faculdade de tecnologia e ciÊncias diretoria de...
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i
FACULDADE DE TECNOLOGIA E CINCIAS
DIRETORIA DE PESQUISA E PS-GRADUAO STRICTO SENSU
MESTRADO PROFISSIONAL EM TECNOLOGIAS APLICVEIS BIOENERGIA.
AVALIAO DO USO DOS RESDUOS DE FILTRAO DE BIODIESEL EM
CONCRETO ASFLTICO.
TRABALHO FINAL DE MESTRADO PROFISSIONAL
RYCART EMMANOEL PINHEIRO DA SILVA
Salvador-BA, Brasil
2010
ii
AVALIAO DO USO DOS RESDUOS DE FILTRAO DE BIODIESEL EM
CONCRETO ASFLTICO.
RYCART EMMANOEL PINHEIRO DA SILVA
Salvador 2010
Apresentada como requisito final obteno do Grau
de Mestre Profissional em Tecnologias Aplicveis
Bioenergia do Curso de Mestrado Profissional
Tecnologias Aplicveis Bioenergia da Faculdade de
Tecnologia e Cincias de Salvador - BA.
Orientadora: Profa. Dr
a Valcineide O.A. Tanobe.
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Silva, Rycart Emmanoel Pinheiro da Avaliao do uso de resduos de filtrao do biodiesel em pavimentao asfltica / Rycart Emmanoel Pinheiro da Silva. Salvador, 2010. 125 f., il. Dissertao (mestrado profissional) Faculdade de Tecnologia e Cincias, Programa de Ps-Graduao em Tecnologias Aplicveis a Bioenergia. Orientador: Valcineide Oliveira de Andrade Tanobe 1. Pavimentos de asfalto. 2. Misturas de emulso asfltica. I. Tanobe, Valcineide Oliveira de Andrade. II. Ttulo. CDD 625.85
v
DEDICATRIA
Dedico a quem me deu a vida e a vontade de estudar. Aquela que me incentivou desde os
primeiros passos, aquela que me fez sentir vontade de ter uma famlia para repetir o seu modelo
amoroso de educar, trabalhar, conviver, progredir... Aquela que fez da minha educao uma tarefa
agradvel e cheia de boas experincias. Este trabalho dedicado a minha amada me Maria Dinalva
Pinheiro da Silva.
vi
AGRADECIMENTOS
Agradeo ao Grande Engenheiro do Universo Jeov - pela concesso de todo
entendimento adquirido e pela vitalidade empregada ao trilhar o rumo certo e ao Mestre Jesus,
gerente desta empreitada de fazer-nos evoluir sem parar.
Aos familiares, base tica e moral do meu ser, Esposa - Joelma, Rycart Filho, Pai - Jos
Cndido (in memorian), Super Me Dinalva Pinheiro, minha mana Netinha Linda, Vov Everaldo
(in memorian), Diego, Dinda Mene, Tia Carmem.
A todos os Amados Irmos da vida maior (Shiwatta, Tupi Guarany, Gentil das Matas,
Boiadeiro, Ogum, os meus Vovs, Damio, dentre outros), finalmente a certeza de mais uma etapa
vencida.
Ao DERBA, Autarquia Estadual que apostou nesta idia cedendo suas instalaes, pois
vislumbramos juntos certeza do resultado positivo, em especial ao Eng. Antnio Jardim e aos
colegas do laboratrio (Pedro).
A orientadora Professora Doutora Valcineide Tanobe que soube dominar meu mpeto de
sonhador e transform-lo em resultados prticos, por me motivar suficientemente quando muitos
duvidaram da exeqibilidade do processo e da capacidade de elaborao deste trabalho. Mais do
que uma orientadora, foi o divisor de guas, um exemplo de profissionalismo e simplicidade tpico
os grandes seres humanos.
Ao Professor Mestre Areobaldo Oliveira Aflitos que desde a graduao tenho orgulho em
cit-lo como modelo de Engenheiro, por todos os caminhos por onde trilho.
Novamente menciono minha companheira Joelma Pinheiro, agora agradecendo-a na co-
orientao deste trabalho que, por motivos institucionais, no pode, de direito, assumir esta funo
exercida de fato.
A todos que fizeram com que este trabalho individual se tornasse coletivo, de corao, muito
obrigado!
vii
RESUMO
AVALIAO DO USO DOS RESDUOS DE FILTRAO DE BIODIESEL EM
CONCRETO ASFLTICO.
