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CONINFRA 2011 – 5º CONGRESSO DE INFRAESTRUTURA DE TRANSPORTES (CONINFRA 2011 - 5º TRANSPORTATION

INFRASTRUCTURE CONFERENCE) August 10th to 12th 2011

São Paulo – Brasil

05-003 ISSN 1983-3903

CONINFRA 2011 – 5º CONGRESSO DE INFRAESTRUTURA DE TRANSPORTES (CONINFRA 2011 - 5º TRANSPORTATION INFRASTRUCTURE CONFERENCE)

August 10th to 12th 2011 São Paulo - Brasil

AVALIAÇÃO DA DEFORMAÇÃO PERMANENTE EM MISTURAS ASFÁLTICAS PARA O MUNICÍPIO DE MANAUS – AM (EVALUATION OF PERMANENT DEFORMATION IN ASPHALT MIXTURES FOR THE CITY OF

MANAUS - AM) LOURDES CRISTINA PORFÍRIO DA SILVA, Graduanda, Bolsista CNPQ, Universidade Federal do Amazonas - UFAM, Grupo de Geotecnia, Av. Gal. Rodrigo Octávio Jordão Ramos, 3000, Coroado, 69077-000, Manaus, Amazonas, Brasil, Telefone/Fax: +55 92 3305-4649/4500,e-mail: [email protected]. RAYGLON ALENCAR BERTOLDO, Graduando, Universidade Federal do Amazonas - UFAM, Grupo de Geotecnia, Av. Gal. Rodrigo Octávio Jordão Ramos, 3000, Coroado, 69077-000, Manaus, Amazonas, Brasil, Telefone/Fax: +55 92 3305-4649/4500, e-mail: [email protected]. REGINALDO JOSÉ QUEIROZ DE SOUZA, Mestrando PPG-ENGRAM, Universidade Federal do Amazonas - UFAM, Grupo de Geotecnia, Av. Gal. Rodrigo Octávio Jordão Ramos, 3000, Coroado, 69077-000, Manaus, Amazonas, Brasil, Telefone/Fax: +55 92 3305-4649/4500, e-mail: [email protected]. OCILEIDE CUSTÓDIO DA SILVA, Doutora em Engenharia Química, Universidade Federal do Amazonas - UFAM, Av. Gal. Rodrigo Octávio Jordão Ramos, 3000, Coroado, 69077-000, Manaus, Amazonas, Brasil, Telefone/Fax: +55 92 3305-4649/4521, e-mail: [email protected]. CONSUELO ALVES DA FROTA, Coordenadora do Grupo de Geotecnia (GEOTEC), Universidade Federal do Amazonas - UFAM, Grupo de Geotecnia, Av. Gal. Rodrigo Octávio Jordão Ramos, 3000, Coroado, 69077-000, Manaus, Amazonas, Brasil, Telefone/Fax: +55 92 3305-4649/4500, e-mail: [email protected]. RESUMO Tem sido foco investigativo da Engenharia Civil, particularmente da Engenharia de Pavimentos, o estudo de materiais alternativos para o emprego nas obras civis do estado do Amazonas, em substituição à brita e ao seixo rolado como agregado graúdo, decorrente da espessa camada de solo residual sob o substrato rochoso regional. A não presença desse material nos pavimentos ocasiona problemas de deformação permanente nas ruas e avenidas manauenses. Neste trabalho avaliou-se o desempenho dos materiais alternativos, oriundos do resíduo de construção e demolição (RCD) e proveniente da calcinação de argila (ASAC), presente nas misturas asfálticas quando submetidos ao ensaio de creep estático. Particularmente as misturas com resíduo da construção civil foram confeccionadas variando a granulometria, segundo a posição passando abaixo, acima e pela zona de restrição. Pelos resultados, verificou-se que: a) as misturas confeccionadas com ASAC e segundo o método Marshall apresentaram maiores valores de deformação relativas às misturas compostas com RCD e de acordo com o método SuperPave; b) as misturas dosadas de acordo com a especificação Superpave e passando dentro da zona de restrição, indicaram maiores deformações por




