44ª RAPv – REUNIÃO ANUAL DE PAVIMENTAÇÃO
E
18º ENACOR – ENCONTRO NACIONAL DE CONSERVAÇÃO RODOVIÁRIA
ISSN 1807-5568 RAPv
Foz do Iguaçu, PR – de 18 a 21 de Agosto de 2015
ANÁLISE DE DISPERSÃO DE RESULTADOS DO CONTROLE DE TEOR
DE LIGANTE E GRANULOMETRIA DE MISTURAS ASFÁLTICAS COM
AGREGADOS DE BAIXA ABSORÇÃO A PARTIR DO ROTAREX
Bruno César Silva Gonçalves 1; Deividi da Silva Pereira 2; Luciano Pivoto Specht 3; Fabio
Pereira Rossato 4; Karlla Gabriella Duarte Cândido 5; Rafael Favaretto Mattos 6
RESUMO
Esta é uma pesquisa sobre o ensaio de extração de betume através do aparelho Rotarex. O objetivo do ensaio é chegar ao
teor de ligante e granulometria de uma amostra de mistura asfáltica. O teor de ligante de uma mistura é obtido por métodos
de dosagem como o Marshall e Superpave. No teor de ligante de projeto procura-se uma melhor resposta do revestimento
asfáltico frente ao serviço. Várias são as más consequências quando o teor está fora do desejado: exsudações,
escorregamento de massa, buracos, trincamento por fadiga, entre outras. Este trabalho procura avaliar a dispersão de
resultados de extração de betume e granulometria a partir do Rotarex. Os resultados do material pétreo de baixa absorção
foram comparados aos de alta absorção. Visou também elucidar a influência do teor de finos da mistura no ensaio de
extração. Realizaram-se diversos ensaios de extração de betume com diferentes tipos de extratores e diferentes tipos de
solventes em misturas idênticas e previamente conhecidas. Os resultados de extração de betume mostraram valores
médios de teor de ligante acima do teor real, tanto no caso de utilização de Rotarex manual como elétrico, tendo possível
causa na perda de finos durante a centrifugação. O Rotarex manual mostrou ineficiência na extração do ligante,
diferentemente do extrator de modelo elétrico, que teve melhor extração do ligante das amostras. A ineficiência do extrator
manual acabou por influenciar os resultados de granulometria, visto que as amostras finais da extração apresentaram
torrões de material pétreo e ligante, acarretando em falsos dados de material retido nas peneiras. O agregado de menor
absorção mostrou valores mais elevados de teor de betume se comparados às de maior absorção.
Palavras-Chave: Concreto Asfáltico Ligante Rotarex Extração
ABSTRACT
This is a research about the bitumen extraction experiment with the apparatus Rotarex. Aiming the discovery of the
content of asphalt cement and grain size of a sample of asphaltic mixture. The content of asphalt cement of a mixture is
obtained by dosage methods such as Marshall and Superpave. On the project’s content of asphalt cement it is aimed a
better response of surface course. There are many bad consequences when the content is out of the desire: bleeding, mass
slip, holes, cracking by fatigue, and others. This research aims to evaluate the results dispersion of bitumen and grain size
extraction by the Rotarex. The results of rock material of low absorption were compared with the ones with high
absorption. It is aimed also, to elucidate the influence of the content of fines from the mixture on the extraction experiment.
Many experiments were made to extraction of bitumen with different types of extractors and different kinds of solvents
on identical mixtures, previously known. The results of bitumen extraction showed mediums values of asphalt cement
content above the real content, in the use of manual Rotarex and the electric one as well, with possibility of fines lost
during the centrifugation. The manual Rotarex showed inefficiency on asphalt cement extraction, different of the electrical
model, which has the best asphalt cement extraction of samples. The inefficiency of the manual Rotarex end up
influencing the results of grain size, since the final samples of extraction showed turfs of rock material and asphalt cement,
causing fake data of retained material on sieves. The aggregate of low absorption showed higher values of bitumen content
when compared with the one of high absorption.
Keywords: Asphalt Concrete. Rotarex. Bitumen Extraction.
1
Mestrando em Engenharia Civil - Universidade Federal de Santa Maria. Endereço profissional: Avenida Roraima,
1000, Cidade Universitária, Santa Maria, RS. E-mail: [email protected]
2
Professor da Universidade Federal de Santa Maria. E-mail: [email protected]
3
Professor da Universidade Federal de Santa Maria. E-mail: [email protected]
4
Mestrando em Engenharia Civil - Universidade Federal de Santa Maria. E-mail: [email protected]
5
Graduanda em Engenharia Civil - Universidade Federal de Santa Maria. E-mail: [email protected]
6
Engenheiro Civil - Universidade Federal de Santa Maria. Endereço profissional: Rua Conde de Porto Alegre 953,
Apto 205, Centro, Santa Maria RS. E-mail: [email protected]
INTRODUÇÃO
Pavimentos flexíveis são de suma importância na economia brasileira. Rodovias em bom estado de
serviço só tendem a melhorar a eficiência no transporte de cargas, escoamento de insumos para portos
e distribuição de mercadorias, e transporte de passageiros dentro do território nacional.