Autor Msc.: Rycart Emmanoel Pinheiro da Silva
Orientadora Professora Doutora: Valcineide Oliveira Andrade Tanobe
O processamento de biodiesel gera como um dos subprodutos grandes volumes de torta ou
borra de filtrao. Esta pesquisa teve como objetivo avaliar o uso deste resduo de filtrao como
aditivo em pavimentao asfltica do tipo a quente (CBQU) e do tipo a frio (PMF). O resduo foi
inicialmente caracterizado em suas propriedades fsico-qumicas, tais como teor de umidade, teor de
leo residual e classificado de acordo com a Norma NBR1004/2004. Todos os componentes da
mistura foram caracterizados de acordo com normas DNIT, sendo determinados os parmetros de
ensaios metodologia Marshall (fluncia, estabilidade, teor de vazios e densidade aparente, relao
betume vazios). Os resultados obtidos indicam que o resduo de filtrao das unidades produtoras
de biodiesel Classe IIA no perigoso e no inerte. Ensaios granulomtricos informam a
possibilidade do uso como fler em concreto asfltico tanto a frio quanto a quente, entretanto, estes
ensaios demonstraram a reao nociva das emulses asflticas RM-1C e RL-1C e do cimento
asfltico CAP com o biodiesel presente nas amostras. Tambm, os ensaios Marshall demonstraram
significativo aumento da resistncia (estabilidade) e majorao da vida til do pavimento (com os
ensaios indiretos da densidade, fluncia e teor de vazios) com a insero da diatomita na formulao
do concreto asfltico tanto a frio quanto a quente o que se recomenda o seu uso. Com os ensaios de
dano induzido pela umidade pode-se estipular o teto mximo de filer no CBUQ.
Palavras-chaves: Reciclagem energtica, resduo de filtrao do biodiesel, Fler, PMF,
CBUQ.
viii
ABSTRACT
EVALUATION OF THE USE OF THE RESIDUES OF BIODIESEL FILTRATION AS
ADDITION IN ASPHAL PAVEMENT
Author Msc.: RYCART EMMANOEL PINHEIRO DA SILVA
Advisor: Professora Doutora Valcineide Oliveira Andrade Tanobe.
The processing of biodiesel generates as one of great by-products volumes of pie or splodges of
filtration. This research had as objective to evaluate the use of this residue of filtration as additive in
asphalt pavement of the type hot (CBQU) and of the type the cold (PMF). The residue initially was
characterized in its properties physicist-chemistries, such as humidity text, oil text residual and
classified in accordance with Norm NBR1004/2004. All the components of the mixture had in
accordance with been characterized norms DNIT, being determined the parameters of assays
Marshall methodology (fluency, stability, text of emptinesses and apparent density, relation bitumen
empty). The gotten results indicate that the residue of filtration of the producing units of biodiesel is
Classroom IIA - not dangerous and not inert. Grain sized assays inform the possibility of the use as
in such a way to fler in asphalt concrete the cold how much the hot one, however, these assays had
demonstrated the harmful reaction of asphalt emulsions RM-1C and RL-1C and of asphalt cement
CAP with biodiesel present in the samples. Also, the Marshall assays had in such a way
demonstrated to significant increase of the resistance (stability) and increase of the useful life of the
floor (with the indirect assays of the density, fluency and text of emptinesses) with the insertion of
the diatomita in the formularization of the asphalt concrete the cold how much the hot one what its
use sends regards. With the assays of induced damage for the humidity the maximum ceiling of filer
in the CBUQ can be stipulated.
Keywords: Energy recycling, residue of filtration of biodiesel, Fler, PMF, CBUQ.
ix
SUMRIO
DEDICATRIA
AGRADECIMENTOS vi
RESUMO vii
ABSTRACT viii
LISTA DE FIGURAS ix
LISTA DE QUADROS xiii
LISTA DE TABELAS xv
LISTA DE ABREVIATURA E SMBOLOS xvi
1. INTRODUO 1
1.1 Objetivo Geral e Especfico 2
1.2 Justificativa 3
1.3 - Estrutura da dissertao 4
2. REVISO BIBLIOGRFICA 6
2.1 - Consumo de Energia e a Civilizao 6
2.2 Indstria de Biodiesel 8
2.2.1 Panorama Nacional dos Biocombustveis 8
2.2.2 Descrio da cadeia produtiva do biodiesel 11
2.2.3 Diatomita 18
2.3 Pavimentos Asflticos 21
2.3.1 Pavimentos asflticos usando pr-misturados a frio 23
2.3.2 Pavimentos rodovirios asflticos a quente 26
2.4 Composio dos pavimentos asflticos 27
2.4.1 Ligantes 27
2.4.2 Agregados 30
2.4.3 Caractersticas principais dos concretos asflticos (Frio e Quente) 34
2.4.4- Presena de finos (Fler) em mistura asfltica. 36
2.5- Caracterizao dos Resduos industriais 41
2.6- Usos de resduos slidos na engenharia 43
3. MATERIAIS E MTODOS 48
3.1 Programa Experimental. 48
3.2 Materiais Utilizados na Pesquisa 50
x
3.2.1 Fler diatomceo (Diatomita) e Resduos de Filtrao do Biodiesel. 50
3.2.2 Agregados Minerais (Grado e Mido) 50
3.2.3 Ligantes: CAP 50/70 e Emulses Asflticas Catinicas RM-1C e
RL1C
52
3.2.4 O resduo de filtrao do biodiesel 54
3.3 Metodologia 55
3.3.1 - Caracterizao do Resduo de Filtrao 55
3.3.1.1 Determinao da umidade do Resduo Mtodo Estufa 57
3.3.1.2 Determinao do teor de leo do Resduo Mtodo Soxhlet 57
3.4 - Tratamento Efetuado nos Resduos de filtrao do Biodiesel 58
3.4.1 Secagem em estufa 58
3.4.2 Extrao com gua quente 58
3.4.3 Extrao com gua quente seguida de etanol 59
3.4.4 Combusto direta 59
3.5 Ensaio de Caracterizao para Classificao do Resduo 59
3.5.1 Determinao dos Componentes Qumicos por Lixiviao 60
3.5.2 - Determinao dos Componentes Qumicos por Solubilizao 60
3.6 Caracterizao dos Agregados (Midos e Grados) 61
3.6.1. Ensaios de Interao dos agregados com as emulses asflticas
catinicas de rupturas mdia e lenta.
