38,8% da
extensão encontram-se com pavimento em estado deficiente, ruim ou péssimo
(18.275 Km) [28].
A análise da evolução do estado geral, resultante da avaliação simultânea dos
critérios avaliados pela pesquisa rodoviária, revela que em 2002, houve um aumento
de 9,6 pontos percentuais nas rodovias classificadas como ótimas ou boas em
relação a 2001. Com isso, o estado geral de conservação considerado satisfatório
subiu de 31,3% para 40,9% em 2003. Apesar deste avanço, o ritmo das melhorias
caiu em relação ao período 2000/2001, quando foi verificado crescimento de 11,6%
nos trechos avaliados como bons ou ótimos. Tem-se, ainda elevados índices de
59,1% (27.838 Km) que apresentam algum tipo de deficiência [28].
Mantendo a tendência observada em 2001, as condições de pavimentação
foram as que obtiveram o maior ganho. Em 2001, 47,7% da extensão avaliada foram
classificadas como detentoras de boas ou ótimas condições de pavimento, contra os
61,2 % de 2002, ou seja, houve um aumento de 13,5 pontos percentuais. Ao se
observar a situação do pavimento das estradas em 1999, quando a classificação
positiva somava 62,2%, percebe-se que, com os 61,2% observados em 2002, foram
retomados os patamares do estado geral de conservação de três anos atrás (ver
Figura 2) [28].
Cabe destacar alguns pontos que contribuíram para a melhoria no estado de
conservação do pavimento rodoviário. Em primeiro lugar, o total de rodovias (em km)
24
cujo pavimento encontra-se totalmente perfeito e sem irregularidades em toda a
superfície subiu de 48,4%, em 2001, para 62,3% em 2002. Ao mesmo tempo,
reduziram-se de 33,0% para 31,4% os trechos (em km) em que havia irregularidades
no pavimento [28].
Então, munidos de informações de qualidade, poder-se-á tomar decisões mais
efetivas, pois só com elas será possível a reversão do deficiente estado de nossas
estradas e a formulação de uma nova realidade, com redução do custo Brasil e
valorização do setor, permitindo ao País ter um transporte rodoviário eficiente [28].
Figura 2. Avaliação da situação das rodovias brasileiras em 2002.
25
2.4.1 FALHAS MAIS COMUNS EM PAVIMENTOS ASFÁLTICOS
2.4.1.1 Trilhas de roda
A trilha de roda é uma das deformações permanentes mais existentes em
pavimentos e é muito comum o seu surgimento em interseções e em trechos com
tráfego intermitente.
Prováveis causas:
• Caminhões pesados;
• Tráfego lento e/ou intermitente;
• Agregados de má qualidade;
• Asfalto com elevada suscetibilidade térmica;
• Construção de má qualidade;
• Dano por umidade;
• Compactação pelo tráfego, após a construção.
O uso de projetos adequados, agregados e asfaltos de boa qualidade são
objetos de solução e prevenção destes defeitos em pavimentos e o uso de ligantes
modificados por polímeros, têm-se mostrado bastante eficiente [29].
26
2.4.1.2 Trincas em pavimentos
As trincas são defeitos existentes em pavimentos, que necessitam serem
corrigidas por processos de selagem por duas razões: a) para evitar a intrusão de
materiais indesejáveis e b) para evitar a intrusão de água nas camadas subjacentes
do pavimento [11].
Existem vários tipos de materiais de selagem de trincas que são satisfatórios,
entretanto, algumas propriedades gerais se aplicam a qualquer material usado com
esta finalidade. Estas propriedades incluem:
•
Ligação/ boa adesão;
•
Facilidade de aplicação;
•
Resistência ao envelhecimento;
•
Resistência às intempéries;
•
Compatibilidade com o asfalto.
O asfalto modificado por borracha atende a estes pré – requisitos e, portanto,
pode ser usado na selagem de trincas. Estes materiais são por natureza mais caros,
exigindo técnicas de manuseio muito bem controladas e uma preparação muito
maior da trinca. Contudo mantêm a selagem eficaz por longo prazo em praticamente
todos os climas. Os períodos de vida esperados são de três a oito anos,
dependendo do material usado, da condição do pavimento, e das técnicas utilizadas
ao aplicar a selagem de trincas.
27
Embora sejam, inicialmente, de utilização mais cara, os selantes de asfaltos
permitem, de fato, a economia de mão-de-obra e tempo, podendo ser em longo
prazo, de custo real menor.
Os tipos de trincas mais comuns nos pavimentos são [11]:
I)
Trincas em couro de jacaré;
II)
Trincas nas bordas;
III)
Trincas nas juntas;
IV)
Trincas de reflexão;
V)
Trincas de contração;
VI)
Trincas de escorregamento.
I) Trincas em couro de jacaré / rachaduras
As trincas em couro de jacaré são trincas interligadas que formam uma série de
blocos pequenos assemelhando-se ao couro de jacaré (ver Figura 3). Podem ser
associados ao subleito mole [11].
Figura 3. Fotografia de trincas tipo couro de jacaré.
28
II) Trincas nas bordas
As trincas nas bordas são trincas longitudinais próximo às bordas do pavimento,
podendo ter ou não ramificações na direção dos acostamentos (ver Figura 4). As
trincas de borda ocorrem normalmente por faltar ao pavimento asfáltico o apoio
lateral ou do acostamento e isto poderá resultar na contração por ressecamento do
solo circunvizinho [11].
Figura 4. Fotografia de trincas na borda.
III) Trincas de juntas
São dois os tipos de trincas de juntas. Um deles é o tipo trinca de borda de junta
(Figura 5), que ocorre entre o pavimento e o acostamento. O outro tipo é a trinca de
junta de faixa (Figura 6) que ocorre entre duas faixas de pavimentação vizinhas.
A alternância de molhagem e secagem, de gelo e degelo abaixo da superfície do
acostamento é uma causa comum do trincamento de borda. Resulta, geralmente, de
má drenagem e água presa ou empoçada nas depressões na junta do pavimento
com o acostamento [11].
29
As trincas de junta de faixa de pavimentação, por outro lado, são causadas
usualmente por uma sutura fraca ou colagem deficiente entre os espalhamentos de
mistura contíguos nos pavimentos [11].
Figura 5. Fotografia de trincas de borda de junta.
Figura 6. Fotografia de trincas de junta de faixa.
IV) Trincas de reflexão
As trincas de reflexão ocorrem nos reforços asfálticos. Estas trincas refletem o
padrão de trincas da estrutura de pavimento subjacente. São mais comuns nos
30
reforços asfálticos sobre pavimentos de concreto de cimento ou bases tratadas pelo
cimento.
As trincas de reflexão (ver Figura 7) são causadas por deslocamentos verticais
ou horizontais do pavimento sob o reforço, resultantes das cargas do tráfego,
temperatura e movimentos do solo [11].
Figura 7. Fotografia de trincas de reflexões.
V) Trincas de contração
As trincas de contração são trincas interconectadas que formam uma série de
blocos grandes, geralmente de cantos ou ângulos vivos.
As trincas de contração, geralmente, são causadas pelo envelhecimento.
Decorridos vários anos de exposição atmosférica, o asfalto pode perder parte de sua
elasticidade ou resistência. Enquanto isto os materiais do pavimento estão
submetidos constantemente a expansões e contrações causadas por variações de
temperatura [11].
31
VI) Trincas de escorregamento
As trincas de escorregamento são aquelas resultantes das forças horizontais
induzidas pelo tráfego. Produz-se por falta de ligação entre a camada superficial e a
subjacente. A falta de ligação pode ser devido à presença de poeira, terra e óleo [11].
2.5 CARACTERIZAÇÃO DOS LIGANTES ASFÁLTICOS
2.5.1 Parâmetros essenciais nas caracterizações dos CAP’s
Há três parâmetros que são avaliados nas propriedades dos CAP’s e essenciais
em suas caracterizações, envolvendo uma série de normas e técnicas, são eles: a
consistência, a pureza e a segurança [11,30,31].
A consistência dos CAP’s é a propriedade que diz o quanto o asfalto flui a uma
determinada temperatura. A variação de viscosidade com a temperatura gera a
padronização num ensaio de viscosidade, podendo haver comparação entre os
diferentes cimentos asfálticos de petróleo. A consistência utilizada para classificar os
ligantes asfálticos pode ser determinada através dos ensaios de penetração e
viscosidade, além de haver as especificações superpave (baseada no grau de
desempenho do pavimento) [11,30,31].
As especificações americanas de cimentos asfálticos são baseadas nos ensaios
de penetração a 25ºC e viscosidade a 60ºC, assim como as brasileiras. Os
pesquisadores do SHRP (Strategic Highway Research Program) não seguem o
empirismo das especificações ASTM e, portanto, desenvolveram novos requisitos
32
baseados em ensaios reológicos com critérios relacionados ao desempenho em
serviço [32].
A caracterização da consistência de ligantes asfálticos através dos ensaios de
penetração e viscosidade apresenta limitações quando utilizada para seleção de
ligantes e para a estimativa do desempenho ao longo da vida em serviço. Apesar da
viscosidade ser uma propriedade fundamental, ela apenas fornece informações
sobre o comportamento viscoso a alta temperatura, sem nenhuma informação sobre
o desempenho a média e a baixa temperatura. Por sua vez, o ensaio de penetração,
apenas descreve a consistência a uma temperatura intermediária, 25ºC [13].
A nova especificação Superpave para materiais asfálticos seleciona o ligante em
função do grau de desempenho (PG, Performance Grade) sob condições climáticas
da região em que será utilizado.
[33]
. Esta classificação Superpave é composta por
dois números, o primeiro correspondente à temperatura mais elevada do pavimento,
ou seja, aquela em que os ensaios avaliam a resistência ao acúmulo de deformação
permanente. O segundo número se refere à temperatura mínima do pavimento,
aquela em que os ensaios analisam a resistência às trincas por contração de origem
térmica [34].
As temperaturas de pavimento obtidas por cada região do Brasil mostraram que
os tipos de CAP requeridos pelo clima brasileiro, sem levar em conta o nível de
tráfego, são PG 64-16 e PG 70-16 que são atendidos respectivamente pelos CAP 20
e CAP 40 [14].
Outro parâmetro importante que é avaliado nas propriedades dos CAP’s é a
pureza, pois caso haja resquícios de água no CAP, e se o mesmo for posto em
33
processamento, poderá causar espuma quando a temperatura alcançar 100ºC. Isto
afetará principalmente a segurança de utilização do cimento asfáltico [11,30,31].
O ponto de fulgor é um indicador de segurança que indica a temperatura acima
da qual o asfalto pode ser considerado um produto inflamável, sempre que houver
uma fonte de ignição. Portanto, é de extrema necessidade a sua determinação, pelo
fato do ligante asfáltico ao ser aquecido, a uma temperatura muita elevada, liberar
vapores do produto, que ao misturar-se com o ar poderá gerar vapores sensíveis a
centelhas [13].