Dentro de todo esse processo, encontra-se o controle tecnológico. Este deve ditar a situação realmente
empregada em obra, comparada a idealizada em projeto. Um exemplo de projeto é o de Concreto
Asfáltico, amplamente utilizado em rodovias pelo mundo, é moldado para que tanto a parcela de
agregados como a de ligante forme uma massa coesa, com certo atrito interno entre a matriz pétrea e
correta ligação como um todo, número de vazios adequado, maximizando sua funcionalidade e vida
útil.
O controle do teor de ligante na pavimentação com misturas asfálticas é de suma importância no
controle tecnológico de obras rodoviárias, tanto por parte da empreiteira quanto por parte da
fiscalização. Para esse controle é realizado, entre outros, o Ensaio de Extração de Betume,
normalizado pela DNER ME 53/94, que é um ensaio de baixo custo e de procedimento simples.
Outros ensaios também são empregados para a obtenção de porcentagem de ligante em massas
asfálticas, tais como Refluxo Duplo e Soxhlet, mas esses não fazem parte deste estudo.
O ensaio de extração de betume com o Rotarex é o mais utilizado atualmente pelas empreiteiras,
fiscalizadoras e laboratórios de pesquisa, mas seus resultados geram desconfiança, comparados a
outros ensaios de extração. Tal desconfiança deve-se justamente ao fato de ocorrer perda de finos
juntamente ao ligante extraído da amostra durante a centrifugação (ROSSATO ET AL. 2014). Uma
falha nesse controle pode levar a erros consideráveis em uma obra rodoviária, tanto no excesso como
na falta de ligante asfáltico presente na massa, podendo causar defeitos na pista de rolagem da
rodovia, não somente pelo erro direto de controle, mas também por provocar ajustes errôneos na
usinagem.
AGREGADOS E O LIGANTE NAS MISTURAS ASFÁLTICAS
No Brasil predomina a utilização de Concreto Asfáltico (CA) como revestimento de pavimentos,
também conhecido como Concreto Betuminoso Usinado a Quente (CBUQ). CAs possuem
previamente calculados em laboratório: proporções de agregados de diferentes tamanhos;
porcentagem de cimento asfáltico; certa temperatura de mistura e de compactação; energia de
compactação e densidade pós-compactação. Essas misturas a quente são aplicáveis a qualquer volume
de tráfego, de volume baixo até volume elevado. Misturas a quente são subdivididas quanto a sua
graduação dos agregados como densa, aberta ou descontínua (BERNUCCI ET AL., 2006).
Bernucci et al. (2006) relata alguns defeitos encontrados em pista contendo suas origens no agregado
utilizado na mistura asfáltica, sendo por suas propriedades mecânicas ou por falhas na composição
granulométrica:
a) desgaste, desagregação e polimento de agregado, devido a baixa resistência a abrasão;
b) problemas de adesividade do ligante ao agregado, gerando deslocamentos e perda de agregado;
c) segregação, pode ter origem na definição da faixa granulométrica.
Além de um correto esqueleto pétreo, revestimentos asfálticos também necessitam de uma correta
quantidade de ligante. Segundo Augusto Junior (1992) erros na quantidade de teor de ligante levam
a mistura asfáltica a baixo desempenho e certos defeitos, tanto no excesso quanto na falta de ligante
se comparados ao teor ótimo. Alguns destes são citados adiante:
a) Baixa Estabilidade: provocada pelo excesso de ligante, predominantemente;
b) Resistência insuficiente ao trincamento por fadiga: provocada, normalmente, pela falta de ligante
no revestimento e também provocada por deficiente compactação, excesso de vazios e camada
insuficiente de revestimento da pista;
c) Corrugação: provocada pela não homogeneidade na quantidade de ligante na mistura asfáltica;
d) Deformações: pouca quantidade de ligante ou até desuniformidade na quantidade de ligante no
revestimento;
e) Exsudação: provocada por elevada taxa de ligante na mistura;
f) Baixo atrito pneu/pavimento: provocado pelo excesso de ligante exsudado na pista;
g) Oxidação acelerada: causada por falta de ligante, que ao deixar maior número de vazios, deixa
exposto o pavimento a maior ataque por oxidação;
h) Permeabilidade excessiva: provocado pela maior quantidade de vazios, também provocado por
falta de ligante. Uma compactação abaixo da prevista também acarreta esse problema na
permeabilidade.
METODOLOGIA
Baseado na pesquisa de Rossato et al. (2014), esse estudo utilizou-se da mesma granulometria e traço
de mistura, com as mesmas quantidades retidas nas peneiras, mesmo teor de projeto e mesmo ligante,
CAP 50/70. Tentando ampliar o horizonte da pesquisa mencionada, que utilizava um Riodacito da
região de Santa Maria - RS com absorção ponderada em torno de 3%, procurou-se agora um material
de menor absorção, um Granito oriundo de Sentinela do Sul - RS (Tabela 1).
