análisis de la utilización de fibras

ANÁLISE DA UTILIZAÇÃO DE FIBRAS NATURAIS E LIGANTE ASFALTO-

BORRACHA EM MISTURAS ASFÁLTICAS DESCONTÍNUAS

Sandra Oda1 - [email protected]

José Leomar Fernandes Júnior2 - [email protected]

Anderson dos Santos Serra1 - [email protected]

Rogério da Silva Félix1 - [email protected]

Eliton Pereira Leal1 - [email protected]

Jesner Sereni Ildefonso2 - [email protected] 1 Universidade Salvador, Departamento de Engenharia e Arquitetura

Rua Agnelo Brito, 116, Federação - CEP 40210-245 - Salvador, BA, Brasil 2 Universidade de São Paulo, Escola de Engenharia de São Carlos

Av. Trabalhador Sãocarlense, 400, Centro - CEP 13566-590 - São Carlos, SP, Brasil

RESUMO

O crescimento do tráfego exige cada vez mais pavimentos com alta durabilidade e

segurança aos usuários. Uma das soluções adotadas nos países desenvolvidos é a

mistura com graduação descontínua, do tipo SMA (stone matrix asphalt), que requer

um maior teor de asfalto protegendo o pavimento do desgaste, através da formação de

uma película mais espessa ao redor do agregado, que retarda a oxidação, a

penetração de umidade e a separação e fissuração dos agregados. Devido ao teor

mais alto de asfalto é necessário adicionar uma fibra para evitar o escorrimento do

ligante. A Bahia foi o primeiro Estado do Nordeste brasileiro a construir um trecho

urbano com SMA, mas sem fibras. Apesar de não atender às recomendações, o

pavimento não apresentou nenhum defeito em função da inexistência da fibra. A

mistura foi produzida com ligante asfalto-borracha, que, devido à sua viscosidade,

possibilitou o uso de um teor mais alto de asfalto, mesmo sem fibras. As fibras

normalizadas (por exemplo, no DER-SP) e geralmente recomendadas para uso em

SMA são importadas e caras, acarretando um custo final elevado. Para reduzir o custo

e atender às normas pretende-se aproveitar resíduos disponíveis na região (coco e

sisal), uma vez que a Bahia é um dos maiores produtores de coco e sisal do país e,

consequentemente, de cascas de coco e fibras de sisal. Neste trabalho foram

produzidas misturas asfálticas com quatro fibras: coco, sisal, celulose e poliéster. Os

resultados dos ensaios mecânicos (resistência à tração e módulo de resiliência)

mostram que as misturas com fibras naturais apresentaram uma elevada resistência,

além de evitar o escorrimento do asfalto.

1. INTRODUÇÃO

O Brasil, assim como a maioria dos países, depende das rodovias para realizar o

transporte de cargas e de passageiros. A necessidade de uma malha rodoviária capaz

de atender o escoamento da produção e dos passageiros cresce com o aumento da

frota de veículos e da demanda de tráfego (NEVES FILHO, 2004). Em função do

aumento do volume de tráfego e, principalmente, da evolução tecnológica que permite

que caminhões trafeguem com maiores cargas por eixo, devem ser tomados cuidados

durante as etapas de projeto, construção e manutenção dos pavimentos.

O pavimento é uma estrutura em camadas, construída sobre o subleito e que tem a

função de suportar as cargas provenientes do tráfego, fornecendo aos usuários

segurança, conforto e economia, diretamente relacionados com o estado da superfície

de rolamento, o revestimento. As cargas aplicadas pelo tráfego são, em grande parte,

suportadas pelos agregados do revestimento, que devem atender exigências mínimas

de qualidade. Além disso, a graduação do agregado também condiciona o

desempenho em serviço. Em função da granulometria dos agregados, as misturas

asfálticas podem ser: descontínuas abertas (open-graded), descontínuas densas (gap-

graded) ou contínuas densas.

Uma das funções do revestimento é proporcionar segurança aos usuários e contribuir

para redução do índice de acidentes, crítico em condições de pista molhada, quando

há a diminuição da aderência (atrito) e da visibilidade (reflexão da luz e spray de água).

Infelizmente, pode-se verificar que muitos pavimentos apresentam em sua superfície

de rolamento diversos tipos de defeitos, como trincas, buracos e deformações,

causando desconforto e reduzindo a segurança e aumentando os custos para os

usuários. Visando corresponder às expectativas dos usuários, de forma mais

econômica e rápida, tem-se executado serviços emergenciais para corrigir a superfície

do pavimento. Muitos organismos rodoviários, empresas e prefeituras de municípios

brasileiros têm realizado atividades de manutenção e reabilitação de pavimentos à

margem das recomendações técnicas, em função da ausência de investimentos

técnico-gerenciais e do mau preparo, da falta de especialização e da desmotivação das

equipes técnicas (FERNANDES JR. et al., 1999).