Para que se tenha uma boa margem de segurança desde o processamento do
cimento asfáltico, até atingir a fase da distribuição e da compactação, algumas
normas devem ser obedecidas para a seleção e padronização de cimentos asfálticos
de petróleo. São as normas ASTM e AASHTO, compreendendo os mesmos
princípios de análise, algumas vezes nas mesmas condições. No Brasil existem as
Normas ABNT – Associação Brasileira de Normas Técnicas, que englobam
geralmente as técnicas americanas e outras normas corporativas, como as da
PETROBRAS – Petróleo Brasileiro [11,30,31].
2.5.2 Caracterização física e reológica dos ligantes asfálticos
Existem atualmente diversas definições para o termo reologia, dentre estas
podemos citar: a) a reologia pode ser definida como sendo a parte da física que
estuda o comportamento mecânico dos materiais que não são nem sólidos nem
líquidos
[35]
, b) a reologia do asfalto é o estudo dos modelos tensão-deformação do
material em relação ao tempo
[36]
, c) a reologia, do grego rhéos=fluxo, também é
34
definida como o ramo da física que trata do estudo da deformação e do fluxo (ou
fluência) dos materiais quando sujeitos a uma carga qualquer, levando-se em
consideração o tempo de duração dessa carga [37].
Os fluidos podem apresentar formas de deformação semelhantes às que ocorrem
nos sólidos. Todavia, diferentemente dos sólidos, nos fluidos todas as deformações
envolvem escoamento, o que torna seus efeitos totalmente irreversíveis, salvo nos
casos dos fluidos viscoelásticos onde parte da deformação pode ser recuperada. O
tipo mais comum de deformação dos fluidos é por cisalhamento simples, o qual gera
um escoamento caracterizado pelo movimento relativo das camadas ou moléculas
do fluido devido à ação da força externa [38].
Então, segundo a lei de Newton, um líquido viscoso ideal é aquele que ao ser
submetido a uma tensão de cisalhamento, escoa e sofre deformação irreversível. O
coeficiente de viscosidade (μ) ou simplesmente viscosidade, é a relação entre a
tensão de
cisalhamento (τ) aplicada e a taxa de deformação de
cisalhamento
(dγ/dt) [14].
τ = μ (dγ/dt)
A determinação da viscosidade tem um elevado grau de importância. Um
pavimento asfáltico, por exemplo, antes de ser colocado em serviço, passa pelas
etapas de mistura, lançamento e compactação. Nessas etapas o ligante asfáltico
deve apresentar o comportamento de um fluido, facilitando sua mistura com os
agregados minerais e aumentando a eficiência de compactação.
35
A relação entre tensão-deformação em função do tempo de carregamento e da
temperatura pode ser empregada para explicar o conceito de rigidez de um cimento
asfáltico. No instante da aplicação de carga, há uma deformação elástica (γE), a que
são somadas, durante o tempo de aplicação de carga, uma componente elástica
retardada (γER), e uma componente viscosa (γV). Imediatamente após o
descarregamento, ocorre a recuperação da deformação elástica, sendo mister um
período de tempo para a recuperação da deformação elástica retardada. A
componente viscosa constitui a deformação permanente [13].
Há dois métodos para a caracterização física e reológica dos ligantes asfálticos.
O primeiro é o método baseado na penetração e viscosidade e o segundo é
chamado de SUPERPAVE baseado no desempenho do material.
2.5.2.1 Caracterização dos CAP’s por penetração
O equipamento de penetração é responsável pelo controle da consistência dos
ligantes asfálticos semi-sólidos a uma temperatura de 25ºC, considerada a
temperatura média do pavimento em serviço [39].
Este ensaio consiste em uma agulha colocada em uma massa padrão a
temperatura de 25ºC e a observação de quanto a agulha penetra no asfalto após um
tempo de 05 s (cinco segundos). É comum variar a temperatura de ensaio para
efeitos comparativos, desta forma varia-se também a espessura da agulha e o peso
utilizado [11].
36
As classificações 40/50, 60/70, 85/100, 120/150 e 200/300 são adotadas pela
ASTM, entretanto, no Brasil, utilizam-se as classes 30/45, 50/60, 85/100 e 120/150.
[39]
. O Esquema do ensaio está ilustrado a seguir:
Esquema 4 Esquema do ensaio de penetração.
Os ensaios por penetração são mais rápidos do que por viscosidade, requer
baixo custo de investimento e a classificação é feita através de ensaios realizados a
temperaturas próximas da temperatura de serviço, porém as medidas de penetração
próximas à temperatura de 25ºC, não fornece informações sobre o desempenho a
temperaturas de misturas e de compactação e a agulha penetra mais rapidamente
em asfaltos moles, portanto incapaz de avaliar o desempenho de materiais
dependentes de taxa de cisalhamento, como os polímeros [14].
2.5.2.2 Caracterização dos CAP’s através da viscosidade (Brookfield)
O sistema de classificação com base na penetração a 25ºC foi mudado para o
sistema com base na viscosidade a 60ºC, em meados da década de 60. Esta
mudança teve como principais objetivos substituir o ensaio empírico por um ensaio
científico e medir a consistência a 60ºC, na qual é a temperatura próxima da máxima
37
temperatura que um pavimento atinge no verão. Esse sistema de classificação é
dividido nas classes CAP 7, CAP 40 e CAP 20, sendo este, o ligante mais
utilizado [39].
Para a caracterização dos ligantes asfálticos, visando o controle de qualidade
nas etapas de mistura e compactação, tem sido mais utilizado o viscosímetro
Brookfield, no qual se determina a viscosidade aparente. O viscosímetro Brookfield
mede a viscosidade através de uma haste (spindle), em rotação constante, imersa
em um fluido e, portanto verifica-se o torque necessário para girar a haste de prova
sobre a amostra, a uma velocidade específica. Para converter o valor deste torque
em viscosidade, a dimensão da haste e a espessura do fluido
devem ser
conhecidas [14,40].
Na preparação da amostra de cimento asfáltico de petróleo, por exemplo, a
mesma deverá ser aquecida a uma temperatura na qual fique suficientemente fluida
para que a haste possa girar. Geralmente esta temperatura é de 135ºC, pois é a
temperatura cujo material se comporta como um fluido viscoso. No caso de ligante
asfáltico na presença de borracha, aquece-se a uma temperatura mais elevada,
175ºC de acordo com a norma ASTM D 6114-97 [13].
Esquema 5. Representação esquemática de um viscosímetro rotacional (Brookfield)
38
A classificação dos ligantes asfálticos através da viscosidade possui muitas
vantagens tais como: poder de atender a uma ampla faixa de temperatura, informar
sobre temperaturas de mistura e compactação, controlar a máxima susceptibilidade
térmica, o ensaio é baseado na máxima temperatura que a superfície do pavimento
possa atingir, há uma ótima precisão do ensaio e por último, limita o envelhecimento
(mudança de propriedades). Entretanto, há algumas desvantagens na classificação
do ligante por viscosidade, nas quais podemos citar: alto custo de investimento e os
ensaios são mais demorados do que os ensaios por penetração [14].
2.5.2.3 Caracterização através do ensaio de RTFOT
O envelhecimento do ligante asfáltico é traduzido pelo aumento de sua
consistência, que ocorre principalmente durante a usinagem da mistura. O maior
motivo para evitar o aumento da consistência é que este poderá provocar a redução
da recuperação elástica do ligante, contribuindo para o enrijecimento do
revestimento e, portanto, provocando uma redução da vida útil do ligante [20].
O ensaio de RTFOT - Rolling Thin Oven Test - simula o envelhecimento ocorrido
na usina, fornecendo ligante asfáltico envelhecido para ensaios de acúmulo de
deformação permanente e determina a perda de voláteis, que indica o possível
envelhecimento no asfalto durante a mistura para produção do pavimento. O ensaio
é feito colocando-se uma quantidade específica de cimento asfáltico (35g) numa
jarra, que gira dentro de uma estufa a 163ºC. Por intermédio de um orifício aberto na
jarra, uma corrente de ar atinge a mistura a cada rotação da placa rotativa com as
jarras. O Esquema 6 ilustra o equipamento RTFOT [11,30,41,42].
39
O sistema de classificação, baseado na viscosidade do resíduo envelhecido
(aged residue - AR) em um ensaio de RTFOT é: AR-1000, AR-2000, AR-4000, AR8000 e AR-16000, onde o valor numérico representa a viscosidade à 60ºC do
resíduo envelhecido em poises [13].
Esquema 6. Representação esquemática do aparelho de RTFOT.
2.5.2.4 Caracterização através do ensaio dinâmico mecânico (DSR)
Durante um ensaio dinâmico, a amostra de asfalto atinge a estabilidade depois
de um número limitado de ciclos. Então, nessa condição, são determinados o pico
de tensão e o pico de deformação, cuja razão é o valor absoluto do módulo de
cisalhamento dinâmico ou módulo complexo, G* [13].
Defini-se o G* como sendo a medida da resistência total do material à
deformação, quando este é exposto a pulsos repetidos de tensões de cisalhamento,
e consiste de dois componentes: um elástico (recuperável) e um viscoso (nãorecuperável) [13].
40
Outra propriedade que é determinada é o ângulo de fase, δ, cuja finalidade é
indicar a quantidade de deformação recuperável e não-recuperável e corresponde
ao intervalo de tempo entre a aplicação da carga (tensão aplicada) e a resposta
obtida (deformação). Para materiais puramente elásticos, o ângulo de fase será zero
enquanto que para materiais puramente viscosos, será 90 º [13].
Os valores de G* e δ dos asfaltos dependem da temperatura e da freqüência de
carregamento. A altas temperaturas, os asfaltos se comportam como fluidos
viscosos, sem nenhuma capacidade de recuperação ou restauração. A baixas
temperaturas (menores que -20ºC), os asfaltos se
comportam como sólidos
elásticos [13].
Este ensaio é realizado com o equipamento Reômetro de Cisalhamento
Dinâmico, também chamado de DSR e é utilizado para caracterizar os
comportamentos viscoso e elástico através do módulo de cisalhamento complexo
(G*) e do ângulo de fase (δ).
2.5.2.5 Caracterização por microscopia eletrônica de varredura (MEV)
O microscópio eletrônico de varredura (MEV) funciona como um scanner
fornecendo
imagens seccionadas detalhadas do
interior de uma estrutura
compacta [43].
O aspecto essencial deste tipo de microscópio é que um feixe de elétrons
extremamente estreito é usado para varrer a amostra, isto é, o mesmo é movido
para frente e para trás, fazendo com que a amostra emita elétrons, que são
chamados elétrons secundários [44].
41
Os elétrons são responsáveis pela formação da imagem que é construída em
seqüência no tempo, à medida que o material é varrido. Para que este emita elétrons
é necessário vaporizar sobre ele uma fina camada de metal pesado, por exemplo,
ouro, que aumenta sua capacidade de reflexão de elétrons. Os elétrons refletidos da
amostra são captados (detector) e transformados em imagens num monitor [43,44].
As imagens formadas são tridimensionais, e fornecem informações sobre as
superfícies dos materiais, esclarecendo, por exemplo, se os mesmos são
homogêneos ou heterogêneos.