62
3.6.2. Ensaio de Granulometria 63
3.6.3. Determinao da massa especfica real dos gros 65
3.6.4. Determinao da Massa Especfica Aparente (ME 04/79) 66
3.7 Caracterizao Mecnica dos Concretos Asflticos a Frio (PMF) e a
Quente (CBUQ).
67
3.7.1 - Metodologia Marshall 67
3.7.2 - Resistncia Trao por Compresso Diametral 70
3.7.3 Resistncia do Dano por Umidade Induzida no CBUQ 71
4.RESULTADOS E DISCUSSO 73
4.1 - Caracterizao do Resduo de Filtrao 73
4.1.1 Determinao da umidade do resduo Mtodo Estufa 73
4.1.2 Determinao do teor de leo do Resduo- Mtodo Soxleth 75
4.1.3 Determinao das classes dos resduos - Norma NBR 10.004/2004 78
xi
4.2 Ensaios de Interao dos agregados com as emulses asflticas
catinicas de rupturas mdia e lenta.
81
4.3 Caracterizao dos Agregados (Midos e Grados) 82
4.3.1 Determinao da Granulometria 82
4.3.1.1 Determinao da massa especfica real dos gros Mtodo do
Picnmetro
86
4.4 Caracterizao Mecnica dos Concretos Asflticos a Frio (PMF) e a
Quente (CBUQ).
87
4.4.1 Metodologia Marshall das misturas asflticas 87
4.4.1.1 Fluncia 88
4.4.1.2 Teor de Vazios 90
4.4.1.3 Densidade Aparente 92
4.4.1.4 Resistncia Trao por Compresso Diametral 93
4.4.2 - Resistncia do Dano por Umidade Induzida no CBUQ 95
5. CONCLUSES 98
6. SUGESTES 101
7. REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS 102
ANEXOS 113
xii
LISTA DE FIGURAS
Figura 01 Fontes de Energia Primria Total. 08
Figura 02 Produo Nacional de Biodiesel Puro. 09
Figura 03 Consumo mensal de Diesel, de 2005 a 2010. 10
Figura 04 Processo de Produo Simplificado do Biodiesel. 11
Figura 05 Etapas do Refino de leo Bruto. 15
Figura 06 Imagens de microscopia eletrnica de varredura: (a) carapaas de
diatomita da Bahia; (b) bentonita da Paraba.
19
Figura 07 Seces Tpicas de Pavimentos Flexveis. 21
Figura 08 Distribuio de Cargas no ao longo do Pavimento. 22
Figura 09 Esquema de mistura asfltica compactada tpicos de PMF denso. 24
Figura 10 Esquema de mistura asfltica compactada, tpico de PMF semi-
denso. 24
Figura 11 Estrutura de uma Molcula de Asfalto. 28
Figura 12 Efeitos nocivos da falta de adesividade na mistura em PMF. 33
Figura 13 Esquema do efeito nocivo da falta de adesividade da mistura em
concreto asflticos.
33
Figura 14 Fluxograma do Programa experimental. 49
Figura 15 Fotos da diatomita com leo (resduo slido de filtrao) e sem
leo (in natura). 51
Figura 16 Aspecto visual dos distintos traos. 63
Figura 17
Aspecto visual dos agregados (mido e grado) e aspecto visual
do fler in natura empregado e das peneiras de classificao
granulomtrica.
65
Figura 18 Modelo da Partcula para o Clculo da Densidade do Gro. 66
Figura 19 Esquema de volumetria em uma mistura asfltica. 69
Figura 20 Equipamento para ensaio de resistncia a trao por compresso
diametral, corpos de prova dos ensaios com PMF, amostras do
diversos traos com PMF.