Tabela 1 – Propriedades do material pétreo utilizado neste trabalho
Propriedade
Absorção (%)
Método
DNER-ME 195/97 e
NBR 30/2001
Graúdo
Pó
0,55
0,66
Absorção ponderada
0,61
Massa Específica (g/cm³)
DNER-ME 195/97
2,58
---
Índice de forma (%)
NBR 78/09/06
2,4872
Sanidade (%)
DNER-ME 089/94
1,248
Perda a abrasão LA (%)
DNER-ME 035/98
38,48
Partindo do traço de referência, denominado de “REF”, fez-se também a utilização de mais dois, um
traço com menor quantidade de finos (2% a menos de passante na peneira nº 200), chamado de “REF2%” e outro traço com mais finos (2% a mais de passante na peneira nº200) chamado de “REF+2%”.
Foram então misturadas três amostras de cada traço para serem entregues para cada empresa, ou seja,
nove amostras para cada empresa participante dessa pesquisa. Cada amostra com um peso total de
900g e com teor de betume de 5%, ou seja, 855g de material pétreo e 45g de CAP.
As misturas foram entregues às empresas acompanhadas de uma carta, mencionando os ensaios a
serem realizados e suas respectivas normas, assim como uma ficha com tabela de dados a serem
preenchidos por amostra e um questionário com perguntas pertinentes à pesquisa.
Paralelamente à fase de execução de ensaios pelas empresas, foram realizados ensaios na UFSM com
o Rotarex manual, utilizando gasolina como solvente, e Rotarex elétrico com o solvente Solver 87®
destilado. Cada uma dessas configurações também feitas para 3 amostras dos 3 traços.
Mistura
O teor de ligante do traço REF e dos demais, REF -2% e REF +2%, utiliza de 5% de teor de ligante.
A distribuição granulométrica é a mesma do trabalho de Rossato et al (2014), com as porcentagens
de material passante por peneira apresentados na Figura 1. As distribuições de material retido dos 3
traços estão quantificadas conforme a Tabela 2. Essas granulometrias encontram-se na Faixa C do
DNIT 031/2006-ES (Figura 1).
Figura 1 – Gráfico das composições granulométricas utilizadas na pesquisa
Tabela 2 – Distribuições granulométricas dos traços da pesquisa
REF
Paneiras
% retida
1”
¾”
1/2"
3/8"
n° 4
n° 10
n°40
n° 80
n° 200
Pas. 200
TOTAL
0,00
0,00
12,17
3,91
29,81
19,40
19,71
6,14
2,03
6,84
100%
massa retida
(g)
0
0
104
33
255
166
169
53
17
58
855
REF -2%
% retida
0,00
0,00
12,17
3,91
29,81
20,24
20,45
6,45
2,13
4,84
100%
massa retida
(g)
0
0
104
33
255
173
175
55
18
41
855
REF +2%
% retida
0,00
0,00
12,17
3,91
29,81
18,56
18,97
5,82
1,93
8,84
100%
massa retida
(g)
0
0
104
33
255
159
162
50
16
76
855
O ligante asfáltico deste trabalho tem por base o utilizado por Rossato et al. (2014), sendo o CAP
50/70, muito utilizado no Rio Grande do Sul. Oriundo da Refinaria de Petróleo Alberto Pascualini
(REFAP) da cidade de Canoas - RS.
Procedimento para mistura das amostras
Antecedendo a fase de mistura, o material pétreo utilizado neste trabalho foi primeiramente
peneirado. O objetivo era possuir o material retido de cada peneira a ser utilizado nas misturas, assim,
possibilitaria que cada amostra tivesse uma mistura com exata quantidade de material retido por
peneira. Ainda antecedendo a mistura, todo o material foi separadamente lavado por peneiras, com
o mesmo objetivo de aumentar a exatidão diante da necessidade de quantificação dos agregados após
a realização do ensaio de extração de betume.
No dia que antecedeu a mistura, fez-se a pesagem do material granular separadamente por amostra,
utilizando de balança de precisão de 0,1g e capacidade de 10kg. Ao termino da pesagem das amostras,
com devida identificação por tipo de traço, colocou-se as amostras em estufa à 163ºC com o objetivo
de estarem na temperatura certa de mistura.
No dia da mistura dos agregados com o CAP, este foi aquecido até temperatura de 153°C, estando
então na temperatura correta de mistura conforme já mencionado. Já tendo o ligante e o material
pétreo em temperatura correta de mistura, para cada amostra foi adicionado a correta quantidade de
ligante e imediatamente iniciou-se a mistura em si, de forma manual, utilizando uma colher de
mistura. As misturas foram então depositadas em recipientes de alumínio “Marmitex”, resfriadas e
com correta identificação por traço, para posterior envio às empresas participantes deste trabalho.
Ensaio de Extração de Betume
O ensaio de extração de betume, normatizado pela DNER 053/94, tem como equipamento principal
uma centrífuga extratora de betume, conhecida por Rotarex. As especificações do aparelho, assim
como a aparelhagem necessária para realizar o ensaio estão descritos na norma. Outros detalhes
necessários para o ensaio também são encontrados, como temperaturas para devida preparação das
amostras, tipos de solvente para diferentes tipos de ligante, detalhes quanto ao manuseio da amostra
antes e depois do ensaio e equação para aferição do teor de ligante na mistura asfáltica.