O desenvolvimento de novas tecnologias, que possibilitem a construção de rodovias

com uma maior durabilidade, proporcionando um adiamento de uma intervenção de

reabilitação e uma diminuição na freqüência de atividades de manutenção, torna-se

essencial. Na tentativa de melhorar a qualidade dos pavimentos asfálticos tem-se

utilizado asfaltos modificados, como o asfalto-borracha. A vantagem da aplicação

desse tipo de produto é que, devido a sua maior viscosidade, a mistura proporciona

uma maior resistência ao aparecimento de defeitos, como a deformação permanente e

as trincas por fadiga. Os melhores resultados são observados quando é aplicado o

asfalto-borracha em misturas descontínuas, onde geralmente ocorre um aumento da

resistência à tração, uma redução do ruído de tráfego e um aumento do atrito,

proporcionando um pavimento mais seguro e confortável aos usuários, além de reduzir

os custos de manutenção e reabilitação dos pavimentos.

Misturas asfálticas descontínuas tendem a apresentar melhor desempenho quanto à

resistência à deformação permanente (devido à granulometria dos agregados), ao

aparecimento de trincas por fadiga e ao desgaste (por causa da maior espessura da

película de asfalto), quando comparadas às misturas asfálticas convencionais (NEVES

FILHO, 2004). As misturas asfálticas descontínuas são compostas por cerca de 70%

de agregados graúdos, ocorrendo, portanto, um maior contato pedra-pedra. Por esse

motivo é recomendado o uso de agregados britados de alta qualidade, com uma boa

microtextura e sempre virgens, ou seja, não podem ser provenientes de revestimentos

reciclados.

Na maioria dos países da Europa é exigido o uso de agregados 100% britados. Para

garantir a estabilidade da mistura, tem-se uma quantidade de fíler que varia entre 8 e

13% (um pouco superior à de um concreto asfáltico convencional). Devido ao elevado

teor de finos nas misturas descontínuas, o teor de asfalto tende a ser superior ao das

misturas densas (CBUQ) em cerca de 1 a 1,5%. A Figura 1 mostra a diferença entre o

esqueleto pétreo de uma mistura do tipo SMA, com o mastique envolvendo os

agregados, comparado a um concreto asfáltico convencional, um concreto betuminoso

usinado a quente, CBUQ.

Figura 1: Esqueleto pétreo de uma mistura SMA e de um CBUQ convencional.

Fonte: NAPA, 2002, apud NEVES FILHO, 2004.

Devido a um teor asfáltico mais elevado nas misturas SMA, há uma tendência da

ocorrência de escorrimento do ligante. Por isso são adicionadas fibras com o objetivo

de inibir esse escorrimento (AASHTO MP8-01). Entre vários tipos de fibras (celulose,

minerais etc.), as de celulose vêm sendo utilizadas com maior freqüência e têm

apresentado bons resultados, embora apresentem o inconveniente de um custo

elevado.

Este trabalho tem como objetivo avaliar o emprego de ligante asfalto-borracha e fibras

naturais (coco e sisal) em misturas asfálticas descontínuas (SMA). Para isso será feita

a comparação do desempenho com misturas sem fibras e com fibras de poliéster e

celulose.

2. MATERIAIS

2.1. Agregados

Os agregados foram selecionados em função de suas propriedades, principalmente da

resistência ao desgaste por Abrasão Los Angeles, uma vez que para misturas

descontínuas a especificação (DNIT ME035/94) exige que seja inferior a 30%,

enquanto que para misturas densas o valor especificado é de 50%. Os agregados (brita

5/8” e brita 3/8”) foram obtidos da Pedreira Valéria e o pó de pedra foi obtido da

Pedreira Omacio, localizadas na Região Metropolitana de Salvador-BA. O fíler utilizado

foi o pó calcário. A Tabela 1 apresenta os resultados da caracterização dos agregados

e a granulometria obtida é apresentada na Tabela 2.

Tabela 1: Caracterização dos agregados. Ensaios Resultados Especificação Método

Desgaste por Abrasão Los Angeles (%) 20 máx 30% DNIT ME 035/94 Densidade aparente dos grãos (g/cm3) 2,737 - DNIT ME 043/95

Densidade efetiva (g/cm3) 2,747 - ASTM D2041

Tabela 2: Granulometria dos agregados (% que passa). Peneira Abertura (mm) Brita 5/8” Brita 3/8" Pó de pedra Fíler

3/4" 19,1 100,0 100,0 100,0 100,0 1/2" 12,7 86,2 100,0 100,0 100,0 3/8" 9,52 38,2 98,9 99,1 100,0 # 4 4,76 17,6 47,0 86,6 100,0 # 8 2,38 6,2 19,3 58,1 100,0

# 16 1,19 2,2 9,1 33,2 100,0 # 30 0,60 2,2 9,1 33,2 100,0 # 50 0,297 1,7 6,4 21,9 100,0 # 200 0,075 1,4 3,2 4,9 98,0

2.2. Ligante asfáltico

Os ligantes asfálticos empregados foram: um asfalto-borracha comercial (A-B) e o

CAP50/70. As características do asfalto-borracha, A-B, e do CAP 50/70 são

apresentadas nas Tabelas 3 e 4, respectivamente.