2.5.2.6 Caracterização por RPA
O RPA (Rubber Process Analyser) é um equipamento reológico dinâmico
mecânico (DMRT) capaz de medir propriedades de borrachas, e suas composições
num largo intervalo de temperatura, deformação, freqüência e tempo, com as
condições de ensaio variando numa seqüência programável durante o ensaio [47].
A amostra sofre deformação por cisalhamento com oscilação senoidal da parte
inferior da matriz numa cavidade selada e pressurizada. A freqüência de oscilação
pode ser de 0,1 a 2.000 ciclos por minuto (cpm). A oscilação da parte inferior da
matriz é dada por um ângulo de oscilação que gera a deformação requerida sob a
amostra. A matriz inferior pode oscilar de ± 0,05 a ± 90,00 graus arco, ou a uma
deformação de ± 0,7 % a ± 1256 %. A temperatura pode variar entre 40ºC e 230º C.
A parte superior da matriz possui um transdutor de torque, que fornece a
resposta devido à deformação senoidal aplicada sob a amostra. A resposta é dada
42
pelo torque complexo, S*, que é convertido através de Transformada de Fourier, no
torque elástico, S’, e no torque viscoso, S”.
2.6 CIMENTO ASFÁLTICO DE PETRÓLEO MODIFICADO POR POLÍMERO
O asfalto modificado por polímero vem sendo estudado e já aplicado em alguns
trechos rodoviários, e está correspondendo às expectativas, porque a mistura visa
melhorar o desempenho dos ligantes convencionais, a durabilidade das rodovias e a
melhoria quanto ao comportamento mecânico das misturas asfálticas
[20]
. Em
princípio, este melhoramento nas propriedades pode ser uma conseqüência de
possíveis ligações ou interações químicas entre as moléculas do asfalto e da
borracha, resultando na melhoria do desempenho dos ligantes tradicionais, através
da resistência aos problemas de afundamento por trilha de roda, trincamento térmico
e dano por fadiga. A tecnologia asfalto-borracha é mais adaptável às variações
climáticas e às elevadas tensões das vias de alto tráfego, desta forma, aumenta-se a
possibilidade de sucesso [48].
Além do fator químico, através destas ligações cruzadas, a melhoria de algumas
propriedades do asfalto convencional é alcançada devido à seleção do óleo cru ou
através do processo de refinaria de petróleo. Existem apenas poucos óleos crus
capazes de produzir asfaltos de boa qualidade e apenas um número limitado de
atividades que podem controlar o processo de refinaria, e como conseqüência
melhorar a qualidade do asfalto [49].
Quando são adicionados polímeros aos asfaltos puros, suas propriedades
dependem
de
diversos
fatores,
tais
como:
características
do
polímero,
43
características do asfalto, condições de mistura (controle de temperatura, de
velocidade de mistura...) e compatibilidade do polímero com o asfalto [49].
Os polímeros são macromoléculas formadas por muitas moléculas pequenas e
reativas quimicamente (monômeros) para produzir cadeias longas. As propriedades
físicas de um polímero específico são determinadas pela seqüência e estrutura
química do monômero que a forma, bem como peso molecular e sua distribuição [49].
O asfalto emborrachado é desejável quando se considera o aumento das cargas
transportadas, em número de veículos e em peso, às variações de clima
(principalmente no nosso país, que atinge elevadas temperaturas no verão) e
também devido à heterogeneidade dos asfaltos convencionais em relação à sua
procedência. Todos esses aspectos citados contribuem para que a modificação dos
asfaltos seja uma necessidade para determinadas situações de tráfego e clima. Esta
melhoria proporcionada pelos polímeros contribui para um melhor desempenho à
fadiga, uma maior resistência à deformação permanente e a trincas térmicas. O
asfalto modificado por borracha, que é objeto de nosso estudo, além de proporcionar
melhorias consideráveis no asfalto convencional, também há vantagens quando se
refere ao meio ambiente [20].
Os asfaltos modificados por borracha granulada reciclada de pneus vêm sendo
usados desde os anos 60, porém, seu uso no Brasil iniciou-se a partir da década de
90
[1]
. Nesta década no Brasil, o CENPES (Centro de Pesquisas da Petrobrás),
iniciou pesquisas ligadas à área de materiais asfálticos modificados por polímeros,
com o objetivo de verificar o desempenho desses materiais. Alguns experimentos
com materiais asfálticos modificados com borracha de pneus também foram
realizados [13].
44
A borracha de pneu de veículos rodoviários é um material que pode ser
reaproveitado, e que, além do mais, constitui um problema ambiental. Estes pneus,
muitas vezes, são queimados liberando gases poluentes, ocasionando chuvas
ácidas e outros problemas ambientais. Apesar desta solução não ser definitiva para
o problema ambiental, minimiza-se as emissões e proporciona-se uma melhoria das
propriedades do concreto asfáltico convencional [50].
É de grande interesse das empresas petroquímicas o uso deste tipo de asfalto
modificado, já que a reciclagem de pneus apresenta diversas vantagens. Dentre elas
podemos citar o aumento da massa final do concreto asfáltico, e quase que
inexistência de incompatibilidade química com o pavimento betuminoso, já que a
borracha de pneu é originada também do petróleo [50].
Um asfalto emborrachado permite uma menor oxidação (menor envelhecimento)
e gera uma excelente proteção para as diversas camadas do pavimento; maior atrito
dos pneus; aumento do ponto de amolecimento da mistura e maior resistência a
produtos químicos derramados sobre o asfalto
[50]
. Portanto, há uma certa
necessidade e importância na utilização de cimento asfáltico de petróleo modificado
por polímero, já que confere um aperfeiçoamento no asfalto, e conseqüentemente,
de grande interesse para as indústrias de pavimentação.
Existem muitos polímeros disponíveis no mercado, dentre os quais podemos citar
o SBS, SBR, EVA, e como é tema do nosso trabalho, a borracha de pneu moída
(BPM) e os resíduos de calçados (RCA)
[20]
. Muitos destes polímeros são usados
para modificar asfaltos e cada um deles está associado às propriedades físicas da
mistura. Blocos de estireno butadieno (SB) e estireno butadieno estireno (SBS), são
copolímeros que podem aumentar a elasticidade do asfalto, portanto são
45
considerados elastômeros. Outro grupo de polímero elastomérico é a borracha de
estireno butadieno (SBR), que aumenta a ductilidade do cimento asfáltico [51].
O copolímero SBS é bastante empregado na modificação de asfaltos, pois seu
produto final confere resistência à fadiga e à deformação permanente. Estes asfaltos
modificados geram melhor controle de temperatura e na composição de cimentos
asfálticos possui um teor de asfaltenos e aromáticos mais ajustados. Porém é um
polímero caro, pois além do transporte, há o custo do material, da extração e da
industrialização e seu uso requer equipamentos de alto cisalhamento [3,50].
Dois ou mais diferentes materiais poliméricos podem ser adicionados em
betumes, tais como o polietileno e o SBS. A habilidade em incorporar diferentes
polímeros em asfalto permite uma modificação desejável nas propriedades da
composição [52].
Para que a reação asfalto-polímero seja compatível, devem-se ter quatro
condições importantes: A ligação deve ser suficientemente forte para garantir a
dispersão de um componente em outro, a presença de um grupo funcional reativo
capaz de reagir na superfície de contato dos polímeros, a reação deve ocorrer
dentro do tempo de residência do polímero e a ligação deve ser estável a qualquer
processo [52].
No momento, o maior interesse da literatura tem sido de aperfeiçoar a
estabilidade da ligação asfalto-polímero. Estudos reológicos desses sistemas
também são comuns. Pesquisas recentes têm demonstrado um grande interesse na
utilização de enxofre para modificação de asfaltos
[20]
. Quando o ligante asfalto-
polímero é preparado na presença de enxofre resulta numa melhoria da estabilidade
46
química
[53]
, com o qual também é objeto de nosso estudo: a adição da borracha de
pneu, na presença de enxofre elementar, ao asfalto convencional.
Dependendo da constituição química do asfalto, até 18% de enxofre têm sido
adicionados a misturas asfálticas (sob a forma de carga), conferindo, dentre outras
propriedades, boa estabilidade mecânica ao produto final. A influência da quantidade
de enxofre adicionada sobre o Ensaio Marshall de uma mistura asfalto-areia está
mostrada na Figura 8 [54].
Figura 8. Efeito da quantidade de enxofre sobre o ensaio Marshall.
Em nosso trabalho de dissertação utilizaremos enxofre de alta pureza e em
quantidades mínimas, na expectativa de se atingir ao mesmo tempo maiores efeitos
reacionais do enxofre com as espécies presentes (BPM e CAP), sem, contudo
causar danos ao meio ambiente, uma vez que o mesmo estará provavelmente ligado
quimicamente a estas espécies. (ver Esquema 10, página 74).
São inúmeras as possibilidades da aplicação desta nova tecnologia asfaltoborracha, como podemos observar na tabela 2 a seguir [48]:
47
Tabela 2. Aplicação do asfalto - borracha.
Pavimento
Asfalto/Borracha
Tipo de aplicação
• Rodovias de alto tráfego;
• Trechos de baixa velocidade e tráfego pesado, como
Rodovias e ruas
Pavimentações
especiais
Aeroportos
intersecções, faixas exclusivas, pontos de ônibus e
avenidas principais;
• Recapeamento de rodovias de concreto de cimento
portland;
• Qualquer aplicação em que se deseja rodovias mais
duráveis e com melhor relação custo – benefício.
•
•
•
•
Pontes;
Pedágios;
Túneis;
Estacionamentos.
• Pista para táxi;
• Pista de pouso (aviões);
• Pátios de estacionamento.
2.7 ASFALTOS MODIFICADOS POR RESÍDUOS DE PNEUS E DE CALÇADOS
2.7.1 Origem da borracha natural, de pneus e reutilização de seus resíduos
Partindo do princípio, desde a história da borracha, seguindo do surgimento de
pneus e a importância de sua reciclagem em pavimentos asfálticos, tem-se que a
borracha natural é um polímero obtido da seiva da seringueira, árvore de origem
amazônica, mas que ganhou o mundo, principalmente pela rápida adaptação que
sofreu quando, na virada do século, foi plantada com sucesso nas florestas tropicais
asiáticas [55].
48
Para sua extração, são feitos pequenos cortes superficiais no caule da árvore,
através dos quais o látex é captado. Depois de sua coagulação e secagem, este
material é aquecido e posteriormente processado com outras substâncias químicas,
transformando-se em borracha [55]. A Figura 9 abaixo ilustra uma seringueira.
Figura 9. Fotografia de uma seringueira
A borracha natural é um hidrocarboneto com a configuração de um poliisopreno,
cujas moléculas apresentam a fórmula C5H8, com os carbonos ligados entre si por
ligações duplas [55].
H3C
n
49
Com o passar do tempo, criou-se na Alemanha a tecnologia para a produção da
borracha sintética a partir do petróleo. A matéria-prima principal da borracha sintética
é o gás butadieno que pode ser extraído do petróleo. Quando deixado em repouso
se polimeriza, como o isopreno. Estas pequenas moléculas do butadieno se
encadeiam gradualmente, formando moléculas grandes, obtendo-se uma borracha
mais durável e com maior elasticidade [55].