Um detalhe importante a ser considerado é o fato de não haver mais disponibilidade no mercado do
solvente Tetracloreto de Carbono. Em substituição a este solvente foram utilizados o Solver 87®
(marca registrada da empresa LM Química), Gasolina ou Percloroetileno.
Neste trabalho também foi realizado um ensaio de granulometria para cada amostra, normatizado pela
DNER-ME 083/98 - Agregados - análise granulométrica, com o objetivo de buscar a variação da
distribuição granulométrica das amostras após a extração do ligante
Distribuição das amostras
Assim como no trabalho de Rossato et al. (2014), procurou-se aferir a exatidão dos ensaios de
extração pelas empresas de pavimentação, procurando evidenciar possíveis erros, tanto de aferição
de dados como erros de execução das normas.
Para cada empresa foi enviado o mesmo conjunto, contendo:
a) 3 amostras de 900g do traço de referência REF;
b) 3 amostras de 900g do traço com menos 2% de finos REF-2%;
c) 3 amostras de 900g do traço com mais 2% de finos REF+2%;
d) Uma carta com descrição da pesquisa e orientações quanto a normas a serem utilizadas nos
ensaios, dados a serem aferidos, telefones e e-mails para contato e datas limite para entrega dos
resultados;
e) Ficha em papel com tabelas e perguntas a serem respondidas por parte da empresa;
f) Ficha em modo digital, entregue em CD como objeto facilitador na resposta da empresa.
Cada amostra foi devidamente identificada e com seu respectivo espaço na ficha para preenchimento
de seus resultados de ensaio. Essa identificação é codificada, sendo somente para controle do
pesquisador quanto a qual traço se refere cada amostra. Um exemplo é o traço de referência REF,
identificado nas amostras com a letra A, sendo que as três amostras enviadas para cada empresa foram
nomeadas como A1, A2, e A3, e assim também na ficha enviada para a empresa, evitando-se a
influência na aferição dos dados, pois quem realizou o ensaio não teve conhecimento da diferença
nas granulometrias ou qualquer outra característica que seria possível diferir entre as amostras.
RESULTADOS E ANÁLISES
Na pesquisa foram contabilizadas oito empresas participantes, distribuídas em 6 ensaios de
laboratórios de empresas de pavimentação e 2 referentes aos ensaios realizados na UFSM. Como já
citado, os nomes das empresas colaboradoras com esta pesquisa foram ocultados e simbolizados
apenas pela letra E seguida de uma numeração para diferenciá-las. A Tabela 3, abaixo, traz um resumo
dos dados obtidos nos ensaios realizados nesta pesquisa. As empresas foram agrupadas no quadro
primeiramente por tipo de equipamento, Elétrico ou Manual, e posteriormente por tipo de solvente
utilizado. Os dados dos teores de ligante estão separados em: REF o traço de referência; REF+2% o
traço com maior quantidade de finos; REF-2% o traço com menor quantidade de finos.
O erro absoluto é calculado em relação ao teor real de 5,00% utilizado nas amostras.
Tabela 3 – Resultados gerais para teores de asfalto
Empresa
Rotarex
E1
(UFSM)
E3
Elétrico
E8
REF
REF +2%
REF -2%
Erro
absoluto
médio (%)
Solver 87® destilado
5,30
5,60
5,17
0,36
Tricloroetileno
4,99
4,97
4,83
0,07
Percloroetileno
5,26
5,19
5,13
0,19
5,22
5,40
5,23
0,28
4,85
5,16
5,13
0,05
4,95
5,15
4,98
0,03
4,98
5,18
4,93
0,03
5,51
5,38
5,16
0,35
Solvente
E2
(UFSM)
Gasolina
E4
E5
E6
E7
Manual
Tricloroetileno
destilado
Teor médio de ligante encontrado (%)
Perda ou ganho de material granular
Para uma melhor visualização dos dados obtidos nesta pesquisa, na Figura 2 está esboçado um gráfico
contendo a média de perda ou ganho de material por peneira em relação a real quantidade de material
nos traços utilizados na concepção das amostras, no caso geral, com todos os dados agrupados. O
primeiro fator analisado é a quantidade expressiva de ganho de massa na peneira 1/2'’ e 3/8’’ e a
perda nas peneiras que a seguem, principalmente da nº4 a nº80. Logo serão mostradas explicações e
figuras da possível causa de ganho de massa. Deve-se, resumidamente, ao fato de não haver plena
lavagem do filme de ligante do material pétreo, havendo aglutinação de vários grãos em forma de
torrões. Logo, materiais de menor granulometria, ao aglutinarem-se, formam um falso material de
granulometria maior, explicando esse acúmulo nas peneiras 1/2' e 3/8’’ e a perda nas peneiras
seguintes, uma alteração granulométrica. Outra é o ganho de material também na peneira nº200, que
têm uma possível causa no alto valor de abrasão do agregado, ou seja, esse aumento de finos pode ter
causa no atrito interno durante as misturas e os ensaios, fato que também abordado no decorrer do
trabalho.