70
Figura 21 Equipamento de banho-maria e pesagem dos materiais. 72
xiii
Figura 22 Moldagem dos corpos de provas e Aspecto do CBUQ com filer. 72
Figura 23 Grfico da Reduo percentual da massa no processo de secagem
na Estufa ao longo do tempo. 74
Figura 24 Grfico do Teor de umidade por amostra ensaiada. 76
Figura 25 Grfico do Teor de leo por amostras ensaiadas. 76
Figura 26 Curvas Granulomtricas das faixas do DNIT e do trao proposto. 83
Figura 27 Curvas granulomtricas individuais dos agregados para CBUQ. 84
Figura 28 Curvas granulomtricas individuais dos agregados para PMF. 84
Figura 29 Curvas Granulomtricas das faixas do DNIT e do trao proposto. 86
Figura 30 Curva de Fluncia versus amostra de CBUQ. 89
Figura 31 Curva de Fluncia versus teor mdio de fler para PMF. 89
Figura 32 Teor de vazios das amostras de CBUQ. 91
Figura 33 Teor de vazios das amostras de PMF 91
Figura 34 Densidade aparente versus amostra CBUQ. 92
Figura 35 Densidade aparente versus amostra teor mdio de fler para PMF. 92
Figura 36 Curva de estabilidade versus amostras para CBUQ 94
Figura 37 Curva de estabilidade versus teor mdio de fler para PMF 94
Figura 38 Curva do teor de vazios no ensaio de Devido a Umidade Induzida 95
Figura 39 Curva da variao da Estabilidade Devido a Umidade Induzida 96
Figura 40 Diferena de textura de corpos de prova com incremento do filer. 97
Figura 41 Curvas de Estabilidade versus amostras para CBUQ com vrios
percentuais de fler tratados termicamente
97
xiv
LISTA DE QUADROS
Quadro 01 Escalas granulomtricas adotadas pela A.S.T.M., A.A.S.H.T.O,
M.I.T. e ABNT.
36
Quadro 02 . Especificaes de granulometria para Fler da ASTM e DNER. 37
Quadro 03 Massas especficas de diversos materiais usados como fler. 38
Quadro 04 Classificao dos resduos slidos quanto periculosidade. 41
Quadro 05 Aplicao de Cinzas Volantes na Construo Civil 44
Quadro 06 Propriedade e Composio Qumica da Diatomita in natura. 51
Quadro 07 Propriedades das Emulses Asflticas Catinicas RM - 1C. 53
Quadro 08 Propriedades das Emulses Asflticas Catinicas RL - 1C. 53
Quadro 09 Caracterstica do Cimento Asfltico de Petrleo CAP. 54
Quadro 10 Resumo do tratamento e cdigo das amostras. 58
Quadro 11 Traos de PMF e suas respectivas dosagens. 61
Quadro 12 Materiais e Quantidades empregadas nos distintos traos. 64
xv
LISTA DE TABELAS
Tabela 01 Custos de materiais usados na confeco do CBUQ e Areia
Asfalto Usinado a Quente.
40
Tabela 02 Teor percentual de umidade das amostras. 73
Tabela 03 Determinao da Umidade Mtodo Estufa Laboratrio
Consrcio Santo Antnio.
74
Tabela 04 Determinao do Teor de leo Extrao do Soxleth. 76
Tabela 05 - Comparao entre investimentos na produo do resduo de
filtrao das usinas de biodiesel estudada.
77
Tabela 06 Resultado do Ensaio de Lixiviao. 78
Tabela 07 Ensaio de Solubilizao da Amostra. 79
Tabela 08 Granulometria dos agregados para trao com percentual passante
CBUQ faixa C
83
Tabela 09 Granulometria dos agregados para trao do PMF sem Filer. 85
Tabela 10 Granulometria dos agregados para trao do PMF com 0,88% Filler 85
Tabela 11 Granulometria dos agregados para trao do PMF com 1,75% Filer 85
Tabela 12 Massa Especfica Real dos Agregados para PMF (Frasco de
Chapman).
86
Tabela 13 Parmetros volumtricos mdios Marshall da referncia. 88
Tabela 14 Parmetros volumtricos mdios com fler e 5,20% de ligante. 88
Tabela 15 Resultados dos ensaios de dano por umidade induzida (ASTM D
4867)
96
Tabela 16 Ensaio Marshall PMF com variao do Filer diatomceo in natura. 114
Tabela 17 Ensaio Marshall CBUQ Filer oriundo de diversos tratamentos. 115
Tabela 18 Ensaio Marshall CBUQ para determinao teor timo de ligante. 116
Tabela 19 Ensaio Marshall do CBUQ com 1% dos resduos de filtrao sob
variados mtodos de tratamento.
117
Tabela 20 Ensaio Marshall do CBUQ para das quantidades filer diatomceo
oriundo do tratamento trmico para ensaio de dano por umidade induzida.
118
Tabela 21 Dosagens para o Ensaio de Dano por Umidade Induzida. 120
xvi
LISTA DE ABREVIATURAS E SMBOLOS
AASHTO: American Association of State Highway and Transportation Officials.
ABNT: Associao Brasileira de Normas Tcnicas.
ASTM: Americam Society of Testing and Materials.
CBUQ: Concreto Betuminoso Usinado Quente.