No Brasil, a maior parte da borracha produzida industrialmente é usada na
fabricação de pneus, correspondendo a 70% da produção. Além disso, também tem
sido empregada na produção de calçados e instrumentos cirúrgicos (tubos, seringas,
luvas cirúrgicas, preservativos, etc.) [55].
Os pneus foram inventados em 1845, depois que o norte-americano Charles
Goodyear descobriu casualmente o processo de vulcanização da borracha, quando
deixou cair borracha e enxofre sobre uma placa aquecida de um fogão. São
compostos aproximadamente por 30% (em peso) de aço, 20 a 26% de borracha
sintética e 21 a 33% de borracha natural. Geralmente, um pneu com cerca de 9 kg
fornece entre 4,5 a 5,5 kg de borracha de pneu moída (BPM) [55].
Com o desenvolvimento da indústria automobilística no século XX, o consumo de
pneus atingiu números exorbitantes. Cerca de 285 milhões de pneus, o equivalente
a mais de dois milhões de toneladas de borracha, são descartados anualmente nos
Estados Unidos. No Brasil, são introduzidos no mercado aproximadamente 61
milhões de pneus por ano, sendo que 38 milhões são resultados da produção
nacional e 23 milhões são pneus reaproveitados [56].
No Brasil, 100 milhões de pneus velhos estão espalhados em aterros, terrenos
baldios, rios e lagos, segundo estimativa da Associação Nacional da Indústria de
50
Pneumáticos (Anip). E, a cada ano, dezenas de milhões de pneus novos são
fabricados no País. Em 2001, foram 45 milhões – cerca de 15 milhões exportados e
30 milhões destinados ao consumo interno. Sua principal matéria-prima, a borracha
vulcanizada, mais resistente que a borracha natural, não se degrada facilmente e,
quando queimada a céu aberto, contamina o meio ambiente com carbono, enxofre e
outros poluentes. Esses pneus abandonados não são apenas um problema
ambiental, mas também de saúde pública, pois acumulam água das chuvas,
formando ambientes propícios à disseminação de doenças como a dengue e a febre
amarela. Além disso, a disposição de pneus em aterros sanitários é problemática,
pelo fato dos pneus dificultarem a compactação, reduzindo significantemente a vida
útil dos aterros
[57]
. As Figuras 10 e 11 ilustram os problemas desses pneus
dispostos em lugares inadequados.
Figura 10. Pneus queimados a céu aberto
Figura 11. Pneus em aterros
Existem diversas formas de reutilização de pneus inservíveis, como a reciclagem
para a fabricação de novos pneus e câmaras de ar, geração de energia através da
queima de pneus. Através do avanço tecnológico, surgiram novas aplicações para
os pneus inservíveis, tal como a mistura com asfalto-borracha, que é considerada
nos Estados Unidos uma das melhores soluções para a disposição dos milhões de
pneus descartados anualmente [13].
51
A borracha de pneu pode ser incorporada aos materiais asfálticos através de dois
processos: úmido ou seco. Por via úmida, a borracha de pneu moída (de acordo com
a pesquisa, cerca de 5 a 20% do peso total de ligante), é incorporada ao CAP antes
de se adicionar o agregado. No processo a seco, a borracha de pneu é misturada
com o agregado antes de se adicionar ao CAP [13].
Estima-se que 40% dos gastos públicos com rodovias sejam empregados em
pavimentos. Considerando-se os custos para usuários (consumo de combustível,
desgaste de pneus e equipamentos), da ordem de 10 vezes maiores que os custos
para os organismos rodoviários (construção, manutenção e restauração). Os custos
totais da modalidade rodoviária podem representar de 2 a 17% do PIB de um
País [58].
Portanto, no caso da utilização de pneus usados em obras de pavimentação,
além da redução significativa dos problemas ambientais, as pesquisas devem em
primeiro lugar considerar os impactos sobre a qualidade dos pavimentos asfálticos,
pois as rodovias representam grande parcela dos investimentos em transportes [58].
2.7.2 Vulcanização do elastômero com o enxofre
A vulcanização da borracha natural é realizada através de um mecanismo que
resulta em ligações cruzadas entre as moléculas do elastômero com o enxofre. Esta
estrutura cíclica do enxofre é rompida durante a vulcanização, como está mostrado
abaixo [59].
52
Portanto, as moléculas de enxofre adicionais podem reagir com a borracha de
pneu moída através dessas ligações cruzadas (ver Esquema 7), ionicamente ou via
radicais livres gerados.
S
H2
C
CH
C
H2
S
S S
S
n
Polibutadieno
S
S
S
S S
Enxofre
C
H
H
C
C
H2
C
H
H2
C
H
C
C
H2
C
H
S
H
C
H2
C
H2
C
CH
S
H2
C
C
H2 S
C
H
S
H
C
H
C
S
C
H2 S
C
H
C
H2
H
C
H2
C
C
H
H2
C
H
C
C
H2
C
H
m
Borracha vulcanizada
Esquema 7. Esquema das ligações cruzadas da borracha com o enxofre
Durante o processo de vulcanização da borracha, algumas de suas propriedades
são alteradas devido a estas ligações cruzadas. Dentre estas, tem-se que [59]:
• O elastômero passa do estado plástico para o estado elástico;
• A solubilidade em solventes orgânicos é minimizada;
• A capacidade de inchamento é limitada;
Além destas propriedades, ocorre modificação de certas propriedades mecânicas
e físicas importantes, tais como [59]:
• Resistência à tensão;
• Resistência a baixas temperaturas;
53
• Elasticidade;
• Módulo de elasticidade.
A variação das propriedades mecânicas (resistência à tensão e módulo de
elasticidade) depende da natureza do elastômero. No caso da borracha natural, NR,
ambas as propriedades em relação à vulcanização do elastômero com o enxofre são
aumentadas, e posteriormente segue na diminuição das mesmas. Em relação ao
SBR, a resistência à tensão com a vulcanização é praticamente constante, enquanto
que o módulo de elasticidade é aumentado [59].
2.7.3 Vantagens ecológicas e sociais do asfalto modificado por borracha.
Através da modificação do asfalto convencional com a adição da borracha de
pneu moída, os aspectos ecológicos e sociais são beneficiados da seguinte
forma [20]:
• Redução de pneus depositados em aterros sanitários e de incêndios
provocados por esses pneus inservíveis;
• Redução aos focos de criação de insetos prejudiciais à saúde e até letais ao
ser humano;
• Redução da poluição visual causada pelo descarte de pneus em locais
inadequados;
• Redução da demanda de petróleo (asfalto), devido à substituição de parte do
asfalto por borracha de pneu moída e também pela maior durabilidade que
54
será alcançada na vida útil de nossas estradas. Não esquecendo que o
petróleo, e por conseqüência o asfalto, é uma fonte não renovável de energia;
• Oportunidade de novos empregos de forma direta nas empresas de
reciclagem e indiretamente ao processo de movimentação de pneus
inservíveis.
Karina Beltrão Cambuim
55
2.7.4 Vantagens e desvantagens técnicas da aplicação do asfalto borracha
2.7.4.1. Vantagens da mistura asfalto-borracha
O acréscimo da borracha de pneu moída na composição do CAP modifica suas
características físicas, resultando em uma série de vantagens que justificam seu
custo e aplicação. Estas mudanças são de extrema importância para auxiliar os
técnicos na escolha das proporções corretas da mistura para cada caso específico
de pavimentação [20].
O ligante asfáltico modificado por borracha de pneu moída apresenta as
seguintes vantagens técnicas [14]:
• Resistência ao envelhecimento
O CAP convencional, por possuir em sua estrutura, moléculas com ligações
insaturadas, tende a se oxidar sob determinadas condições climáticas, resultando
num envelhecimento precoce do pavimento. A presença de antioxidantes na
borracha de pneu auxilia para uma maior resistência ao envelhecimento por
oxidação.
• Redução da susceptibilidade térmica
Nos dias quentes, ocorre uma maior degradação do pavimento causada pelo
aquecimento do asfalto. Isto acontece porque há quebra nas moléculas do asfalto,
aumentando, assim, as pressões internas do pavimento e resultando na liberação de
Karina Beltrão Cambuim
56
partículas de oxigênio para a atmosfera. Surge, portanto micro-rachaduras (trincas)
na superfície do pavimento. Estas aberturas podem favorecer infiltrações de água
para a base da pavimentação, propiciando no desgaste do mesmo. Entretanto, o
asfalto-borracha possui como propriedade a redução da susceptibilidade térmica,
resultando num ligante mais resistente às variações de temperatura e o seu
desempenho tanto a altas, como baixas temperaturas é melhor quando comparado
com pavimentos construídos com ligantes convencionais.
• Aumento da flexibilidade
A adição da borracha de pneu moída ao asfalto assegura uma maior flexibilidade,
devido a maior concentração de elastômeros presentes na borracha, onde o
responsável por esta elasticidade é o SBS. Isto implica em uma maior resistência às
variações de temperatura e à fadiga mecânica causada pelas forças de tração e
compressão aplicadas sobre ele. Ou seja, o composto oferece maior resistência à
deformação permanente.
• Maior adesividade aos agregados
O asfalto convencional possui uma viscosidade inferior quando comparada ao
asfalto modificado por borracha de pneu. Então, com o aumento da viscosidade,
esta aderência com os agregados é melhorada, pois a espessura de película sobre o
agregado é superior àquela encontrada com CAP’s convencionais. Tal fato assegura
um menor envelhecimento do ligante durante a usinagem e aumento da resistência
do composto à degradação e às variações de temperatura.
Karina Beltrão Cambuim
57
A aderência asfalto-borracha com os agregados, também pode ser explicada
através da temperatura de transição vítrea (Tg). A uma temperatura inferior a Tg, o
material torna-se rígido, acima da qual, o material inicia um processo de fusão dos
domínios cristalinos até atingir a temperatura de fusão (Tm), e a uma temperatura
superior à temperatura de fusão, o material torna-se fluido e menos aderente. Então,
como a Tg do asfalto modificado é aumentada quando comparada ao asfalto
convencional, favorece a adesividade com os agregados e torna-se um material
mais rígido.
• Melhor aderência pneu-pavimento
Além de fortalecer a pavimentação das estradas, o asfalto modificado também
proporciona maior aderência e conforto na rodagem dos veículos. A borracha de
pneu moída permite que a superfície da pavimentação fique lisa por mais tempo,
reduzindo o contato dos pneus com o agregado, favorecendo assim, uma maior
aderência entre os pneus dos automóveis e o pavimento asfáltico.
• Redução do ruído provocado pelo tráfego
Outro benefício alcançado é a diminuição dos níveis de ruídos provocados pelo
tráfego numa faixa de 65-85%, devido à uniformidade da pista. Esta uniformidade é
gerada pela aderência entre o pneu e o asfalto modificado, por ambos apresentarem
estruturas emborrachadas.
Karina Beltrão Cambuim
58
• Redução da espessura do pavimento
Um asfalto convencional possui uma espessura de 5,0 cm, entretanto, após este
ser misturado com a borracha de pneu, esta é reduzida para 3,5 - 4,0 cm. Esta
diminuição se deve a maior elasticidade e flexibilidade do produto final, possuindo
como vantagem a redução da quantidade de material asfáltico utilizada.