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apresentarem porções elevadas de finos e a conseqüente fragilidade do esqueleto mineral da mistura; e c) os materiais alternativos (RCD e ASAC) mostraram-se adequados para utilização nas misturas asfálticas regionais. PALAVRAS-CHAVE: Mistura Asfáltica, RCD, ASAC, creep estático, Manaus. ABSTRACT Investigative focus has been to Civil Engineering, particularly Pavement Engineering, the study of alternative materials for employment in the civil works of the state of Amazonas, in lieu of gravel and pebbles as aggregate, due to the thick layer of residual soil under the regional bedrock.The presence of this material does not cause problems on the floors of permanent deformation in the streets and avenues Manaus. This study evaluated the performance of alternative materials, originating from construction and demolition waste (CDW) and from the calcination of clay (ASAC), present in asphalt mixtures when subjected to static creep test.Particularly with mixtures of construction waste were fabricated by varying the particle size, according to the position going down, up and the restricted zone. From the results, it was found that: a) mixtures prepared with ASAC and according to the Marshall method had higher strain values on the test diets with RCD and in accordance with the Superpave method, b) mixtures dosed according to the Superpave specification and running through the restricted zone, indicated that greater deformations for presenting portions of fines and the consequent high fragility of the skeleton of mineral mixture, and c) alternative materials (RCD and ASAC) were suitable for use in asphalt mixtures regional. KEY WORDS: Asphalt Mixtures, RCD, ASAC, static creep, Manaus.




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INTRODUÇÃO Uma das principais razões para o encarecimento dos pavimentos é o preço dos materiais formadores dos compostos asfálticos, notadamente do agregado graúdo. Na ausência do citado material, as vias manauaras são construídas com um revestimento do tipo areia asfáltica usinada a quente (AAUQ) e sub-camadas com predominância argilosa. O material granular alternativo utilizado na região tem sido o seixo rolado, porém, a questão ambiental vinculada à sua extração do leito dos rios amazônicos, juntamente com assinadas questões geotécnicas regionais vem impulsionando as pesquisas científicas na busca de opções ao citado material pétreo. O Grupo de Geotecnia da Universidade Federal do Amazonas (GEOTEC) vem estudando o desempenho de agregados alternativos, como se verifica na literatura por meio dos trabalhos de GUIMARÃES, D.M.D (2009); SILVA, C.L. (2009), FROTA (2005), destacando-se o uso de rejeitos urbanos da construção civil (RCD) e agregados de argila calcinada (ASAC). O presente trabalho comparou, por meio do ensaio de creep estático, mistura asfálticas com resíduo de construção e demolição (RCD) e agregado sinterizado de argila calcinada (ASAC), variando o tipo de dosagem. As misturas asfálticas com agregado calcinado foram confeccionadas com base no Método Marshall (DNIT – ME 043) e aquelas com resíduos da construção civil (RCD) foram dosadas pelo método Superpave. Ambas as misturas utilizaram o CAP 50/70, areias oriundas do Município de Urucu e Coari, e cimento portland como fíler. MATERIAIS E MÉTODOS Cimento Asfáltico de Petróleo e Agregados O ligante presente nos compostos asfálticos é proveniente da Refinaria Isaac Sabbá (REMAN) sediada em Manaus e pertencente à empresa Petróleo Brasileiro S.A (Petrobrás), cujas características obtidas em ensaios padronizados constam na Tabela 1, que classificam o ligante como CAP 50/70.




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Tabela 1. Características dos ligantes utilizados. Características Método Unidade CAP 50/70 CAPSBS

Penetração D5 0,1 mm 69 39,5 Ponto de amolecimento D36 grau °C 49,7 52,5 Viscosidade Saybolt Furol a 135 °C E 102 S 283 300,78 Viscosidade Brookfield a 135 °C D4402 Cp 539 870 Viscosidade Saybolt Furol a 150 °C E 102 S 140,7 149,38 Viscosidade Brookfield a 150 °C D4402 Cp 279,8 401,36 Viscosidade Saybolt Furol a 177 °C E 102 S 50,8 56,97 Viscosidade Brookfield a 177 °C D4402 Cp 96,8 158,64 Ductilidade D113 Cm > 100 41,5 Ponto de fulgor D92 grau °C 318 324 Solubilidade em tricloroetileno D2042 % massa 99,9 99,7 RTFOT variação em % massa D2872 % 0,04 0,075 RTFOT aumento do ponto de amolecimento D36 grau °C 7,1 9,3 RTFOT penetração retida D5 % 63 27,1 Densidade relativa a 20/4°C D70 N/A 0,998 0,994

O resíduo de construção e demolição (RCD) utilizado nesta pesquisa obteve-se de demolições, sendo inicialmente separado de outros materiais como vidro, cerâmica, ferro e gesso, e em seguida levado para britagem. Foram realizados ensaios de caracterização de acordo com as especificações técnicas, conforme mostra a Tabela 2.

Tabela 2. Caracterização do resíduo processo da construção civil em comparação com o Seixo.