DERBA: Departamento de Infraestrutura de Transportes da Bahia.
DERPR: Departamento de Estradas de Rodagem.
DNER: Departamento Nacional de Estradas de Rodagem.
DNIT: Departamento de Infraestrutura de Transportes.
MME: Ministrio de Minas e Energia.
PMF Pavimentao Misturada a Frio.
RBV: Relao Betume Vazios.
rpm: rotaes por minuto.
s: segundos.
T: Temperatura.
UPB: Unidade de Produo de Biodiesel.
VAM: Vazios nos Agregados Minerais.
DMT: Densidade Mnima Terica.
DA: Densidade aparente da mistura.
VV: Volume de vazios.
VCB: Vazios cheios de betume.
VAM: Vazios do agregado mineral.
: Coeficiente de Poisson.
PNPB: Programa Nacional de Produo de Biodiesel.
ANP: Agncia Nacional de Petrleo.
CONAMA: Conselho Nacional do Meio Ambiente.
FEEMA: Fundao Estadual de Engenharia do Meio Ambiente.
MMA: Ministrio do Meio Ambiente.
EUA: Estados Unidos da Amrica.
RSU: Resduos Slidos Urbanos.
BPF: Baixo ponto de fluidez.
1
1. INTRODUO
Com a explorao predatria de seus recursos naturais o mundo vem sofrendo com a
degradao do solo e a poluio da atmosfera. Sendo mais intensamente no incio do sculo
XX, assiste-se ao declnio de fontes tradicionais de energia, como o petrleo que apresenta
esgotamento de seus poos com menos de cem anos de explorao efetiva, a energia nuclear
segue o mesmo caminho do petrleo e a mais antiga de todas as fontes de energia, o carvo, j
aponta sinais de esgotamento.
Enquanto as fontes energticas tradicionais declinam, as fontes renovveis
apresentam-se como alternativa vivel, conquistando espao na matriz energtica brasileira
por ser considerada inesgotvel e por no agredir ao meio ambiente. Entre as fontes
renovveis incluem a energia solar, geotrmica, energia hdrica (rios, mars e ondas), elica e
a biomassa.
O Brasil possui uma matriz energtica com maior potencial de uso de energias
renovveis no mundo (ALMEIDA, 2010), a gerao eltrica de origem hdrica
predominante, mas o fato de j utilizar biocombustveis faz com que o Brasil esteja em uma
posio de destaque, referenciado pelos pases desenvolvidos.
Para muitos a gerao de energia por fontes renovveis vista como uma iniciativa
isolada, que no est apta a atender grande demanda de um pas continental, mas a
possibilidade de criao de fontes de suprimento descentralizadas e em pequena escala
essencial para o desenvolvimento sustentvel, seja em pases desenvolvidos ou em pases em
desenvolvimento. A gerao de fontes de energia alternativas no pressupe o abandono
imediato do uso de recursos tradicionais, mas a energia gerada e consumida reduzir custos
pela substituio do consumo de fontes pagas.
Entre os combustveis utilizados na matriz energtica brasileira destaca-se, nestes
ltimos anos, o uso do biodiesel. O biodiesel um ster derivado da esterificao ou trans-
esterificao de leos vegetais ou outras fontes. Em seu processo de fabricao gera, como
resduo industrial, grande volumes de resduos de filtrao descritos, tambm como borra
oleosa oriunda do sistema de filtrao. Este resduo industrial composto pelos
argilominerais (terra diatomcea ou diatomita) contaminados com resduos oleosos retidos na
no processo de filtrao do biodiesel, sendo descartado em aterros controlados aps o
2
processo de incinerao. Assim, faz-se necessrio um estudo aprofundado para que se possa
destinar este material para outras aplicaes de finalidades mais nobres e com menor impacto
ambiental.
Os resduos oleosos da indstria oleoqumica e petroqumica geralmente so borras
cidas, as quais vm sendo empregadas em materiais de construo, tais como pavimentao e
incorporao na produo de cermicas vermelhas (SILVA, 2006).
Neste sentido pergunta-se: haver condio para uso deste resduo como aditivo (terra
diatomcea oriunda da filtragem do diesel) como fler na pavimentao asfltica? Para
responder a esta questo ser necessrio: classificar o resduo, avaliar e caracterizar
pavimentao asfltica, analisar a das misturas asflticas a quente e a frio quanto suas
propriedades mecnicas e quanto ao dano causado pela umidade induzida.
1.1 OBJETIVOS GERAL E ESPECFICOS
1.1.1 Objetivo Geral
Avaliar as caractersticas fsico-qumicas do resduo industrial oriundo da filtrao
(terra diatomcea com leo residual) de uma usina de biodiesel na Bahia e test-lo como
aditivo em concretos asflticos a frio (PMF) e a quente (CBQU), empregados comumente nas
rodovias como revestimento.