• Maior resistência à propagação de trincas e à formação de trilhas de
roda
Devido à maior flexibilidade do asfalto emborrachado, o pavimento resiste a
propagação de rachaduras e de trilhas de roda. Como as trincas permitem a
infiltração de água agindo nas camadas inferiores da via, cria buracos e a
deterioração da superfície.
Observamos, portanto, que embora haja um aumento dos custos de produção, o
cimento asfáltico de petróleo modificado por borracha de pneu moída oferece
vantagens que justificam seu uso. O aumento da durabilidade do asfalto implica em
uma redução direta dos custos de manutenção gerenciada pelas instituições
públicas anualmente. Devemos ressaltar também a contribuição social que este
produto proporciona, utilizando pneus usados como matéria prima para sua
fabricação, contribuindo para a reciclagem do lixo em uma escala nacional.
Karina Beltrão Cambuim
59
2.7.4.2. Desvantagens da mistura asfalto-borracha
Apesar de haver muitos benefícios, a adição de polímeros ao asfalto produz uma
mistura mais complexa, devido a alta massa molecular do polímero. A formação de
um sistema homogêneo não é simples e surgem problemas de incompatibilidade.
Portanto um dos fatores
essenciais a ser observado é a
proporção ideal do
polímero [60].
Além disso, tem-se o fator econômico, onde o asfalto-borracha é cerca de 25 - 30
% mais caro do que o asfalto convencional por necessitar de um processo de
produção adicional.
2.8 APLICAÇÕES DO ASFALTO-BORRACHA NO MUNDO
Pneus têm uma vida útil de um a dois anos e uma vida inútil de 600 anos quando
não são reciclados. O asfalto-borracha, composto de asfalto do petróleo e borracha
começa a ser testado no Brasil, contribuindo para a preservação ambiental,
reduzindo os custos de manutenção e aumentando a vida útil das estradas. Segue
abaixo alguns lugares no mundo, cuja aplicação do asfalto emborrachado já foi
efetuado:
•
A primeira tentativa de se modificar as propriedades dos betumes com
borracha foi em 1898 na Inglaterra, cujo processo patenteado originava um
produto chamado “rubber-bitumen” [61].
•
No Brasil, no estado do Rio Grande do Sul, uma parceria envolvendo a
Metrovias, a Greca Asfaltos e a UFRGS construiu o primeiro trecho de asfalto
Karina Beltrão Cambuim
60
borracha via úmida do país. Trata-se de aproximadamente dois quilômetros
(entre os quilômetros 318 e 320 da BR 116) próximo a cidade de Guaíba em
agosto de 2001 [7,62].
•
Desde junho de 2003, o governo do Estado do Rio Grande do Sul testa a
durabilidade do asfalto enriquecido com borracha. Os testes estão sendo
feitos em dois lugares no estado. Um deles é no quilômetro 28 da RS 122,
junto ao posto da Polícia Rodoviária Estadual em Bom Princípio. O outro fica
no quilômetro 7 da RS 240 [63].
•
No início de 2002, foram construídos mais 13,6 quilômetros de restauração
com asfalto-borracha em rodovias do Paraná: 7,5 km na PR-090 em Piraí do
Sul, 4,8 km na BR-376, em Apucarana, e 1,3 km na BR-277, em Campo
Largo, onde o tráfego na rodovia é superior a 15 mil veículos/dia [64].
•
Em Santos (SP), experiências com o asfalto a base de pneus têm sido
realizadas em pequena escala, cujo mecanismo utilizado é o processo a seco.
Já nas rodovias dos estados de São Paulo e Rio Grande do Sul está sendo
utilizado o processo úmido [64].
•
Em Campo Grande, MS foi aprovada a lei que autorizou a implementação do
uso do asfalto - borracha ou asfalto ecológico em atividades de pavimentação
e recapeamento das vias públicas da cidade. Por asfalto ecológico, no
contexto da presente lei, utiliza-se na composição do asfalto a borracha
reciclada de pneus descartados [65].
•
A aplicação do asfalto modificado foi realizada pela primeira vez na Av.
Washington Soares em Fortaleza, em novembro de 1995. Novamente, dois
Karina Beltrão Cambuim
trechos
61
experimentais
utilizando
a
tecnologia
asfalto-borracha
foram
realizados no Ceará em 22 de setembro de 2003. Pioneira fora das regiões
Sul e Sudeste do país, esta iniciativa contou com a articulação da
PETROBRAS, LUBNOR e CENPES, BR, UFC, Prefeitura Municipal de
Fortaleza e Departamento de Edificações Rodovias e Transportes do Estado
do Ceará. Cada trecho teve aproximadamente 250 m, sendo um
recapeamento e um revestimento em pavimento novo. A PETROBRAS foi
responsável pela produção e transporte do ligante modificado [66].
•
Na Alemanha, surgiram novas aplicações da mistura da BPM com o asfalto,
em concentração de 15 % a 25 % [67].
•
Em países como Canadá, Austrália e Portugal, a utilização de misturas
asfálticas com ligantes modificados por borracha de pneu vem sendo feita
desde os anos 70 [64].
•
Nos EUA, os estados da Califórnia, Flórida e Arizona já possuem, atualmente,
um grande conhecimento a respeito da utilização de resíduos de borracha em
pavimentação. Somente no estado do Arizona, mais de 3.300 km de rodovias
foram construídas ou restauradas utilizando ligantes modificados com
borracha. Durante os nove anos em que a rodovia foi acompanhada, ela
apresentou excelente desempenho, não apresentando deformações plásticas
excessivas nem fissuras. O Departamento de Transportes da Califórnia
(CALTRANS) vem utilizando, de forma sistemática, o asfalto borracha por via
úmida e, desde
1987, as
espessuras
das camadas
asfálticas com
borracha, têm sido reduzidas em relação às utilizadas nos pavimentos
convencionais [20,68].
Karina Beltrão Cambuim
62
CAPÍTULO III
3. Materiais e Métodos
Neste capítulo são indicadas as procedências dos materiais que foram utilizados
neste trabalho. Será apresentada uma descrição dos ensaios de caracterização a
que estes materiais foram submetidos e o procedimento experimental utilizado.
3.1 Materiais
3.1.1 Reagentes e solventes
Os principais reagentes, aditivos e solventes empregados neste trabalho de
dissertação estão relacionados a seguir:
• Cimento asfáltico de petróleo (CAP 20) – procedência: REGAP / oriundo de
petróleos brasileiros; utilizado como recebido (Figura 12).
• Borracha de pneu moída (BPM / pneu de caminhão) – procedência:
Recuperadora de Pneus Borborema LTDA; utilizada como recebida com
granulometria de 40 mesh (Figura 13).
• Resíduo de Calçado da Alpargatas (RCA) – procedência: fábrica São Paulo
Alpargatas, Campina Grande / PB; Utilizado como recebido (Figura 14).
• Enxofre – procedência: Vetec - Química Fina LTDA; grau de pureza: 99,5 %;
utilizado como recebido.
Karina Beltrão Cambuim
63
• Peróxido de Benzoíla – procedência: Vetec - Química Fina LTDA; grau de
pureza: 98%; utilizado como recebido.
• Óleo de silicone (DC 200 Fluid 350 cs) – procedência: D´altomare Química
LTDA; utilizado como recebido.
• Querosene Petrobrás – procedência: comercial; utilizado como recebido.
Karina Beltrão Cambuim
64
Figura 12. Amostras de CAP
Figura 13. Amostras de BPM
Figura 14. Amostra de RCA
Karina Beltrão Cambuim
65
3.1.2 Equipamentos utilizados
Além das aparelhagens comuns aos laboratórios de pesquisa foram usados
nesta dissertação os seguintes equipamentos:
• Viscosímetro Brookfield, especificação RVDV – II (Figura 15) (1).
• Microscópio eletrônico de varredura (MEV), especificação Jeol JSM – 5610
LV (Figura 16) (2).
• Aparelho de RTFOT, especificação Despatch (Figura 18) (1).
• Equipamento (DSR), especificação Dynamic Shear Rheometer (Figura 19)(1).
• Equipamento RPA (Analisador de processamento de borracha),
especificação RPA 2000 (Figura 20) (2).
• Reator, especificação tipo Ketlle (3).
• Balança de precisão, especificação Metler 9200 (3).
• Agitador mecânico, especificação Fisatom/ Variac-Powerstat (3).
_____________________________________
(1) Laboratório do Departamento de Engenharia de Transporte da Universidade Federal
do Ceará (UFC);
(2) Laboratório do Instituto de Macromoléculas da UFRJ (IMA/UFRJ);
(3) Laboratório do Departamento de Engenharia de Materiais (DEMA) da Universidade
Federal de Campina Grande (UFCG).
Karina Beltrão Cambuim
Figura 15. Fotografia do Viscosímetro Brookfield utilizado
Figura 16. Fotografia do Microscópio eletrônico de varredura utilizado.
66
Karina Beltrão Cambuim
Figura 17. Fotografia do equipamento RTFOT utilizado.
Figura 18. Fotografia do equipamento para ensaio dinâmico mecânico (DSR)
Figura 19. Fotografia do equipamento RPA utilizado
3.2 Métodos utilizados
67
Karina Beltrão Cambuim
68
3.2.1 Procedimento experimental
3.2.1.1 Preparação do asfalto modificado com BPM, S, RCA ou PBO.
Para que fossem atingidos os objetivos propostos desta dissertação, além da
literatura pesquisada, algumas normas técnicas da Petrobrás foram utilizadas como
suporte.
Procedimento:
Inicialmente, foi realizado um pré – aquecimento do CAP 20 até atingir a
temperatura de 100ºC, devido à elevada viscosidade do mesmo. O CAP 20 foi
transferido para um reator, onde foi aquecido a uma faixa de temperatura variando
de 170 – 190ºC, sob agitação lenta.
Em seguida, incorporou-se gradativamente a
borracha de pneu moída (BPM) ao CAP, numa proporção entre 5 – 20 %, e
finalmente adicionou-se o enxofre (2%). Foi exigido o controle de temperatura à
190ºC, uma agitação mecânica de 170 rpm, durante o período de 60 minutos.
O mesmo procedimento foi realizado na modificação do CAP 20 com o resíduo
de calçado (RCA) e Peróxido de Benzoíla e as mesmas proporções foram
obedecidas (ver mecanismo reacional nos Esquemas 10 e 11).
Após realizações das misturas, iniciou-se a caracterização através das análises
físico-químicas, reológicas e espectrométricas.
Karina Beltrão Cambuim
69
A seguir o procedimento metodológico para obtenção do CAP modificado por
borracha de pneu moída ou por resíduo de calçado:
Esquema 8. Etapas da metodologia aplicada para obtenção do asfalto modificado
por BPM.
Esquema 9. Etapas da metodologia aplicada para obtenção do asfalto modificado
por RCA.