Figura 2 – Percentualidade média de perda ou ganho de agregado por peneira. Rocha de baixa absorção
A Figura 3 também mostra a média de perda ou ganho de material por peneira, mas com resultados
separados por traço. Note que entre os três traços, REF, REF+2% e REF-2%, não é visível uma grande
diferença nos ganhos e perdas de massa nas peneiras, somente a diferença em um ganho de material
passante na nº200 no traço REF-2% em relação aos outros.
Figura 3 - Porcentagem média de perda ou ganho de material para cada traço. Rocha de baixa absorção
Observando os dados das peneiras 1/2'’ e 3/8’’, à primeira vista, o ganho de massa na peneira 3/8’’
parece muito maior entre essas duas, mas em forma de massa elas se equivalem em grandeza. A
explicação para o fato desse ganho é a aglutinação de agregados evidenciada no Rotarex manual, fato
que será analisado no item “Alteração granulométrica: a aglutinação de agregados e ligante”. Somente
no traço REF-2% há menor valor de ganho. Ou seja, a menor quantidade de material passantes na
nº200 pode ter gerado alteração nas peneiras maiores.
Uma possível causa para a diferença de perda para ganho de quantidade de agregado passante na
peneira nº200 no REF-2% pode ser explicado justamente na menor quantidade de finos, há uma
possibilidade de essa menor quantidade de finos ter gerado menor quantidade de aglutinação de
material nas peneiras subsequentes. Esse possível excesso de aglutinação gerado pelas partículas de
menor diâmetro pode ser associado a sua maior área específica, aumentando a quantidade de ligante
entre as partículas menores e, então, a maior quantidade de acúmulo nas peneiras 1/2”, 3/8” e nº200.
O caso do ganho de material na peneira nº200 para os três traços pode ter algumas possíveis causas.
A primeira é a dificuldade do peneiramento do agregado de diâmetros menores, principalmente nesta
peneira analisada. Uma segunda possibilidade é a aglutinação do material passante na nº200, que gera
um falso diâmetro maior, ficando retido na nº200. E finalmente, a possibilidade de aumento de finos
gerados durante o processo de mistura e ensaios, algo possível devido ao alto valor de abrasão
encontrado na rocha utilizada neste trabalho.
Uma situação deve ser salientada ao analisar o gráfico da Figura 3 é que os três traços têm aumento
de massa na peneira nº 200, mas mesmo o traço REF-2% tendo esse ganho, também têm aumento no
passante da nº200, diferentemente dos outros dois traços com maior quantidade de finos. Isso pode
ter sido causado em razão do material pétreo ter um alto valor de abrasão, e por possuir menor
quantidade de finos, acarretando, assim, em um maior atrito interno no esqueleto pétreo, formando
maior quantidade de pó do que na concepção da mistura.
Rotarex manual ou mecânico
Na Figura 4 está a possível causa de excessivo ganho de massa na peneira 3/8’’, problema constatado
já comentado no item anterior (Figura 2). Note que é expressiva a diferença entre as granulometrias
do extrator manual e do extrator elétrico. No extrator manual houve uma diferença realmente
significativa entre a perda e ganho de material nas peneiras e o real valor, enquanto que nos ensaios
realizados com extrator elétrico os dados de granulometria são relativamente próximos de 0%.
Figura 4 - Porcentagem média de perda ou ganho por tipo de Rotarex.
Rocha de baixa absorção
A influência do Rotarex manual nos dados em forma de média geral (Figura 2) deve-se à maior
quantidade de empresas que utilizaram desse aparelho, cinco empresas, contra três que utilizaram de
Rotarex elétrico. O gráfico abaixo (Figura 5) mostra os resultados médios de teor de ligante obtidos
em cada tipo de extrator neste trabalho.
Figura 5 – Média de teores de ligante do Rotarex manual e Rotarex elétrico
Nota-se que a perda de finos na centrifugação é influente nos resultados. No caso de extração com
Rotarex manual, é elevada essa perda, o que geraria um grande erro nos resultados de teor de ligante,
visto que eleva erroneamente a massa de asfalto centrifugado, mas isso não ocorre, tendo as médias
de teor de ligante até próximos do real teor de ligante. Isso pode ser explicado numa compensação
entre o que se perde de finos e o que não é extraído de ligante da amostra, uma explicação muito
lógica ao se olhar a amostra final dos ensaios com extrator manual, com coloração escura e maior
quantidade de torrões constituídos de ligante com agregados de diferentes tamanhos (Figura 15).
Com o extrator elétrico a extração do ligante da amostra é mais eficiente e melhor evidenciada ao
analisar visualmente as suas amostras finais, com agregados mais limpos e claros, além de uma
quantidade muito menor de torrões (Figura 16). Sua média de teor de ligante entre as empresas
participantes ficou mais elevada que a do manual, mas muito próximas. Esse fato tem origem na sua
menor perda de finos em comparação ao manual, visto que, se este tipo de aparelho extrai maior
quantidade de ligante, deveria ter médias maiores de teor de ligante, o que não ocorre. Imagens
comparativas das amostras finais de extração serão mostradas no item “Alteração granulométrica: a
aglutinação de agregados e ligante”.