Tabela 3: Propriedades do ligante asfalto-borracha, A-B. Ensaio BM5 Método Penetração (100g, 25ºC, 5 seg) (dmm) 55 ASTM D 5 Ponto de amolecimento (ºC) 62 ASTM D 36 Recuperação elástica (%) 62,5 ASTM D 6084 Viscosidade Brookfield (sp 31, 6 rpm) (cP) 175 ºC 4.000 ASTM D 4402 Densidade (g/cm3) 1,03 DNIT ME 193/96

Tabela 4: Resultados dos ensaios de caracterização do CAP 50/70. CARACTERÍSTICAS Limites CAP 50/70 MÉTODOS Viscosidade Saybolt Furol, s 135oC 110 mín. 174

163oC 57 175oC 30

MB 517/ ASTM E 102

Ponto de Amolecimento, oC - 59 MB 164/ ASTM D 36 Penetração, 100g, 5s, 25oC, 1/10 mm 50-70 50 MB 107/ ASTM D 5 Ponto de Fulgor, oC 235 min. 302 MB 50/ ASTM D 92 Densidade, g/cm3 - 1,043 ASTM D 70 Índice susceptibilidade térmica -1,5 a +1 0,79 (*)

C)(t PEN) (50)(log - 1201951 - C)(20)(tPEN) (500)(log lidadesusceptibi de Índice (*) o

o

++

= , onde (toC) = ponto de amolecimento

2.3. Fibras

Para evitar o escorrimento de material asfáltico, as normas americana (AASHTO MP8-

01) e européia recomendam que se adicione fibra, com o intuito de possibilitar um

maior teor de ligante e, consequentemente, uma película mais espessa ao redor do

agregado, retardando a oxidação, a penetração de umidade e a separação e fissuração

dos agregados. Essas vantagens servem para proteger o concreto asfáltico do

desgaste (NEVES FILHO, 2004).

No processo de produção de uma mistura asfáltica, as fibras são adicionadas aos

agregados quentes antes da adição do ligante asfáltico. Com a colocação do ligante e

início do processo de mistura, as fibras se espalham por toda a mistura. A

determinação do teor de fibras se baseia na experiência, sendo que várias publicações

sugerem o teor de 0,3% a 0,5%. Existem ensaios que verificam se as fibras são

suficientes para inibir o escorrimento do ligante, como o AASHTO T-305/97 (Draindown

Sensivity).

No Estado do Rio Grande do Sul, a 3.200 km de Salvador-BA, é produzida uma fibra de

poliéster (Figura 1) proveniente de pneus de veículos. Porém, o custo de transporte

torna inviável economicamente o emprego desse produto na construção de pavimentos

na região Nordeste.

Nas regiões Sul e Sudeste são utilizadas, em misturas SMA, fibras de celulose (Figura

2), que se apresentam na forma peletizada (grãos) porque as fibras são envoltas em

asfalto (por exemplo, com 66% de fibra e 34% de asfalto). Segundo Lanchas (1999)1

apud Neves Filho (2004), as fibras de celulose são quimicamente inertes, resistentes a

ácidos diluídos e soluções alcalinas e totalmente inócuas do ponto de vista fisiológico e

toxicológico.

Figura 1: Fibra de poliéster. Figura 2: Fibra de celulose.

2.3.1. Resíduos da casca do coco

O consumo de água de coco verde, em qualquer estação do ano, é crescente e vem se

destacando como um produto promissor no mercado brasileiro, apresentando um

crescimento de consumo estimado em 20% ao ano. Atualmente, o Brasil é líder

mundial na produção de coco verde, com uma área de aproximadamente 57 mil

hectares. Consequentemente, o consumo desta fruta gera uma grande quantidade de

resíduos de cascas de coco (Figura 3).

Estima-se que, apenas na cidade do Rio de Janeiro, são depositados mais de 400

toneladas de cascas de coco nos aterros sanitários e lixões. No Nordeste brasileiro

representam quase 70% do lixo gerado nas praias. A casca do coco é um material de

difícil decomposição (8 a 12 anos), sendo que de 80 a 85% do peso bruto do coco são

descartados como lixo (CARRIJO et al., 2002; CARRIJO et al., 2004).

Figura 3: Cascas de coco (Fonte: POEMATEC, 2006).

1 LANCHAS, S. Características del Stone Mastic Asphalt SMA. In: CONGRESSO IBERO-LATINOAMERICANO DEL ASFALTO, 10, Sevilla, Espanha,

1999.