Karina Beltrão Cambuim
70
S
BETUME ou CAP 20
S
S
S
S
S
Saturados
Enxofre
S
S
S6
S
S
S6
S
S
Aromáticos
H
C
ASFALTO
MODIFICADO
N
S
S
Resinas
Borracha de pneu moida (BPM)
Asfaltenos
S
C
H2
C
H
H2
C
H2
C
S
CH
S
H
C
C
H
C
H2
H
C
CH
C
H2
S
H S
C
C
S H
S
H
C
C
H2 S
H2
C
H2
C
S
C
H
C
H
C
H2
H2
C
H
C
H
C
C
H2
C
H2
C
H
H
C
H2
C
H2
C
C
H
m
Esquema 10. Esquema da obtenção do asfalto modificado usando BPM e enxofre.
Karina Beltrão Cambuim
71
PERÓXIDO DE BENZOÍLA - PBO
O
O
BETUME ou CAP 20
Saturados
O O
Aromáticos
H
C
ASFALTO
MODIFICADO
N
S
S
Resinas
Asfaltenos
RESÍDUO DE CALÇADOS ALPARGADAS - RCA
(predominância do polímero SBR)
S
n
Aditivos
Esquema 11. Esquema da obtenção do asfalto modificado usando PBO e RCA
Karina Beltrão Cambuim
72
3.2.2. Caracterizações
A avaliação do desempenho e posterior análise da viabilidade de utilização de
misturas asfálticas com resíduos de borracha (pneus e calçados) foi realizada por
intermédio de ensaios descritos a seguir.
3.2.2.1 Viscosímetro Brookfield
O viscosímetro Brookfield é um equipamento que mede a consistência do
material, determinando-se a viscosidade aparente do CAP a temperaturas
superiores a 100ºC. Para que o ligante asfáltico modificado com borracha tenha
capacidade de ser analisado, este deve ser aquecido a uma temperatura de
aproximadamente 175ºC, específicas para análises de asfalto. A viscosidade é
medida através do torque necessário para girar a palheta, spindle, imersa na
amostra de asfalto aquecida, a velocidade constante.
3.2.2.2 Caracterização por microscopia eletrônica de varredura (MEV)
A análise por microscopia eletrônica de varredura fornece informações sobre
a morfologia da superfície do material. Portanto, através do MEV, pode-se obter
informações do ligante asfáltico quando modificado por borracha, relativa à
homogeneidade ou heterogeneidade do mesmo. Podendo ser observado uma maior
ou menor interação entre as fases do sistema. A resolução do MEV está entre 3nm e
20nm, dependendo do instrumento utilizado.
Dissertação de mestrado
73
3.2.2.3. Ensaio de envelhecimento – RTFOT
A estufa de filme fino rotativo (RTFOT) simula o envelhecimento do material
asfáltico modificado por borracha.
A amostra é colocada numa prateleira giratória em uma estufa com circulação
forçada de ar a uma temperatura de 163ºC, durante 5 horas. A cada rotação da
placa, a abertura do frasco com a amostra passa diante de um jato de ar. Após o
ensaio calcula-se a perda de massa pela perda de peso da amostra, indicando a
volatilidade do asfalto.
3.2.2.4. Ensaio dinâmico mecânico (DSR)
Este equipamento mede o módulo de cisalhamento complexo G* e o ângulo de
fase δ, a temperaturas e freqüências desejadas. A técnica baseia-se na prensagem
do ligante entre uma placa fixa e outra giratória onde um torque é aplicado girando a
placa de um ponto A até um ponto B, em seguida para um ponto C, enfim
retornando para o ponto A.
Neste trabalho, o reômetro de cisalhamento dinâmico foi utilizado para
determinar as propriedades físicas do ligante modificado, segundo as especificações
SUPERPAVE, que se baseia no desempenho do material, especificando os mesmos
com base no clima e na temperatura do pavimento.
Dissertação de mestrado
74
3.2.2.5. Caracterização utilizando analisador de processamento de borracha
(RPA).
Muitos ensaios de borrachas e compostos emborrachados são possíveis quando
a frequência, deformação, temperatura e tempo podem ser modificados. Então,
partindo-se para a análise de nossas amostras de asfalto modificado por borracha
de pneu e de calçados, pode-se obter através do RPA a Viscosidade dinâmica
complexa n*, Torque viscoso S”, módulo de armazenamento G’.
Este equipamento realiza ensaios segundo as normas ASTM D 6204 D 5289 e D
6601.
Dissertação de mestrado
75
CAPÍTULO IV
4 RESULTADOS E DISCUSSÃO
Neste capítulo serão apresentados e avaliados os dados experimentais
referentes à obtenção do asfalto modificado por borracha de pneu e resíduo de
calçados.
4.1 Viscosidade aparente (Brookfield) do CAP modificado
4.1.1 Viscosidade aparente (Brookfield) do CAP 20 modificado com BPM em
presença ou ausência de enxofre
Através do gráfico da Figura 21, observa-se a ocorrência de um acréscimo
gradativo da viscosidade com o aumento do teor de BPM (borracha de pneu moída).
Para os baixos percentuais de BPM (5-10%), a mistura apresenta um
comportamento pseudoplástico, tendendo a Newtoniano. Para maiores percentuais
de BPM (15 a 20 % de BPM) a viscosidade aumenta com maior intensidade em
relação às outras composições, adquirindo taxas de cisalhamento específicas para
cada
mistura,
assumindo
um
comportamento
característico
dos
fluidos
pseudoplásticos. Isto se tornou mais evidente para composições próximas a 20 % de
BPM. Este comportamento indica um caráter viscoelástico acentuado da
composição, resultando na melhoria das propriedades do ligante em relação à
tensão e deformação (fato confirmado através dos ensaios de DSR).
Dissertação de mestrado
76
7.000
6.000
CAP 20 Puro
Viscosidade (Cp)
5.000
CAP 5% BPM
4.000
CAP 10% BPM
CAP 15% BPM
3.000
CAP 20% BPM
2.000
1.000
000
000
100
200
300
400
500
600
700
800
Taxa de Cisalhamento (1/s)
Figura 20. Viscosidade Brookfield versus taxa de cisalhamento do CAP 20 puro ou
modificado com 5, 10, 15 e 20 % de BPM.
4.1.2 Viscosidade aparente (Brookfield) do CAP 20 modificado com RCA em
presença de PBO
Nestas amostras foi realizada a mesma metodologia aplicada anteriormente,
acoplando-se uma câmara Termosel para aquecimento da amostra a 135ºC. As
Figuras 22 e 23 mostram o efeito do percentual do resíduo e calçados (RCA), em
presença de 2% de PBO, na Viscosidade Brookfield do CAP 20.
Observou-se um aumento gradual, quase que proporcional, da Viscosidade
Brookfield da mistura reacional, com o acréscimo percentual do RCA. Entretanto,
através dos ensaios de DSR e RPA observou-se que estas amostras modificadas
Dissertação de mestrado
77
com diferentes percentuais de RCA + 2% de PBO, apesar de apresentarem uma
elevada rigidez e ductilidade até determinadas temperaturas (T≅ 80ºC), se
mostraram bastante fluidas a altas temperaturas (T>135ºC), inviabilizando que
algumas medidas de Viscosidade, DSR e RPA, fossem realizadas.
O comportamento reológico destas amostras é de grande interesse para indústria
de asfalto, pois normalmente deseja-se que os CAP’s apresentem boas
propriedades de rigidez, viscosidade e ductilidade em temperaturas de uso, mas que
ao mesmo tempo tenham boas condições de manuseio e fluidez a temperaturas não
muito altas, para facilitar a sua aplicação.
Portanto, a presença do RCA + 2% PBO, sobre o CAP 20, provavelmente resulta
em interações físicas (através dos constituintes polares ou apolares da mistura) ou
reações químicas (através dos radicais gerados pelo PBO) que transferem algumas
das propriedades físicas e térmicas do RCA para o CAP 20 modificado.
Dissertação de mestrado
78
Velocidade: 20 rpm
Temperatura: 135ºC
Ativador: Peróxido de Benzoíla (2%)
Viscosidade Brookfield (cP)
10000
8000
6000
4000
2000
10
12
14
16
18
20
22
24
% RCA
Figura 21. Viscosidade Brookfield do CAP 20 versus percentual de resíduo de
calçados (em peso) (RCA) a 20 rpm.
Viscosidade Brookfield (cP)
10000
Velocidade: 60 rpm
Temperatura: 135ºC
Ativador: Peróxido de Benzoíla
8000
6000
4000
2000
10
12
14
16
18
20
22
24
%RCA
Figura 22. Viscosidade Brookfield do CAP 20 versus percentual (em peso) de
resíduo de calçados (RCA) a 60 rpm.
Dissertação de mestrado
79
4.2 Ensaio RPA
Vários ensaios de nossas amostras de CAP 20 modificadas com BPM foram
realizados variando-se freqüência, deformação, temperatura e tempo. O RPA pode
fornecer, dentre outros parâmetros, o torque elástico S', o torque viscoso S", o
módulo de armazenamento G' e a viscosidade dinâmica complexa n∗.
Os resultados obtidos através do RPA para o torque viscoso, S “e o módulo de
armazenamento, G’ estão mostrados a seguir nas figuras 24 e 25. Os valores de G’
e S” aumentaram gradualmente em função da deformação senoidal (deg) e da
freqüência (cpm), para os diferentes percentuais de CAP 20 com BPM, em presença
ou ausência de enxofre. Pode-se observar também, que as amostras contendo 2%
de enxofre apresentaram valores de G’ e S” superiores as que não continham, para
todos os percentuais de BPM. Este resultado era esperado, uma vez que a presença
do enxofre de alta pureza poderia levar a possíveis reações via radicais livres ou
interações iônicas com as diversas espécies do CAP 20 presentes no meio
reacional.
Portanto, o acréscimo gradual de S” e G’, para os diferentes percentuais de BPM,
representa uma melhoria significativa nas propriedades elásticas e viscoelásticas do
CAP 20 modificado com enxofre ou mesmo em sua ausência.
Dissertação de mestrado
80
90
CAP20 20% BPM 2%S
CAP20 15% BPM 2% S
CAP20 15% BPM
CAP20 10% BPM
CAP20 5% BPM
80
70
60
G' (KPa)
50
40
30
20
10
0
2
5
10
20
50
100
200
500
-10
Frequência (cpm)
Figura 23. Módulo de armazenamento (G’) versus freqüência para os diferentes
percentuais de BPM na presença ou ausência de enxofre.
1
0,9
CAP20-5% BPM
CAP20 10% BPM
CAP20-15% BPM
CAP20-15% BPM 2%S
CAP20 20% BPM 2%S
Torque viscoso, S'' (dNm)
0,8
0,7
0,6
0,5
0,4
0,3
0,2
0,1
0
0,1
0,2
0,5
1
1,5
2
2,5
3
5
10
20
Deformação senoidal (deg)
Figura 24. Torque viscoso versus deformação senoidal para os diferentes
percentuais de BPM na presença ou ausência de enxofre.
Dissertação de mestrado
81
Os resultados obtidos para a viscosidade dinâmica complexa, n*, para as
mesmas amostras (ver Figura 26) mostram um decréscimo acentuado nas baixas
freqüências (0,1 a 0,5 cpm), atingindo um comportamento constante para as
freqüências superiores. Tal comportamento justifica-se pelas possíveis rupturas de
interações químicas ou físicas de pequena intensidade (tipo ligações de Van der
Walls), que após serem rompidas levam a uma estabilização posterior de n*.