Como em qualquer ensaio que emprega energia proveniente da força motora humana, não há uma
garantia de constância na energia empregada no aparelho e consequente qualidade do ensaio. O
responsável pela execução do ensaio, ao cansar-se durante o emprego de força motora, pode não gerar
a frequência de rotações necessárias para manter uma velocidade tangencial para efetiva extração do
asfalto da amostra.
No caso do Rotarex ser elétrico, há uma maior frequência de rotações, quantidade de rotações por
minuto (rpm) durante o ensaio, chegando a 3600rpm. Essa constância na força de inércia para
expulsão do ligante asfáltico da amostra acarreta numa menor quantidade de torrões, por extrair
melhor o ligante, logo, há mais precisa extração e uma melhor precisão na análise granulométrica em
relação ao extrator manual.
A influência do teor de finos na determinação do teor de ligante
O traço de maior quantidade de finos REF+2% teve um maior valor no erro absoluto médio. Isso
indica uma influência direta da quantidade de finos no resultado do ensaio de extração de betume. O
traço de referência REF teve um menor erro comparado ao REF+2% e o traço REF-2%, com menos
finos, teve o seu erro médio entre as empresas muito próximo ao teor real (Figura 6), sendo o menor
erro entre os três traços, 0,07%. Esses resultados tendem a confirmar os dados da pesquisa de Rossato
et al. 2014).
Figura 6 – Média dos resultados para cada traço
A influência da quantidade de material passante na peneira nº200 deve-se à sua conjunta extração ao
ligante durante a centrifugação, elevando erroneamente o valor de massa perdida na extração, que
teoricamente deveria ser somente de asfalto.
A influência da absorção na determinação do teor de ligante
As médias de teor de ligante nesta pesquisa mostraram-se elevadas em comparação à pesquisa de
Rossato et al. (2014), e acima do teor de ligante real de 5,00%. Uma possibilidade está na perda de
finos conjuntamente a uma melhor extração do ligante asfáltico, pois o material pétreo deste trabalho
apresenta menor absorção do que a utilizada na pesquisa citada.
A rocha utilizada neste trabalho, um Granito, possui uma absorção ponderada de somente 0,55% para
o material graúdo, contra 2,53% do trabalho citado e somente 0,66% do material miúdo, comparado
aos 3,55% do Riodacito utilizado por Rossato et al. (2014). Isso pode ser melhor visualizado no
gráfico abaixo, montado a partir dos dados da pesquisa realizada por Rossato et al. (2014). Observe
os dados das médias para os três traços em comparação a este trabalho (Figura 7).
Figura 7 – Comparação entre teores de ligante entre a presente pesquisa, rocha de baixa absorção, e a com alta
absorção de Rossato et al. (2014)
Os dados REF (R), REF+2% (R) e REF-2% (R) referem-se à pesquisa de Rossato et al. (2014)
Fica clara a influência da absorção da rocha em misturas asfálticas na determinação do teor de ligante
com extrator Rotarex. No caso da rocha de baixa absorção, contendo valores maiores de teor de
ligante, a possibilidade está na maior quantidade de ligante exposto externamente na mistura. No
material de alta absorção, possivelmente, parte do ligante mantem-se na rocha mesmo após a extração,
acarretando em valores baixos de teor de betume, erroneamente.
Tipos de solventes
Note que há uma preferência na utilização da gasolina como solvente (Figura 8). Um fato provável é
a maior quantidade de empresas que utilizaram de Rotarex manual e a facilidade ao acesso e preço
da gasolina. Na pesquisa de Rossato et al. (2014) houve também preferência na utilização de Gasolina
como solvente no ensaio de extração de betume.
Figura 8 – Proporção dos tipos de solventes utilizados na pesquisa
Observando o gráfico da Figura 9 nota-se um menor erro na utilização do solvente Percloroetileno e
Gasolina, diferentemente do caso de uso de Tricloroetileno e do Solver 87® como solventes, obtendo
médias muito próximas de erro absoluto.
Figura 9 – Erro absoluto médio por tipo e solvente
Um fato importante a ser considerado é não haver mais disponibilidade no mercado do solvente
Tetracloreto de Carbono, o solvente indicado na norma para misturas com asfalto. Os solventes
utilizados na pesquisa, além de outros, como o querosene, são alternativas encontradas por empresas
e laboratórios de pesquisa. Mesmo assim, alguns destes são de difícil aquisição. Logo, há a
necessidade de ajuste da norma, uma atualização em relação a realidade do mercado, visando também
a segurança no manuseio e armazenamento dessas substâncias.
A influência da absorção na determinação da granulometria
Os gráficos abaixo (Figura 10, Figura 11, Figura 12, Figura 13 e Figura 14) apresentam perdas e
ganhos de material pétreo encontrados nas granulometrias de amostras finais de extração. Os
resultados estão em forma de média para cada situação apontada e com o objetivo de comparar os
resultados para rocha de baixa absorção, agregado utilizado neste trabalho, e uma rocha de alta
absorção, pesquisa de Rossato et al. (2014).