O coco é formado de várias partes, entre elas tem-se o exocarpo ou epicarpo, que é

uma camada muito fina que cobre o mesocarpo fibroso. Esses dois elementos formam

a casca de coco (aproximadamente 5 mm de espessura, dependendo da variedade).

Por baixo dessa camada encontra-se o endocarpo, lenhoso, muito duro, denominado

de casquilho ou quenga. O mesocarpo transforma-se em fibra integral, residual ou de

fiação, e é utilizado para fazer colchões, vassouras, tubos de drenagem, telas contra

erosão, resina, carvão, cimento e gesso. A malha feita da fibra de coco dificilmente

apodrece e está sendo utilizada em países da Europa para contenção de encostas. Na

indústria automobilística, a fibra residual já está sendo utilizada para fazer peças e

bancos de automóveis. A fibra de coco integral pode ainda substituir a fibra de vidro,

por exemplo, em um pára-sol (SIMÕES, 2007).

A utilização de resíduos da casca de coco é muito freqüente devido ao baixo conteúdo

de cinzas e à facilidade de ser adquirida na Região Nordeste do Brasil. Resultados

obtidos por Santos et al. (2005a) e Santos et al. (2005b) apontaram a viabilidade da

utilização do mesocarpo do coco para adsorção de óleos e graxas presentes no

efluente de petróleo. Antes de serem utilizadas nos experimentos, as cascas de coco

são secas, trituradas e peneiradas, para obtenção de granulometrias adequadas, a

serem estudadas (TSAI et al., 2000).

O material é lavado com água corrente para remoção dos materiais indesejáveis, como

folhas, pedaços de pau e outras impurezas. Em seguida, o material é seco na

temperatura ambiente e armazenado em sacos plásticos até a sua utilização. Do

mesocarpo podem ser extraídas fibras de diversos comprimentos (Figura 4). Após as

etapas de processamento, o produto final pode, por exemplo, ser aplicado na

fabricação de assentos e bancos para a indústria automobilística, substituindo produtos

à base de petróleo como a espuma de poliuretano (POEMATEC, 2006).

Figura 4: Fibras de coco em diferentes etapas do processamento.

2.3.2. Sisal

O sisal foi trazido do México em 1903 e introduzido nos estados da Paraíba, Bahia e

Rio Grande do Norte, em virtude das condições climáticas propícias, pois é uma planta

que requer clima quente e grande luminosidade. Adaptado a regiões semi-áridas, o

sisal, por ser altamente resistente a estiagens prolongadas, apresentando estruturas

peculiares de defesa contra as condições de aridez (ALVES & SANTIAGO, 2005).

A temperatura adequada para o cultivo do sisal está em torno de 25ºC (média), com

chuvas entre 1.000 e 1.500 mm/ano. O solo adequado tem textura média (areno-

argiloso a argilo-arenoso), rico em cálcio, magnésio e potássio, permeável, com boa

drenagem, boa fertilidade, livres de encharcamento, profundidade mínima de 0,5 metro,

pH 5,5 a 6,0, declividade abaixo de 5% (CANTALINO, 2003).

O Estado da Bahia é o maior produtor de sisal do Brasil, respondendo por 95,6% de

toda a produção nacional e contando com 200 mil hectares plantados, o que o coloca o

Brasil como maior produtor mundial. Os Estados Unidos são os maiores importadores

dos produtos brasileiros beneficiados com sisal, principalmente cordas e fios. A China

também compra a fibra beneficiada para a fabricação de sandálias. Na Bahia, a área

envolvida abrange três microrregiões: Nordeste, Piemonte da Diamantina e Paraguaçu,

com uma extensão geográfica de 398.599 km², envolvendo mais de 150 municípios e

uma população de quase 3 milhões de habitantes (CANTALINO, 2003).

O sisal destaca-se pela capacidade de geração de empregos, por meio de uma cadeia

de serviços que abrange desde os trabalhos nas lavouras, a extração e o

processamento da fibra para o beneficiamento, até as atividades de industrialização de

diversos produtos, bem como seu uso para fins artesanais. A resistência do sisal ao

clima adverso tem sido uma das razões porque, em algumas áreas do Nordeste, os

agricultores optaram pelas explorações sisaleiras. Estima-se que a cultura do sisal

empregue cerca de 700 mil pessoas direta e indiretamente, sendo o sustentáculo da

economia das microrregiões supracitadas (CANTALINO, 2003; EBDA, 2007).