Entretanto, as amostras contendo enxofre ou maiores percentuais de BPM
apresentaram sempre valores de n* mais elevados, antes e após a estabilização,
para valores elevados da freqüência, como esperado.
90000
80000
CAP20 20% BPM 2%S
CAP20-15% BPM-2%S
CAP20-15% BPM
CAP20 10% BPM
CAP20-5% BPM
70000
n* (Pa.s)
60000
50000
40000
30000
20000
10000
0
0,1
0,2
0,5
1
1,5
2
2,5
3
5
10
20
Frequência (cpm)
Figura 25. Viscosidade dinâmica complexa versus freqüência para diferentes
percentuais de BPM na presença ou ausência de enxofre.
Dissertação de mestrado
82
4.3 Ensaio dinâmico mecânico (DSR)
Os resultados obtidos através do DSR para o CAP 20 modificado tanto com o
enxofre + borracha de pneu moída (BPM), como para o resíduo de calçados das
Alpargatas (RCA) + peróxido de benzoíla, expresso através do grau de desempenho
(PG), apresentaram valores superiores (PG = 82 e PG ≥ 88) aos valores de PG do
CAP 20 puro, que se situa em torno de 64 (ver Tabela 3 a seguir).
Estudos mostram que a adição de 3% de polímero ao asfalto, pode aumentar o
grau de desempenho de um a dois níveis. Então, nossos resultados mostraram-se
bastante satisfatórios.
Estas medidas demonstram que houve um aumento acentuado da rigidez dos
CAP`s 20 modificados, o que representa também uma melhoria nas propriedades de
dureza e penetração, reduzindo, desta forma, a possibilidade de formação de trilhas
no pavimento e resistência ao acúmulo de deformação permanente.
Para o caso do CAP 20 modificado com RCA + 2% de PBO, os resultados se
mostraram particularmente muito interessantes, por apresentarem alta rigidez e
ductilidade a temperaturas próximas a temperatura de utilização do asfalto
modificado e uma boa fluidez a temperaturas não muito elevadas, facilitando assim,
a aplicação dos asfaltos (resultados confirmados através da viscosidade Brookfield e
do grau de desempenho, PG).
Dissertação de mestrado
83
Tabela 3. Grau de Desempenho do CAP 20 modificado tanto com o S + BPM,
como para RCA + 2% PBO.
Amostras
Grau de Desempenho (GP)
CAP 20 + RCA(5%) + peróxido de benzoíla (2%)
88
CAP 20 + RCA(10%) + peróxido de benzoíla (2%)
>88
CAP 20 + RCA(15%) + peróxido de benzoíla (2%)
>88
CAP 20 + RCA(20%) + peróxido de benzoíla (2%)
>88
CAP 20 + BPM (5%)
82
CAP 20 + BPM (10%)
88
CAP 20 + BPM (15%)
>88
CAP 20 + BPM (5%) + Enxofre (2%)
88
4.4 Ensaio de envelhecimento - RTFOT
Os resultados da análise de RTFOT, realizada para o CAP 20 modificado com
diferentes percentuais de borracha de pneu moída (BPM), apresentaram pequenas
perdas de massa, insignificantes em um processo industrial, que podem ser
atribuídas a volatilização de alguns componentes orgânicos de CAP 20
(hidrocarbonetos), componentes da formulação do pneu (óleos leves) ou mesmo
algum processo degradativo, como pode ser observado na tabela a seguir:
Tabela 4. Ensaio de RTFOT para o CAP 20 modificado com BPM.
Amostras
Peso
Vazio (g)
CAP 20 + BPM (5%)
CAP 20 + BPM (10%)
CAP 20 + BPM (15%)
180,495
178,540
179,898
Peso cheio antes
do envelhecimento
(g)
215,649
213,717
214,954
Peso
envelhecido
(g)
215,588
213,645
214,863
Perda de massa/
envelhecimento
(%, peso)
0,17
0,20
0,25
Dissertação de mestrado
84
4.5 Microscopia eletrônica de varredura (MEV)
Através da análise de microscopia eletrônica de varredura (Figuras 27 e 28),
observou-se que a amostra na qual continha CAP 20 na presença de 5% BPM e 2%
de enxofre mostrou-se mais homogênea do que a mistura reacional de CAP 20 com
5% BPM na ausência de enxofre. Esta homogeneidade indica uma maior interação
química das moléculas do enxofre e do CAP através das duplas ligações da
borracha.
Figura 26. Microscopia eletrônica de varredura da mistura de CAP 20 + 5% BPM.
Figura 27. Microscopia eletrônica de varredura da mistura de CAP 20 + 5% BPM +
2% S.
Dissertação de mestrado
85
CAPÍTULO V
CONCLUSÕES
Avaliando conjuntamente todos os resultados obtidos para as duas composições
estudadas, concluiu-se que:
• Através da viscosidade Brookfield, observou-se um aumento na viscosidade à
medida que foi aumentado o teor de borracha, tanto de pneu, como de
calçados ao CAP, mostrando melhoria nas propriedades viscoelásticas do
asfalto modificado;
• Os resultados obtidos por RPA mostraram um acréscimo gradual de S” e G’,
para os diferentes percentuais de BPM, mostrando uma melhoria significativa
nas propriedades elásticas e viscoelásticas do CAP 20 modificado com
enxofre ou mesmo em sua ausência.
• A análise de DSR forneceu valores ótimos para o grau de desempenho (PG),
pois apresentaram valores superiores (PG = 82 e PG ≥ 88) aos valores de PG
do CAP 20 puro, que se situa em torno de 64. Aumentando-se a resistência a
deformação permanente;
• Através da análise de RTFOT, observou-se insignificantes perdas de massa
do material asfáltico modificado com borracha de pneu moída, podendo ser
atribuída à volatilização de alguns componentes orgânicos do CAP ou de
Dissertação de mestrado
86
componentes da formulação do pneu (óleos leves), a serem confirmados
posteriormente;
• Observou-se na microscopia eletrônica de varredura (MEV), uma maior
homogeneidade na mistura que continha enxofre, podendo ser atribuído a
uma maior interação química das moléculas do enxofre e do CAP, com as
duplas ligações da borracha.
Portanto, os estudos reológico e físico do cimento asfáltico de petróleo
modificado com borracha de pneu moída e enxofre mostraram que houve melhoria
nas propriedades do asfalto convencional, CAP 20, contribuindo para uma maior
resistência à deformação permanente e ao envelhecimento, e uma maior
flexibilidade do asfalto.
Dissertação de mestrado
87
5.1 SUGESTÕES PARA TRABALHOS POSTERIORES
Este trabalho mostra a importância de novas pesquisas, que levem em
consideração a presença de aditivos reacionais (tais como: enxofre, peróxido de
benzoíla, acrilatos e anidridos, etc.), sendo imprescindível uma completa
caracterização química de tais formulações. Pesquisas estas como as que
sugerimos a seguir:
ƒ
Modificação de CAP proveniente de petróleos brasileiros em presença de
outros blocos poliméricos, tais como o SBS e aditivos acrilatos e anidridos;
ƒ
Caracterização química através de RMN e IR dos asfaltos modificados,
utilizando solventes bloqueadores, com o objetivo de se caracterizar com
precisão as mudanças estruturais das cadeias presentes;
ƒ
Estudo em maior escala, tipo planta piloto, da formulação utilizando o CAP
20, RCA e PBO, para otimizar os bons resultados neste trabalho;
ƒ
Utilização de outros tipos de resíduos poliméricos na modificação de asfaltos,
tais como: resíduos de botões;
ƒ
Utilização da caracterização através da microscopia eletrônica de transmissão
(MET), para melhor visualização dos resultados obtidos nesta pesquisa.
Dissertação de mestrado
88
CAPÍTULO VI
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
[1] SOARES, J. B. Relatório de atividades da Rede Cooperativa de Pesquisa em
Asfalto N/NE, 2003.
[2] PETERSON, R. L. Petroleum Science and Technology. Volume 16, Issue 7-8
August- September 1998, Pages 797-809.
[3] DAVISON, R. R. Journal of Materials in Civil Engineering. Volume 7, Issue 2, May
1995, Pages 117-124.
[4] PAUL, H. R. Petroleum Science and Technology, Volume 16, Issue 3-4, MarchApril 1998, Pages 227-249.
[5] CAMPOS, Brasil Américo Louly et al. Asfalto-Borracha - Uma novidade com 40
anos de existência!. 32º Reunião Anual de Pavimentação, Brasília/DF, 2000.
[6] PINTO, S. http://www.cargaecia.com.br/arquivo/ maio2003/index_tendencia-php
(2003).
[7] Cury, M. V. Q et al. “Análise Sócio Econômica e Ambiental para o uso de Asfalto
Emborrachado
na
Construção
de
Rodovias”.http://www.marvinconsul-
toria.com.br/Asfalto.PDF.
[8] MOTTA, L. M. G. http://www.cnt.org.br (2003).
[9]
MEDINA,
J.http://www2.correioweb.com.br/cw/EDICAO_20020523/sup_sro
230502_37.htm (2003).
Dissertação de mestrado
89
[10] ANDERSON, R. M. http://www.ipt.br/tecnologia/chat/?ARQ=61 (2003).
[11] LEITE, L. F. M. Instituto do asfalto. Manual do Asfalto. 4. ed, 1989.
[12] LEE, T. www.texsa.com.br/Livro%2012.htm (2004).
[13] ODA, Sandra. Análise da Viabilidade Técnica da Utilização do Ligante AsfaltoBorracha em Obras de Pavimentação. São Carlos/SP: Escola de Engenharia de São
Carlos/SP, Tese. Departamento de Engenharia, Universidade de São Paulo, 2000.
[14] LEITE, L. F. M. Estudos de Preparo e Caracterização de Asfaltos Modificados
por Polímero. Rio de Janeiro: IMA/UFRJ, Tese. Instituto de Macromoléculas,
Universidade Federal do Rio de Janeiro, 1999.
[15] TEIXEIRA, M.C et al. Materiais Betuminosos para Pavimentação (NBR 7208 –
Fev/1982). Trabalho PCC-339. São Paulo, 2000.
[16] LING, M et al. Quantitative Analyses of Polymers and Crumb Rubber in Hot-Mix
Asphalts. Transportation Research Record 1586, TRB, Washington, DC, p.57-67,
1997.
[17] BAHIA, H.U et al.Classification of Asphalt Binders Into Simple and Complex
Binders. Proceedings of Association of Asphalt Paving Technologists. P.01-41, 1998.
[18] BERNUCCI, Liedi Bariani; LEITE, Leni Figueiredo Mathias; CERATTI, Jorge
Augusto Pereira; MOURA, Edson. Asfalto Modificado com EVA: uma solução para
revestimentos asfálticos de alto módulo e alta resistência à deformação permanente.
32º Reunião Anual de Pavimentação, Brasília/DF. 16 a 20 de outubro de 2000.