Nos gráficos da Figura 10 e Figura 11 há uma comparação entre as rochas de baixa e alta absorção
no Rotarex manual e no Rotarex elétrico. Um fato facilmente visível no caso do Rotarex manual, é
que houve menor alteração granulométrica na utilização de uma rocha de alta absorção, reforçando a
possibilidade de influência da absorção na granulometria da amostra resultante do ensaio de extração
deste modelo. No caso da utilização de Rotarex elétrico houve menor alteração no geral, o pico
máximo de perda ou ganho de material foi de 1,99% na peneira 3/8’’ com material de baixa absorção,
e uma perda máxima de 1,91% na utilização de rocha de absorção alta, valores esses muito próximos
em módulo, contra 8,24% de valor máximo de ganho no Rotarex manual com rocha de baixa
absorção.
Figura 10 – Comparação de resultados – Rotarex manual
Figura 11 - Comparação de resultados – Rotarex elétrico
Mantendo o foco na comparação da dispersão de resultados entre rochas de baixa absorção e de alta
absorção, nos gráficos que seguem (Figura 12, Figura 13 e Figura 14), reforça-se a possível influência
da absorção mesmo com utilização de diferentes traços. A rocha de baixa absorção teve resultados
com maior dispersão se comparados a rocha de alta absorção em todos os traços. Essa influência já
foi comentada como tendo possibilidade na maior quantidade de ligante disposto externamente à
rocha de baixa absorção, que acaba por formar torrões de finos, estes acabando por influenciar na
granulometria. Com maior quantidade destes torrões, o material de menor diâmetro, ao aglomerar-se
a outras partículas, acaba por ser contabilizado em peneiras diferentes de seu real tamanho. Esse fato
será melhor explicado no item “Alteração granulométrica: a aglutinação de agregados e ligante”.
Figura 12 - Comparação de resultados – Traço REF
Figura 13 - Comparação de resultados – Traço REF +2%
Figura 14 - Comparação de resultados – Traço REF -2%
Alteração granulométrica: a aglutinação de agregados e ligante
Durante a análise dos resultados, nos itens anteriores a este, já foi comentado a existência de uma
discrepância nos dados de granulometria obtidos das amostras finais dos ensaios de extração de
betume deste trabalho. Esse ganho de material na peneira 3/8’’ e 1/2’’, e perda de material nas
peneiras menores que a seguem em ordem decrescente, pode ter origem na formação de torrões de
ligante e agregados. Esse fato já foi constatado na pesquisa de Rossato et al. (2014), mesmo utilizando
de rocha de maior absorção. Isso ocorre no uso dos dois tipos de extrator, Rotarex manual e elétrico,
mas é salientado que somente no caso do manual essa diferença foi tão clara nos dados de
granulometria, mas também constatado visualmente. A Figura 15 contém amostras de partículas
formadas através de diferentes granulometrias e ligante asfáltico, mas retidas na peneira 3/8’’ após o
ensaio de extração de betume com Rotarex manual. Já a Figura 16 procura mostrar a diferença entre
as partículas obtidas na peneira 3/8’’ após extração no Rotarex manual e Rotarex elétrico.
Se ainda há ligante nas amostras de extração, esse material diminuiria a diferença entre as massas
inicial e final do ensaio de extração, diminuindo o teor de ligante, mas isso não ocorre. Foram
encontrados valores maiores que o aplicado nas misturas. Isso pode reforçar o fato de que durante o
ensaio há perda de material fino, compensando a massa não extraída de CAP.
Figura 15 – Amostras de material retido na 3/8’’ – Rotarex Manual
Figura 16 – Amostras de material retido na 3/8’’ – Rotarex Manual (e) e Elétrico (d)
Essas duas amostras confirmam o que os dados de granulometria já evidenciaram. O extrator manual
foi ineficiente na extração do betume, enquanto o extrator elétrico obteve uma extração uniforme e
eficiente do asfalto. Essa falha na extração do betume deveria proporcionar um teor de betume
elevado no caso de o ensaio ser realizado com extrator manual, por extrair uma menor quantidade de
ligante da amostra, mas pelo contrário, foram obtidos valores elevados de teor de asfalto, acima do
teor de projeto utilizado nas misturas. Esse fato pode ter origem na perda de material fino na extração
conjunta à perda de finos no processo de centrifugação.
Na Figura 17 são mostrados resultados de uma amostra desse material retido em forma de torrões na
peneira 3/8’’ de amostras finais de extração com aparelho manual. Nessa amostra foi realizada uma
extração utilizando extrator elétrico, que mostrou ser mais eficiente na extração de betume durante a
pesquisa, e uma granulometria com lavagem, para maior precisão nos resultados (Tabela 4). O que
era uma amostra com composição de 100% retida na peneira 3/8’’, mostrou uma granulometria
totalmente diferente após uma maior remoção de betume. O teor de betume obtido foi de 0,7%,
resultado da má centrifugação do Rotarex manual. Fazendo uma análise, com uma amostra de 900g,
somente essa parcela de ligante do retido na 3/8’’ causaria um deslocamento no valor de teor de 5%
para 5,11%.