Característica Método Especificação

Resíduo Britado

Seixo

Densidade Relativa Aparente kg/dm³ NBR 7251 - 1,340 2,647 Densidade Relativa Real g/cm³ NBR 9776 - 2,350 2,659 Absorção (%) NBR 9937 - 11 0,77 Abrasão "Los Angeles" (%) NBR 6465 Máx. 40% 40 25,26

Observa-se pelo valor encontrado no ensaio de abrasão que o material atingiu o limite do permitido, o que pode sugerir fragilidade do agregado. No entanto, em estudos realizados pelo Grupo de Geotecnia da UFAM verificou-se que este material apresenta adequada resistência à tração em conjunto com a mistura asfáltica (OLIVEIRA et al, 2010; SILVA et al, 2010; CAVALCANTE et al, 2010), indicando-o como apto a substituir o seixo. Por ter a sua superfície arredondada e lisa, o material aluvionar acaba por diminuir a resistência ao cisalhamento interno na mistura, o que não ocorre com o agregado de resíduo (RCD), que por ter uma forma angulosa e superfície áspera responde melhor ao cisalhamento, como se pode observar na Tabela 3.




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Tabela 3. Resistência à tração de algumas misturas asfálticas. Material RT (MPa)

Seixo, Areia, Cimento e 5,78% de ligante 0,800 RCD, Areia, Cimento e 6,91% de ligante 1,271

ASAC, Areia, Cimento e 8,99% de ligante 1,210 Em relação ao agregado sinterizado de argila calcinada (ASAC), a matéria prima foi oriunda da Base de Operações Geólogo Pedro de Moura – Petrobrás (Urucu), cujos resultados constantes na Tabela 4 mostram valores de acordo com as especificações. Pela Tabela 5 e Figura 1 nota-se que as areias de Urucu e Coari caracterizam-se como areia fina e areia média, respectivamente. O valor obtido nos ensaios de densidade real para esse tipo de agregado está coerente com os comumente encontrados na literatura.

Tabela 4. Características do ASAC. Característica Método Especificação Resultado Unid

Desgaste após Fervura DNIT-ME 225/94 10 máx 0,68 % Abrasão “Los Angeles” (%) DNIT-ME 222/94 45 máx 44,84 % Auto Clave Variação de Volume DNIT-ME 223/94 Não varia Não Varia - Absorção(%) DNIT - ME 194/94 - 17,18 %

Tabela 5. Características do Cimento e Areias.

Ensaio Cimento Portland

Areia de Coari

Areia de Urucu

Argila Calcinada

Densidade real dos agregados (g/cm³) (NBR 9776) - 2,620 2,604 1,850

Densidade real do fíler (g/cm³) (NBR 6474) 3,15 - - -




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Figura 1. Curva Granulométrica dos agregados.

Índices Físicos e Dosagens Para as misturas confeccionadas com RCD escolheram-se as especificações do SHRP, publicadas na Superpave (1996), que leva em consideração o diâmetro máximo dos agregados para a delimitação das faixas, que são formadas pela reta de máxima densidade e pontos de controle, fazendo com que as misturas apresentem alta rigidez e baixa fragilidade, buscando a máxima aproximação das composições dos pontos de controle e a fuga da zona de restrição. Granulometrias que violam a zona de restrição possuem esqueleto pétreo frágil, que dependem muito do ligante para terem resistência ao cisalhamento. No entanto, deve ser enfatizado que a normalização Superpave recomenda, mas não obriga que as granulometrias das dosagens estejam abaixo da zona de restrição. Porém, a literatura apresenta questionamentos quanto a essa recomendação, porquanto foram encontrados resultados com valores de deformação menores para curvas que passavam acima da mencionada zona. A Figura 2 mostra a curva granulométrica obtida para as misturas, bem como os limites da referida especificação. Neste trabalho dividiram-se as misturas de RCD em três classes, RCD “A”, RCD “B” e RCD “C”, estando na primeira classe à curva da mistura passando cima, na segunda situada abaixo e na terceira através da zona de restrição, respectivamente. Com o teor de 8% de ligante para as três misturas estudadas, mostrando elevado valor devido ao alto índice de absorção desse agregado poroso, foram determinados os índices de vazios (Vv), os vazios do agregado mineral




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(VAM), os vazios cheios com betume (VCB) e a relação betume-vazios (RBV), não sendo observado grande variação no percentual destes índices, conforme apresenta a Figura 3.

Figura 2. Curva Granulométrica das Misturas RCD “A”, RCD “B” e RCD “C” - Superpave.

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Figura 3. Índices físicos das misturas com RCD.

Para a dosagem Marshall são estabelecidas faixas pelo DNIT, Departamento Nacional de Infra-estrutura de Transporte, em função da destinação da mistura asfáltica. Neste caso, a composição tem como fim o revestimento, classificado na Faixa C como camada de rolamento. Na Tabela 5 constam os valores das porcentagens de cada partícipe da mistura com ASAC (MASAC) e pela Figura 4 observa-se que a curva determinada situa-se dentro da faixa estabelecida pelo DNIT. Na Figura 5 apresentam-se os valores dos índices físicos obtidos para os mencionados compósitos confeccionadas com os agregados de argila pelo método DNIT-ES 313, que se mostram de acordo com limites estabelecidos pela citada norma presentes na Tabela 6.