As folhas do sisal produzem uma fibra altamente resistente que pode ser utilizada na

produção de vassouras, bolsas, chapéus, barbantes, cordas, capachos, tapetes,

celulose para a produção de papel Kraft (de alta resistência) e outros tipos de papel

fino (para cigarro, filtro, absorvente higiênico, fralda etc.). Além dessas aplicações, há

possibilidade de utilizar a fibra nas indústrias automotivas, de móveis, de geotêxteis

(proteção de encostas, na agricultura e revestimento de estradas), na mistura com

polipropileno em substituição à fibra de vidro e na construção civil (ALVES &

SANTIAGO, 2005).

O desfibramento do sisal é a principal etapa pós-colheita. Consiste no processo de

eliminação da polpa que envolve a fibra da folha, mediante uma raspagem mecânica. A

folha de sisal, ao passar pelo processo de desfibramento, produz a fibra (produto que

corresponde a 4% da folha) e o resíduo (96%), composto pelos subprodutos mucilagem

(15%), suco (80%) e bucha (1%), os quais podem ser separados utilizando-se uma

peneira rotativa (ALVES & SANTIAGO, 2005). Após o desfibramento deve ser realizada

a lavagem da fibra, em tanques com água, onde fica imersa durante a noite (de 8 a 12

horas). Pela manhã, as fibras são colocadas em varais de fios de arame, para secarem

ao sol. A próxima etapa é o batimento, que consiste em remover o pó que envolve a

fibra de sisal (SILVA, 2002). Do batimento resultam, além da fibra, os subprodutos,

bucha e pó. A bucha é utilizada para fazer cordas e manta (para proteção de encostas

na agricultura). O pó é utilizado na mistura com milho para a preparação de ração

animal.

A Figura 5 mostra as etapas de processamento do sisal e Figura 6 é uma amostra da

fibra de sisal após processamento. A Tabela 6 apresenta as propriedades físicas e

mecânicas de fibras vegetais e a Tabela 7 apresenta o valor no mercado (U$/t) e a

quantidade de resíduos disponíveis (t/ano) de alguns tipos de fibras.

Figura 5: Etapas de processamento do sisal.

Figura 6: Fibra de sisal após o processamento.

Tabela 6: Propriedades físicas e mecânicas de fibras vegetais. Propriedades Coco Sisal Malva Polipropileno Celulose

Massa específica real (g/cm3) 1,177 1,370 1,409 0,913 1,609 Vol. de vazios permeáveis (%) 56,6 60,9 74,2 - - Absorção máxima (%) 93,8 110,0 182,2 - 643 Alongamento na ruptura (%) 23,9 a 51,4 4,9 a 5,4 5,2 22,3 a 26,0 - Resistência à tração (MPa) 95 a 118 347 a 378 160 250 700 Módulo de elasticidade (GPa) 2,8 15,2 17,4 2,0 10-40

Fonte: AGOPYAN; SAVASTANO Jr. (1997)2; NOLASCO (1998)3, SWAMY (1990)4.

Tabela 7: Valor no mercado (U$/t) e a quantidade de resíduos disponíveis (t/ano). FIbra Produto principal Denominação Valor (U$/t) Quantidade (t/ano) Malva Fibra bruta limpa Fibra Tipo 4 340,00 1180Coco Fibras longa e média Fibra curta (10-30 mm) 270,00 3000Celulose Produção de papel Rejeito 15,00 17.000 (Aracruz, ES)

Fibra verde Bucha verde Nulo 30.000 (Apaeb, BA)Sisal Fios e cordas Bucha branca 180,00 25 (Crispim) Tapetes Retalhos de fios Nulo 54 (Cosibra)

Fonte: SAVASTANO JÚNIOR (2000)5

As fibras naturais analisadas neste trabalho foram obtidas de empresas localizadas na

cidade de Salvador, BA. A fibra de coco foi fornecida pela empresa POEMATEC -

Comércio de Tecnologia Sustentável para a Amazônia e a fibra de sisal foi fornecida

pela Tecelagem de Sisal da Bahia - Indústria, Comércio, Exportação e Importação Ltda.

2 AGOPYAN, V.; SAVASTANO Jr., H. Uso de materiais alternativos a base de fibras vegetais na construção civil: experiência brasileira. In: Seminário

Iberoamericano de materiales fibrorreforzados, 1., y reunión proyeto PIP VIII.5 Cyted, 3., Cali. Universidade del Valle, Cali, 1997. 3 NOLASCO, A. M.; SOFFNER, M. L.A.; NOLASCO, A. C. Physical-mechanical characterization of banana fiber – Musa cavendishii, cultivar nanicão.

In: International Symposium on Natural Polymers and Composites. ISNaPol 98. UNESP/EMBRAPA/USP, São Carlos, SP: 1998. 4 SWAMY, R. N. Vegetable fibre reinforced cement composites - a false dream or a potencial reality? In: International Symposium on Vegetable

Plants and their fibres as building materials, 2. Salvador. London, Chapman and Hall, 1990. 5 SAVASTANO JR., H. Materiais a base de cimento reforçados com fibra vegetal: reciclagem de resíduos para construção de baixo custo. Tese (Livre

docência). Escola Politécnica da Universidade de São Paulo. São Paulo, SP: 2000.