1.1.2 Objetivos Especficos
a) Caracterizar o resduo industrial do processo de fabricao do biodiesel denominado
resduo ou borra de filtrao;
b) Determinar em que classe o resduo industrial est enquadrado;
c) Avaliar o uso em misturas asflticas a frio (PMF) e a quente (CBUQ) em
pavimentao asfltica;
d) Caracterizar os agregados utilizados nas misturas asflticas;
3
e) Determinar as propriedades fsicas dos concretos asflticos a frio (PMF) e a quente
(CBQU) com a aditivao deste resduo como fler.
1.2 JUSTIFICATIVA
O transporte rodovirio interestadual e internacional de passageiros, no Brasil, um
servio pblico essencial, responsvel por uma movimentao superior a 140 milhes de
usurios/ano. Segundo ANTT (2010) a malha rodoviria brasileira de 1,8 milhes de km dos
quais 148 mil km (rodovias estaduais e federais) so pavimentadas e se constitui de grande
importncia na infraestrutura por ser, o meio rodovirio, o mais utilizado na sociedade atual.
O asfalto tem sido o principal material ligante utilizado na construo de rodovias e
vias urbanas, entretanto, o aumento do fluxo de veculos comerciais e de cargas tem levado ao
fracasso prematuro dos pavimentos, resultando em aumento acentuado dos custos de
manuteno. Por isso a necessidade de conseguir um asfalto de alto desempenho para
prolongar a vida do pavimento, reduzindo as manutenes peridicas, os prejuzos financeiro,
e principalmente, os nveis de acidentes rodovirios.
Na indstria de biodiesel quando se menciona co-produto resultante do processo de
produo do biodiesel o primeiro que se destaca a glicerina devido ao grande volume
gerado. Verifica-se, no entanto, um aumento significativo na oferta de glicerina, fazendo com
que o preo reduza, sendo o direcionamento deste material para um mercado consumidor j
bem definido. Em relao aos resduos slidos descartados deste mesmo processo, destaca-se
a terra diatomcea que at ento incinerada para queima do resduo de biodiesel em torno de
uma tonelada dia (produo de biodiesel dia PBIO Candeias-BA, em 301,71 m/dia) para
posteriormente descartada em aterros controlados (BRASIL ENERGIA, 2010).
Este material poderia ser incorporado pavimentao asfltica a quente e a frio a uma
dosagem especfica, reduzindo para a indstria de biodiesel o custo com o tratamento dado
antes de ser descartada, baixando o custo de produo, alm de propor uma destinao
apropriada, elevando a resistncia do concreto asfltico da pavimentao rodoviria.
4
Sob o ponto de vista ambiental, espera-se uma reduo das possibilidades de
contaminao acidental das bacias hidrogrficas por este resduo poluente quando do seu
descarte.
uma pesquisa indita sob dois aspectos: o primeiro que no h pesquisa
publicada sobre o uso de resduo de filtrao das usinas produtoras de biodiesel no Brasil,
visando a reciclagem energtica; o segundo a possibilidade de dar uma finalidade ao resduo
da indstria de biocombustveis (utilizao como fler nas misturas asflticas a quente e a frio
aps ser incinerados em caldeiras), trazendo eficincia ao ciclo de produo do biodiesel,
propiciando melhora da qualidade e desempenho do concreto asfltico, colaborando para a
reduo do impacto ambiental.
Prope-se, contudo reduzir ou eliminar o surgimento do passivo ambiental, fornecendo
uma alternativa de reciclar energia (queima dos resduos de filtrao), alm de fornecer uma
destinao til ao lixo industrial (oportunidade de transformar o lixo em insumo para outra
indstria Filer usado na confeco do CBUQ). Do ponto de vista social este trabalho
contribuir para elucidar um assunto de grande interesse, que envolve o uso de fontes
renovveis de energia, pois, se constitui de alternativa de energia limpa e fomento a qualidade
dos concretos asflticos sob a tica dos materiais de enchimentos, uma temtica que ganha
espao no cenrio nacional e internacional.
1.3 ESTRUTURA DA DISSERTAO
A dissertao est dividida em sete captulos, com a seguinte estrutura:
No captulo 1 a introduo apresenta a contextualizao do problema, seguida pelo
objetivo geral e os objetivos especficos, alm da justificativa do estudo.
No captulo 2 a Reviso bibliogrfica versa sobre a importncia da energia para a
civilizao explica a necessidade humana por fontes de energia. Tambm, apresenta a
indstria do biodiesel na rota da transesterificao em meio cido, com sua problemtica da
gerao dos resduos slidos e da falta de solues viveis sob ponto de vista econmico para
seu reaproveitamento. Em seguida fala-se sobre pavimentos rodovirios executados com pr-
misturado a frio e usinado a quente, com descrio dos materiais constituintes, variveis que
afetam a mistura e mtodo de dosagem. Alm disso, versar, ainda, este captulo, sobre o uso
5
de resduos industriais, cinzas e outros materiais na construo civil e na pavimentao de
rodovias.