Dissertação de mestrado
90
[19] GARCIA, H. C.www2.petrobrás.com.br/minisite/refinarias/portugueses/refinarias/fortaleza.htm-6k (2004).
[20] JÚNIOR, A. M. ; ROGÉRIO, M. “Apostila sobre Asfalto de Borracha”.
http://www.iep.org.br/lit/literatura.htm (16/12/2003).
[21] SANTOS, R. G. “Tópicos Especiais em Físico-Química de Soluções de
Polímeros e Surfactantes”. Associação de Asfaltenos em Solução. 2001. QP 433.
[22]. LEWANDOWSKI, L. H. Rubber Chemistry and Technology v.67, p.448-480,
1994.
[23]. PETERSEN, J. C. “Chemical composition of asphalt as related to asphalt
durability” – State of the art – TRB, Transportation Research Record 999, 1984.
[24] GOODRICH, J. L.- Asphalt composition tests: “their application and relation to
field performance” – Annual Meeting of transp. Research Board 65, 1986.
[25] CORBETT, L. W. ; PETROSSI, U. – “Differences in distillation and solvent
asphalt” – Industrial Engineers Chemical Production, Research & Development, vol.
17, p.342, 1978.
[26] YEN, T. F. – Asphaltene/Resin plus oil interconversion: “an investigation into
colloidal model of asphaltenes” - Proceedings of Workshop-The chemical
components and structure of asphaltic material-Rome, 1991.
[27] JONES, D. R. – Understanding how the origin and composition of paving grade
asphalt cements affect performance - SHRP Asphalt Research Program Technical
Memorandum # 4, 1992.
Dissertação de mestrado
91
[28] Condições do Sistema Rodoviário em 2002; http:/ www.cnt.org.Br/ pesquisas
[29]
“Trilhas
de
Roda”.
http://www.google.com.br(20/05/2003).2002/ligações/
geral.jpg (2003).
[30] GARDINER, M. S. e WAGNER, C. (1999) Use of RAP in Superpave HMA
Applications. Transportation Research Board-TRB, National Research Council.
Washington, D.C.
[31] ABNT (1993) - Dosagem de misturas betuminosas pelo Método Marshall - NBR
12891, p. 197 a 208.
[32] MCGENNIS, R. B; ANDERSON, T. M; KENNEDY, T. W; SOLAIMANIAN, M.“Background of SUPERPAVE asphalt mixture design and analysis” - Report FHWA –
SA-95-003, Nov, 1994.
[33] SHRP (1994) – “The SUPERPAVE Mix Design System Manual of Specifications,
Test Methods and Practices” – SHRP-A-379. Strategic Highway Research Program –
National Research Council, Washington, DC.
[34] ASPHALT INSTITUTE (1989) – Performance Graded Asphalt Binder
Specification and Testing – SP-1.
[35] FERREIRA, A. B. H. Novo Dicionário da Língua Portuguesa - Aurélio Buarque
de Holanda Ferreira. Rio de Janeiro: Ed. Nova Fronteira, 1986.
[36] BARTH, E. J. Asphalt Science and Technology. Gordon and Breach Science
Publishers, New York, 1968.
Dissertação de mestrado
92
[37] CHAMEKI, S. – “Síntese da reologia e da sua aplicação ao dimensionamento de
pavimentos. Curso de Especialização de Pavimentação Rodoviária”. Publicação B10-59. Instituto de Pesquisas Rodoviárias do DNER, 1961. Rio de Janeiro, RJ.
[38] COELHO, V. - Contribuição ao Estudo das Deformações Permanentes, nas
Condições do Brasil, em Camadas de Concreto Asfáltico de Pavimentação. São
Carlos/SP - Escola de Engenharia de São Carlos – USP: 1996. Tese de Doutorado.
[39] ROBERTS, F. L. ; KANDHAL, P. S. ; BROWN, E. R. ; LEE, D. Y. ; KENNEDY, T.
W. – “Hot Mix Asphalt Materials, Mixture Design and Construction” – NAPA
Educational Foundation. Lanham, Maryland: 1998.
[40] Rheology of Asphalt Cements - rapport scientific - TAM 224/CEE 210.
[41]. CAMBUIM, K. B; SOBRINHO, A. B. CBECIMAT, 2002, Natal. Caracterização de
Borracha de Pneu Moído e de Asfalto Modificado Oriundo de Petróleo Brasileiro.
Anais: 2002.
[42]. SOARES, J. B. CBECIMAT, 2002, Natal. Caracterização e Comportamento
Térmico do Asfalto Modificado por Polímero. Anais: 2002.
[43] “Microscópio eletrônico de varredura”. http://www.morpheus.fmrp.usp.br/biocell/ microscopiodevarredura.htm (2003).
[44] “Microscópio eletrônico de varredura”. http://www.cepbio2002.hpg.ig.com.Br/
varredura. html (2003).
[45] DELPECH, M. C. - Análise Térmica de Polímeros (DSC, TG, TMA). IMA/UFRJ,
Rio de Janeiro, 2000.
Dissertação de mestrado
[46]
SILVERSTEIN,
93
R.
M.
;BASSLER,
G.
“Identificação
Espectrométrica”.
http:/www.google.com.br (2003).
[47] FAGUNDES, E. C. M. Artigo Técnico RPA. Alpha Technologies [catálogo
técnico].
[48] “Stylink-Asfalto modificado com polímero para CBUQ”; http:// 209.68.2.95/gama
2/ betunel/ sistemas_topic 1. htm (2003).
[49] BECKER, Y. ; MÉNDEZ, M. P. ; RODRÍGUEZ, Y. - Polymer Modified Asphalt,
V.9, 1, 2001.
[50] SALINI, R. B. ; MARCON, A. F. – “Utilização de Borracha Reciclada de Pneus
em Misturas Asfálticas”. - IIIº Encontro Ibero-Americano de Unidades Ambientais do
Setor Transportes, 1998.
[51] GIAVARINI, C. ; SANTARELLI, M. L. ; BRAGA, V. - Progettazione di um
polímero a base polipropilenica adatto per la modifica dei bitumi. Chimica e le
Industria, 75 (4): 270, 1993.
[52] HAYNER, R. E. - Sulfur in Oil Asphalt and Polymer Composition and Process,
Marathon Ashland Petroleum LLC, 1999.
[53] KELLY, K. P.; BUTLER, J. R. - Method of Preparation of Stable Bitumen Polymer
Compositions , US Patent 6 180 697, Fina Technology, 1999.
[54] COELHO,V. http://www.e-asfalto.com/aditivos (2004).
[55].
(2003).
CASTRO,
A..M.
http://www.econocenter.com.br/reciclagem/borracha.htm
Dissertação de mestrado
94
[56] ANIP(1996) -Associação Nacional de Indústrias de Pneumáticos.
[57] “Reciclagem de Pneus” em http://revista.fapemig.br/10/pneus.html(2003)
[58] PATERSON, W. D. O. – “Engineering and Economic Efficiency for Highways”:
An Introduction to the Highway Design and Maintenance Standards Model, HDM.
Word Bank Infrastructure Operations, Washington, DC, 1991.
[59] “Elastomers: Sulfur or Peroxide Cross-Linked?” em http://www.google.com.br
(2003)
[60] BRULÉ, B. - Polymer Modified Asphalt Cement Used in the Road Construction
Industry: Basic Principles, Transportation Research Board. 75th Annual Meeting. Jan.
7-11, 1996.
[61] BONFIM, V. Fresagem de Pavimentos Asfálticos. Ed. Fazendo Arte, São Paulo,
SP, 2001.
[62] http://www.agora-online.com.br/opiniao02.htm (2003).
[63] ARAÚJO, L.M.D. http://www.capitalgaucha.com.br (2003).
[64] http://www.cargaecia.com.br/arquivo/ maio2003/index_tendencia.php (2003).
[65].
PETERSON,
B.http://www.conhecerparaconservar.org/opini%c3%a3o/not%-
c3%adcias/descricao.asp?newsid=976 , (2003).
[66] FARIAS, M.M. http//www.ipef.br/servicos/clipping/152-2003.html , (2004).
[67] http://www.sucatas.com/pneu.html , (2004).
Dissertação de mestrado
95
[68] WAY, G. B. – “Flagstaff I-40 asphalt rubber overlay project, nine years of
success”.- Transportation Research Record, 78th Annual Meeting. Washington, 2000.
Dissertação de mestrado
96
ANEXO I – RESOLUÇÃO CONAMA N. 258, de 26.08.99.___________
RESOLUÇÃO CONAMA - Determina que as empresas fabricantes e as
importadoras de pneumáticos fiquem obrigadas a coletar e dar destinação final,
ambientalmente adequada, aos pneus inservíveis existentes no território nacional,
na proporção definida nesta resolução relativamente às quantidades fabricadas e/ou
importadas. As empresas que realizam processos de reforma ou de destinação final
ambientalmente adequada de pneumáticos ficam dispensadas de atender ao
disposto a esta exigência, exclusivamente no que se refere à utilização dos
quantitativos de pneumáticos coletados no território nacional.
Os prazos e quantidades para coleta e destinação final, de forma ambientalmente
adequada, dos pneumáticos inservíveis são os seguintes:
I - a partir de 1º de janeiro de 2002: para cada quatro pneus novos fabricados no
País ou pneus importados, inclusive aqueles que acompanham os veículos
importados, as empresas fabricantes e as importadoras deverão dar destinação final
a um pneu inservível;
II - a partir de 1º de janeiro de 2003: para cada dois pneus novos fabricados no País
ou pneus importados, inclusive aqueles que acompanham os veículos importados,
as empresas fabricantes e as importadoras deverão dar destinação final a um pneu
inservível;
III - a partir de 1º de janeiro de 2004: a) para cada um pneu novo fabricado no País
ou pneu importado, inclusive aqueles que acompanham os veículos importados, as
empresas fabricantes e as importadoras deverão dar destinação final a um pneu
Dissertação de mestrado
97
inservível; b) para cada quatro pneus reformados importados, de qualquer tipo, as
empresas importadoras deverão dar destinação final a cinco pneus inservíveis;
IV - a partir de 1º de janeiro de 2005: a) para cada quatro pneus novos fabricados no
País ou pneus novos importados, inclusive aqueles que acompanham os veículos
importados, as empresas fabricantes e as importadoras deverão dar destinação final
a cinco pneus inservíveis; b) para cada três pneus reformados importados, de
qualquer tipo, as empresas importadoras deverão dar destinação final a quatro
pneus inservíveis.
Desde 02/12/99, ficou proibida a destinação final inadequada de pneumáticos
inservíveis, tais como a disposição em aterros sanitários, mar, rios, lagos ou riachos,
terrenos baldios ou alagadiços, e queima a céu aberto. Os fabricantes e os
importadores poderão criar centrais de recepção de pneus inservíveis, a serem
localizadas e instaladas de acordo com as normas ambientais e demais normas
vigentes,
para
armazenamento
temporário
e
posterior
destinação
final
ambientalmente segura e adequada. Os distribuidores, os revendedores e os
consumidores finais de pneus, em articulação com os fabricantes, importadores e
poder público, deverão colaborar na adoção de procedimentos, visando implementar
a coleta dos pneus inservíveis existentes no País[9,10].