2.4. Misturas asfálticas

2.4.1. Dosagem das misturas asfálticas

Para a dosagem da mistura foi selecionada uma mistura descontínua do tipo SMA

(stone matrix asphalt), da AASHTO MP8-01 (9,5 mm). Conforme recomendações da

especificação, a dosagem do SMA foi realizada empregando-se fibras. Neste trabalho,

além de misturas com ligante asfalto-borracha sem fibras (referência), foram

produzidas misturas com CAP 50/70 com fibras (coco, sisal, poliéster e celulose). A

Tabela 8 e a Figura 7 apresentam a curva granulométrica da mistura avaliada (SMA).

Tabela 8: Granulometria das mistura avaliada. Peneira Abertura (mm) SMA AASHTO 9,5 mm

¾" 19,1 100,0 1/2" 12,7 97,8 3/8" 9,52 93,6 # 4 4,76 45,1 # 8 2,38 24,0

# 16 1,19 19,0 # 30 0,60 15,9 # 50 0,297 14,1

# 200 0,075 9,2

0102030405060708090

100

0,01 0,1 1 10 100Peneira (mm)

% q

ue p

assa

.

Mín Máx Proj

Figura 7: Curva granulométrica da mistura asfáltica avaliada.

3. ANÁLISE DOS RESULTADOS

3.1. Escorrimento do ligante

A Tabela 9 apresenta os resultados do ensaio de escorrimento, que foi realizado a

180ºC.

Tabela 9: Resultados do ensaio de escorrimento. Tipo de Fibra Teor (%) Escorrimento (%) Sem fibras 0,0 0,42

0,3 0,21 Poliéster 0,5 0,03 0,3 0,21 Sisal 0,5 0,05 0,3 0,18 Coco 0,5 0,03 0,3 0,11 Celulose 0,5 0,07

Foram adicionadas fibras em duas porcentagens (0,3% e 0,5%). Pode-se verificar pela

Tabela 9 que a adição de fibras reduz em, no mínimo, 50% o escorrimento de ligantes

(de 0,42% para 0,21%). A fibra de celulose apresentou o menor valor de escorrimento

(0,11%) quando adicionada a menor quantidade de fibras estudada (0,3%). No entanto,

com o aumento do teor para 0,5%, as fibras de poliéster e de coco apresentaram os

melhores resultados (0,03%), sendo que a fibra de sisal também apresentou bons

resultados (0,05%), principalmente se for comparada com a fibra de celulose (0,07%),

que já é utilizada em misturas SMA.

3.2. Parâmetros volumétricos

A Tabela 10 apresenta os resultados dos parâmetros volumétricos do SMA com ligante

asfalto-borracha.

Tabela 10: Parâmetros volumétricos. Parâmetros ValoresTeor de CAP (%) 6,8 Densidade aparente (g/cm3) 2,367 D.M.T (g/cm3) 2,468 Vv (%) 4,1 V.C.B. (%) 15,7 V.A.M. (%) 19,8 RBV (%) 78,9

As Tabelas 11 e 12 apresentam os resultados dos parâmetros volumétricos das

misturas SMA com fibras naturais e sintéticas.

Tabela 11: Parâmetros volumétricos das misturas com 0,3% de fibras.

Parâmetros Sem fibra Coco Sisal Poliéster CeluloseTeor de CAP (%) 6,8 6,8 6,8 6,8 6,8 Densidade aparente (g/cm3) 2,342 2,352 2,339 2,335 2,365 D.M.T (g/cm3) 2,470 2,470 2,470 2,470 2,470 Vv (%) 4,6 4,2 4,7 4,9 3,7 V.C.B. (%) 15,8 15,9 15,8 15,8 16,0 V.A.M. (%) 20,4 20,1 20,5 20,7 19,7 RBV (%) 77,5 79,3 77,0 76,6 81,4

Tabela 12: Parâmetros volumétricos das misturas com 0,5% de fibras. Parâmetros Sem fibra Coco Sisal Poliéster Celulose

Teor de CAP (%) 6,8 6,8 6,8 6,8 6,8 Densidade aparente (g/cm3) 2,349 2,353 2,347 2,329 2,357 D.M.T (g/cm3) 2,455 2,455 2,455 2,455 2,455 Vv (%) 4,3 4,1 4,4 5,1 4,0 V.C.B. (%) 15,9 15,9 15,8 15,7 15,9 V.A.M. (%) 20,2 20,0 20,2 20,8 19,9 RBV (%) 78,6 79,6 78,4 76,3 81,3

3.3. Parâmetros mecânicos

Os ensaios foram realizados no Laboratório de Estradas do Departamento de

Transportes da Escola de Engenharia de São Carlos da Universidade de São Paulo.