No captulo 3, materiais e mtodos, fala-se dos materiais envolvidos na pesquisa, a
unidade produtora do biodiesel (UPB) situada na cidade da regio metropolitana de Salvador,
dos laboratrios escolhidos para a feitura dos ensaios laboratoriais. Quanto ao mtodo,
apresenta-se a metodologia empregada para a execuo dos ensaios de caracterizao dos
agregados (midos e grados), a aditivao (terra diatomcea utilizada como fler), os ligantes
asfltico, o dano por umidade induzida, as emulses asflticas e o CAP e as caractersticas
mecnicas resultante da mistura.
No captulo 4, resultados e discusso apresentam como o prprio nome j diz, o
resultado de todos os ensaios realizados, comparam-se as misturas de diferentes ensaios
realizados nas unidades do DERBA - Departamento de Estradas e Rodagens da Bahia, do
Consrcio Santo Antnio e da Brasqumica e qual o significado para a problemtica
apresentada por essa dissertao. Caracteriza-se o resduo industrial oriundo dos filtros de
biodiesel no processo de transesterificao em rota cida nos laboratrios da UFPR -
Universidade Federal do Paran.
No captulo 5, apresentam-se as consideraes finais e as concluses obtidas,
estabelecendo a relevncia do tema estudado correlacionando com os resultados das anlises.
No captulo 6, sugestes relacionam os diversos temas para os trabalhos futuros.
No captulo 7, referncia bibliogrfica descreve-se a bibliografia estudada na
desenvoltura da pesquisa.
6
2. REVISO BIBLIOGRAFICA
2.1. Consumo de Energia e a Civilizao
O primeiro uso prtico da energia pelo homem foi o fogo, coincidindo com o
surgimento do Homo Sapiens, datando de 400.000 A.C. Esta forma de energia fora utilizada
inicialmente como instrumento de defesa, para posteriormente ser usado para aquecimento
nos invernos rigorosos e para facilitar a digestibilidade das gorduras e protenas consumidas
(LEONARD, 2003).
Ao longo da histria o uso de energia sempre foi um elemento indicativo do nvel de
desenvolvimento das sociedades. Foi o emprego da tecnologia e o uso da energia responsvel
pela manipulao de elementos metlicos (Idade do Bronze e do Ferro) fazendo com que
sociedades se sobressassem em relao a outras (LEONARD, 2003).
Segundo Panesi (2006) A aquisio e ou domnio de fontes de energia utilizadas pelas
sociedades ao longo do curso da histria, determinou a supremacia de uma espcie ou raa
sobre outra, impulsionando o progresso, o desenvolvimento econmico e social atravs da
manipulao do fogo, a plvora, a energia elica (movendo embarcaes pelos oceanos, o
vapor, o petrleo, a energia nuclear, etc.).
Para a sociedade moderna, seguramente, o petrleo uma forma de energia que
congrega vrios fatores positivos, contribuindo para o desenvolvimento mundial no sculo
XX. Inicialmente surgiu como uma forma de energia relativamente barata, acessvel maioria
das naes, com possibilidade de armazenamento e transporte, com tecnologia para converso
de energia em trabalho fcil e acessvel. Justificando o desenvolvimento mundial a partir das
reservas energticas oriundas do Petrleo. Entretanto, a partir da dcada de 70, o mundo vem
sofrendo com ameaas de desabastecimento ocasionado pelas instabilidades poltico-
ideolgicas nas regies produtoras (Oriente Mdio, Norte da sia, Nordeste Africano e
Venezuela) e pela dependncia crescente dos pases desenvolvidos dessa fonte de energia.
Esta crise gerada pelo risco de desabastecimento fora a sociedade a reavaliar os
processos produtivos, suas implicaes diretas e remotas, a necessidade de novas fontes de
energia segura e renovvel, a gesto racional dos recursos energticos considerando a energia
7
como elemento vital para o desenvolvimento da nao como instrumento de soberania
nacional.
As energias renovveis tm como finalidade comercial a de substituio ao petrleo,
inclusive atraindo a ateno de polticos, empresrios e profissionais dotados de capacidade
para alterar esse mercado, produzindo Biodiesel, etanol, atravs dos seus componentes menos
poluentes. A biomassa torna-se a soluo para a crescente necessidade de aquisio de reserva
energtica para manuteno do padro de consumo energtico da vida moderna.
A preocupao com a quantidade de dixido de carbono, proveniente dos
combustveis de origem fssil, aliado a sua dificuldade de extrao, torna-se fundamental o
investimento em energias renovveis, dotadas de tecnologias limpas, principalmente extrada
da Biomassa, pois poluem menos que os combustveis de natureza fsseis.