Figura 17 - Amostra de material retido na 3/8’’ de uma extração com Rotarex manual antes e após uma nova e mais
eficiênte extração de ligante
Tabela 4 – Composição antes e após uma nova extração de uma amostra de torrões de material retido na 3/8’’
Peneira
Composição antes da Composição após
nova extração
nova extração
3/8"
100%
77,08%
n° 4
24,27%
n°10
0,23%
n°40
0,23%
n°80
0,18%
n°200
0,07%
Pass. n°200
0,14%
Influência da alta abrasão na granulometria
Com o intuito de comprovar a influência da abrasão elevada da rocha deste trabalho nos resultados
de granulometria, foi realizado um ensaio de extração em um extrator elétrico em uma amostra sem
ligante. A diferença de granulometria está exemplificada no gráfico abaixo (Figura 18). Note a perda
de material na peneira nº10 e o ganho nas peneiras seguintes, principalmente na peneira nº200 e
passante na nº200. Este fato confirma uma influência da abrasão da rocha utilizada na granulometria
após mistura e extração.
Figura 18 – Diferença de resultados – influência da abrasão
CONCLUSÕES
Os dados da pesquisa anterior a esta já haviam provocado maior desconfiança na confiabilidade do
ensaio de extração de betume, e neste trabalho não foi diferente, estando evidente a baixa eficiência
na extração de betume no modelo manual do extrator Rotarex, mesmo com utilização de diferentes
solventes e até mesmo com uma rocha de absorção baixa, comparado à rocha utilizada na pesquisa
de Rossato et al. (2014).
Os resultados finais médios de teor de betume dos dois tipos de aparelho Rotarex mostraram médias
próximas entre si e acima do teor real. No caso do extrator manual, é visível nas amostras obtidas
após o ensaio de extração que este é ineficiente na extração do ligante, mas essa massa de ligante foi
compensada com perda de finos. O extrator elétrico mostrou-se mais eficiente na extração de ligante,
com material pétreo melhor lavado, percebendo-se poucos resíduos de betume comparado às amostras
do manual. Este fato também ocorreu na pesquisa de Rossato et al. (2014), que utilizou uma rocha de
alta absorção.
Os dados de média de teor de ligante com rocha de baixa absorção deste trabalho mostraram
resultados mais elevados se comparados aos teores médios da pesquisa de Rossato et al. (2014), que
utilizava de uma rocha de alta absorção.
O extrator de betume Rotarex manual mostrou ser pouco eficiente na extração de ligante e ainda uma
influência direta nos ensaios de granulometria resultante do ensaio de extração. Houve ganho de
massa nas peneiras de maior diâmetro seguido de uma perda de material de menor diâmetro nas
peneiras com sequência de menor abertura. Este fato ocorreu nos diferentes tipos de traço. A pesquisa
de Rossato et al. (2014) confirma os fatos registrados neste trabalho, sendo que em seu trabalho foram
encontradas as mesmas falhas neste tipo de extrator, mesmo com utilização de uma rocha de alta
absorção.
Os ensaios de extração que utilizaram extrator Rotarex elétrico obtiveram melhores resultados nos
ensaios de granulometria. Isto ocorreu pela melhor extração de betume obtida deste tipo de aparelho,
que mantem uma rotação alta e constante, mostrando melhor eficiência na extração do ligante.
A quantidade de finos utilizada no traço da mistura mostrou influência direta nos resultados de ensaio
de extração de betume. O traço de maior quantidade de finos REF+2% mostrou resultados acima do
teor de projeto e acima dos demais tipos de traço com menos finos. O traço de menor quantidade de
finos mostrou o menor erro médio, com média de teor de betume muito próxima da realmente
utilizada, fortalecendo a ideia de que a porcentagem de partículas passantes na peneira nº 200
influencia os resultados pela perda deste durante o ensaio. A pesquisa de Rossato et al. (2014)
confirma esse fato.
Os erros de teor de ligante encontrados estão dentro do limite especificado de serviço de ±0,3%
(DNIT-ES 031/2006 - Pavimentos flexíveis - Concreto asfáltico - Especificação de serviço), mas deve
ser lembrado que erros constantes no controle de ligante podem levar a erros mais graves no ajuste
diário de usinas de concreto asfáltico, devido a conclusões baseadas nestes dados errôneos. Os dados
desta pesquisa reforçam o fato de que o modelo manual do Rotarex não é confiável na sua função
central, de lavar o ligante da amostra. Este modelo também não mostrou ser confiável caso exista a
necessidade de controlar a granulometria de uma mistura asfáltica.
A norma vigente do ensaio de extração de ligante com Rotarex está desatualizada com a realidade do
mercado. Há a necessidade de incorporar os solventes disponíveis, vide a dificuldade de empresas e
laboratórios ao tentar substituir o Tetracloreto de Carbono por solventes disponíveis.
AGRADECIMENTOS
REDE TEMÁTICA DO ASFALTO ANP/PETROBRAS pelo apoio às pesquisas do
GEPPASV/UFSM e a CAPES/CNPQ pela bolsa de estudos.
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