Para determinar os parâmetros mecânicos foram utilizados corpos-de-prova (CPs)

moldados no compactador Marshall, com teor asfáltico de projeto.

3.3.1. Módulo de Resiliência e Resistência à Tração

O módulo de resiliência, MR, de uma mistura asfáltica é a relação entre a tensão

aplicada a um corpo-de-prova (CP) e a deformação elástica (recuperável)

correspondente. Neste trabalho, para se determinar o MR foi realizado o ensaio de

tração indireta com carga repetida, seguindo o método DNER-ME 133/94, sendo a

temperatura do ensaio de 25°C. A carga é aplicada com uma freqüência de 1 Hz e

duração de 0,1 segundo. As deformações resilientes são medidas por um transdutor

mecânico-eletromagnético tipo LVDT (Linear Variable Differential Transformer), que

envia as informações a um programa computacional de aquisição de dados.

A resistência à tração, RT, das misturas asfálticas é obtida através do ensaio de

compressão diametral aplicado a CPs cilíndricos, seguindo o método DNER-ME

138/94. O ensaio, realizado a uma temperatura de 25ºC, consiste em aplicar a carga

progressivamente, com uma velocidade de deformação de 0,8±0,1 mm/s, até a ruptura.

Os resultados dos ensaios são apresentados na Tabela 13 e nas Figuras 8, 9 e 10.

Pode-se verificar que todas as misturas asfálticas apresentaram alta resistência à

tração, acompanhadas de um alto valor de módulo de resiliência, mostrando, ainda,

que o tipo de fibra tem pouca influência nos parâmetros mecânicos.

Tabela 13: Parâmetros mecânicos das misturas avaliadas.

Misturas SMA MR (MPa) RT (MPa) MR/RT A-B, sem fibra 3.077 1,1 2.797 CAP 50/70, sem fibra 7.306 0,9 8.098 CAP 50/70, com fibra de celulose 6.417 1,1 5.895 CAP 50/70, com fibra de coco 7.948 1,1 7.504 CAP 50/70, com fibra de sisal 7.193 1,0 7.335 CAP 50/70, com fibra de poliéster 5.629 0,8 6.916

Misturas SMA

0

1.000

2.000

3.000

4.000

5.000

6.000

7.000

8.000

A-B, semfibra

CAP 50/70,sem f ibra

CAP 50/70,com f ibra de

celulose

CAP 50/70,com fibra de

coco


sisal


poliéster

MR

(MPa

)

Figura 8: Resultados do ensaio de módulo de resiliência.

Misturas SMA

0

0,5

1

1,5

A-B, semfibra

CAP 50/70,sem fibra


celulose


coco


sisal


poliéster

RT

(MPa

)

Figura 9: Resultados do ensaio de resistência à tração por compressão diametral.

3.3.2. Ensaio de fadiga

No ensaio de fadiga os CPs foram submetidos a carregamento diametral, à

temperatura de 25ºC. Os CPs foram submetidos a três níveis de tensão e, para cada

um deles, foi determinado o número de ciclos necessários para a ruptura

(deslocamento superior a 3,5 mm). A Tabela 14 apresenta os resultados dos ensaios

de fadiga.

Tabela 14: Resultado do ensaio de fadiga das misturas SMA com diferentes tipos de fibras.

CP Altura (cm)

Nível de carregamento Carga (N) N σt (MPa) ∆σ

(MPa) εi

Sem fibra 1 5,64 22,07% 1850 19903 0,2041 0,8165 2,79E-05 Sem fibra 2 6,17 30,43% 2780 12854 0,2815 1,1260 3,85E-05 Sem fibra 3 6,11 40,58% 3700 4442 0,3754 1,5015 5,14E-05 Celulose 1 6,19 20,07% 2250 4835 0,2262 0,9048 3,53E-05 Celulose 2 6,04 30,90% 3380 1213 0,3482 1,3930 5,43E-05 Celulose 3 6,28 39,58% 4510 1316 0,4460 1,7842 6,95E-05

Coco 1 6,20 20,25% 2220 6187 0,2244 0,8974 2,82E-05 Coco 2 6,10 30,66% 3320 1714 0,3397 1,3588 4,27E-05 Coco 3 6,25 39,69% 4430 809 0,4398 1,7592 5,53E-05 Sisal 1 6,18 20,06% 2050 5694 0,2054 0,8217 2,86E-05 Sisal 2 6,13 30,50% 3070 1808 0,3123 1,2491 4,34E-05 Sisal 3 6,21 40,12% 4100 669 0,4109 1,6435 5,71E-05

Poliéster 1 6,19 19,90% 1660 13241 0,1648 0,6592 2,79E-05 Poliéster 2 6,16 30,11% 2480 6379 0,2493 0,9973 4,22E-05 Poliéster 3 6,20 40,09% 3310 2425 0,3319 1,3276 5,61E-05

Foram elaborados gráficos do número de ciclos em função da diferença de tensões, em

escala logarítmica (Figura 10). Para cada gráfico foi feita a regressão da curva de

fadiga, obtendo-se a equação correspondente à curva (Tabela 15).