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Figura 4. Enquadramento da mistura com ASAC na Faixa C do DNIT.

Figura 5. Índices físicos da Mistura MASAC.

Tabela 6. Parâmetros de Dosagem Marshall.

Marshall – DNER-ME 043 Parâmetro CBUQ

Porcentagem de vazios 3 a 5 Relações betume-vazios 75 a 82




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RESULTADOS E DISCUSSÕES Avaliaram-se as misturas asfálticas pelo ensaio de fluência por compressão uniaxial estática (creep estático), fazendo-se da função fluência, D(t), que é a razão entre a deformação variável com o tempo, ε(t), e a tensão inicial aplicada, σ:

Este tipo de ensaio retrata com simplicidade e precisão o comportamento de corpos-de-prova quando submetidos à ação de uma carga constante ao longo do tempo. O experimento consistiu na aplicação ao longo do tempo de uma carga de compressão estática e contínua no sentido axial (vertical) em corpos-de-prova cilíndricos confeccionados no compactador Marshall. Foram utilizados LVDT’s (linear variable differential transducers) para a leitura das deformações dos corpos de prova, com precisão de 0,01mm, em intervalos de tempo inferiores a 1s., sendo a tensão empregada de 0,3MPa a uma temperatura de 27°C. Foram obtidas as seguintes curvas de creep estático para as quatro misturas estudas.

Figura 7. Curvas de creep relativas às variações de dosagem e agregado nas misturas.

Nota-se pela Figura 7 que: a) a exceção da mistura MASAC até aproximadamente 25 s de ensaio, todas as misturas mostraram resultados e comportamento análogos, com destaque para as misturas passando acima e abaixo da zona de restrição (RCD “A” e “B”), indicando serem mais rígidas que a Mistura passando na referida zona (RCD “C”), a qual apresentou as maiores. Isso se deve a concentração de finos no esqueleto mineral da mistura RCD “C”, em contrapartida a uma melhor distribuição dos grãos por meio do método Superpave; e b) analisando-se o comportamento das misturas em campo, pode-se afirmar que as misturas RCD “A” e “B” que se mostraram mais resistentes à deformação, estariam menos suscetíveis a formação de trilhas de rodas. Por outro lado

σε )()( ttD = (1)




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a mistura RCD “C” mostrar-se-ia menos rígida, logo com menos chance de apresentar trincas por fadiga e e) as misturas asfálticas confeccionadas com agregado sinterizado de argila calcinada (MASAC) e dosadas pelo método Marshall, indicaram as maiores deformações comparadas aos compósitos dosados com RCD e pelo método Superpave. Isso se deve ao fato do mencionado método além de não explorar os critérios de granulometria se embasa em parâmetros de dosagem em função do teor de asfalto e tipo de emprego da mistura estuda. Esta avaliação não é suficiente, visto que é necessário compatibilizar as características do concreto asfáltico com os parâmetros mecânicos. A forma de compactação também é bem problemática visto que há alteração de teor de ligante na mudança de compactação manual para automática (ALDIGUERI 2001). Por outro lado, a dosagem Superpave dimensiona as misturas baseadas no volume de vazios e na granulometria disponível, e a compactação realiza-se por amassamento. O método insere os conceitos de zona de restrição e pontos de controle fazendo com que os grãos fiquem mais bem distribuídos dentro da mistura evitando-se a concentração de finos e diminuindo o volume de vazios, o que proporciona maior estabilidade e resistência. CONCLUSÕES

• Os componentes alternativos avaliados apresentaram resultados que corroboram seu uso em misturas asfálticas, em substituição aos materiais comumente empregados na região de Manaus.

• As misturas RCD “C”, por passarem na zona de restrição Superpave, mostraram irregularidade na distribuição, concentrado finos e deixando vazios entre os grãos graúdos, o que colabora para uma instabilidade do esqueleto mineral frente à solicitação de carga. Em contra partida as misturas de RCD “A” e “B” apresentaram maiores estabilidades devido à melhor distribuição dos grãos ao longo dos vazios.

• As misturas confeccionadas com RCD, dosadas pelo método Superpave, apresentaram menores deformações quando confrontadas as misturas compostas com argila calcinada (ASAC) e dosadas pelo método Marshall.

• As dosagens aqui estudadas deverão ter continuidade por meio de ensaios dinâmicos que representam melhor a situação no campo.

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