Tabela 15: Modelos de fadiga das misturas SMA com diferentes tipos de fibras. Tipo de fibra Modelos de Fadiga

N = 13565,0 (1/∆σ)2,4406 Sem fibra N = 1,71 x 10-7 (1/ε)2,4406 N = 3448,3 (1/∆σ)2,0609 Celulose N = 2,82 x 10-6 (1/ε)2,0609 N = 4424,5 (1/∆σ)3,0294 Coco N = 1,02 x 10-8 (1/ε)3,0294 N = 3243,2 (1/∆σ)3,0603 Sisal N = 7,33 x 10-11 (1/ε)3,0603 N = 5292,0 (1/∆σ)2,3773 Poliéster N = 2,12 x 10-7 (1/ε)2,3773

Com os resultados obtidos, fez-se a comparação das misturas avaliadas através de

uma simulação de duas estruturas de pavimento hipotéticas (Tabela 16). A análise

tensional foi feita com o programa ELSYM 5 e os resultados são apresentados na

Tabela 17 e na Figura 11.

Vida de fadiga - SMA

100

1.000

10.000

100.000

0,1 1,0 10,0∆σ (MPa)

N (c

iclo

s)

Sisal

Coco

Celulose

Poliéster

Sem fibra

Figura 10: Gráfico do ensaio de fadiga.

Tabela 16: Estruturas de paivmento hipotéticas 1 e 2.

Estrutura Camada Espessura (cm) Coeficiente de Poisson MR (MPa) Capa 15 0,35 Variável Base 25 0,40 3000 Sub-base 30 0,40 2000

1

Subleito Semi-infinito 0,45 500 Capa 10 0,35 Variável 2 Base 15 0,40 2000

Sub-base 20 0,40 1500 Subleito Semi-infinito 0,45 500

Tabela 17: Resultados da análise mecanística com as estruturas 1 e 2.

Estrutura 1 Fibra MR (MPa) σt (MPa) σc (MPa) ∆σ (MPa) N Sem fibra 7306,2 0,83100 -0,07880 0,9098 17085 Celulose 6416,7 0,77780 -0,08446 0,8623 4680 Coco 7948,1 0,86610 -0,07528 0,9414 5313 Sisal 7193,4 0,82450 -0,07947 0,9040 4417 Poliéster 5911,7 0,74500 -0,08817 0,8332 8167

Estrutura 2 Fibra MR (MPa) σt (MPa) σc (MPa) ∆σ (MPa) N Sem fibra 7306,2 1,53300 -0,10960 1,6426 4040 Celulose 6416,7 1,43700 -0,11700 1,5540 1390 Coco 7948,1 1,59800 -0,10500 1,7030 882 Sisal 7193,4 1,52200 -0,11050 1,6325 724 Poliéster 5911,7 1,37700 -0,12180 1,4988 2022

onde: MR = módulo de resiliência obtido no ensaio de laboratório; σt = tensão de tração no revestimento obtida no programa ELSYM 5; σc = tensão de compressão no revestimento obtida no programa ELSYM 5; ∆σ = diferença entre as tensões de tração e compressão (σt - σc); N = número de ciclos.

17085

46805313

4417

8167

1390 882 7242022

4040

0

5.000

10.000

15.000

20.000

Sem fibra Celulose Coco Sisal Poliéster

N (c

iclo

s)

.

Estrutura 1Estrutura 2

Figura 11: Resultados da análise de vida de fadiga.

4. CONCLUSÕES

Os ensaios de escorrimento mostraram que as misturas asfálticas com fibras naturais

apresentam excelente comportamento quando comparadas com misturas produzidas

com fibras de poliéster e de celulose, que já são utilizadas em misturas descontínuas

nas regiões Sul e Sudeste do Brasil.

Quando submetidas à avaliação dos parâmetros mecânicos, todas as misturas

asfálticas apresentaram elevada resistência à tração (RT) e alto valor de módulo de

resiliência (MR), com pouca influência do tipo de fibra.

Os resultados da análise de fadiga mostram que a mistura com asfalto modificado por

borracha (A-B, sem fibra) teve o melhor comportamento e que os resultados obtidos

com fibras de celulose, sisal e cascas de coco não foram significativamente diferentes.

AGRADECIMENTOS O desenvolvimento deste trabalho só foi possível porque contou com o apoio da Fundação de

Amparo à Pesquisa do Estado da Bahia (FAPESB), da Escola de Engenharia de São Carlos da

Universidade de São Paulo e do Centro de Excelência em Asfalto (CEASF).

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análisis de la utilización de fibras

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