Com a superao da crise do petrleo no inicio da dcada de 90, tornando os preos do
barril viveis novamente, as atividades de produo experimental do PRODIESEL foram
inviabilizadas, tornando desinteressantes para a Petrobras. Pases como Estados Unidos e
regies da Europa Ocidental deram continuidade s pesquisas e assumem atualmente o papel
de maiores produtores e detentores de tecnologia de produo dos Biocombustveis
Alavancada pelo declnio da produo do petrleo, pelo aumento do consumo
energtico e o aumento populacional, segundo dados oficiais (MME, 2010) a tendncia um
aumento significativo da utilizao da biomassa como fonte energtica, conforme se v na
Figura 01. Este incremento energtico representa um avano positivo apresentando um nicho
de mercado amplo para investimento, uma vez que um dos indicadores de crescimento de uma
sociedade o consumo energtico per capita.
8
Figura 01: Fontes de Energia Primria Total, no cenrio de referncia para o mundo (em
milhes de Toneladas Equivalentes de petrleo TEP1).
Fonte: Ministrio de Minas e Energia, Publicao Matriz Energtica Nacional 2030.
2.2 INDSTRIA DO BIODISEL
2.2.1 Panorama Nacional dos Biocombustveis.
O Programa Nacional de Produo e Uso do Biodiesel (PNPB), lanado pelo
Presidente da Repblica, em dezembro de 2004, Autorizou o uso comercial do biodiesel em
todo o territrio nacional e estabelecendo os percentuais da mistura do biodiesel ao diesel do
petrleo, a forma de utilizao e o regime tributrio. Estabeleceu tambm uma diferenciao
tributria por regio de plantio, por oleaginosa e por categoria de produo.
Em 13 de janeiro de 2005 a lei n. 11.097 estabeleceu a obrigatoriedade da adio de
biodiesel no diesel, exigindo um percentual inicial de 2% a partir de 2008, com elevao para
5% em 2013 (PAULILLO, 2007). Em 01 de julho de 2009 foi estabelecido pela resoluo n.
2/2009 do Conselho Nacional de Poltica Energtica a elevao do percentual para 4%
(ANAP, 2009). A partir de 01 de janeiro de 2010 o leo diesel comercializado no pas passou
a conter 5% de biodiesel (B5) (ANP, 2010).
1 Uma tonelada equivalente de petrleo (TEP) uma unidade de energia equivalente a combusto de uma
tonelada de petrleo cru, aproximadamente 45,217 gigajoules.
http://pt.wikipedia.org/wiki/Unidades_de_energiahttp://pt.wikipedia.org/wiki/Combust%C3%A3ohttp://pt.wikipedia.org/wiki/Toneladahttp://pt.wikipedia.org/w/index.php?title=Petr%C3%B3leo_cru&action=edit&redlink=1http://pt.wikipedia.org/wiki/Joule
9
Entende-se por Biocombustvel qualquer combustvel de origem biolgica, que no
seja de origem fssil, renovvel, biodegradvel e ambientalmente correto, originado da
mistura de uma ou mais plantas, lixo orgnico, leos residuais, gorduras animais, dentre
outros tipos. Segundo Quintella (2009) para que o biodiesel seja conceituado como
combustvel renovvel no basta somente considerar o balano energtico de sua produo,
mas tambm as propores de energia alocadas aos seus co-produtos e ao seu
reaproveitamento.
O conceito de biodiesel difere-se de ecodiesel no seguinte aspecto: ecodiesel um
combustvel obtido da mistura do biodiesel e do leo diesel mineral, nas propores a serem
definidas por lei, no caso, a lei n.11.097. As vantagens ecolgicas do ecodiesel esto na
diminuio das emisses para atmosfera dos gases resultantes da combusto, devido mistura
com o biodiesel.
Em 2009, a capacidade nominal de produo de biodiesel puro (B100) foi de cerca de
4,4 milhes de metros cbicos. Entretanto, a produo efetiva do Brasil foi de cerca de 1,6
milho metros cbicos, o que correspondeu a 36,6% da capacidade total (ANP, 2010),
conforme ilustram as Figuras 02 e 03.
No obstante, diante destes cenrios primordial repensar na poltica de
sustentabilidade nas empresas produtoras, pois este aumento da produo implicar tambm
numa gerao de grandes volumes de resduos (30 toneladas ms) de processos.
Figura 02: Produo nacional de biodiesel puro (B100) de 2005 a 2009.
Fonte: Adaptado de www.anp.gov.br/doc/dados_estatisticos, 2009.
10
Figura 03: Consumo mensal de diesel de 2005 a 2010.
Fonte: Adaptado de www.anp.gov.br/doc/dados_estatisticos, 2010.
Os custos de produo do biodiesel so superiores aos custos de produo do diesel
oriundo do petrleo, na ordem de R$ 1,4146/litro (diesel) para R$ 2,0334/litro (biodiesel) j
incluso a receita da comercializao dos subprodutos como glicerina bruta e lcool hidratado.
Entretanto existem outros fatores que devem ser levados em conta com os custos ambientais,
o investimento social (gerao de emprego e renda da parcela de agricultores mais pobres)
que torna o uso deste combustvel plenamente favorvel economicamente (VISCARDI,
2005).
Silva (2008), fazendo um balano das vantagens e desvantagens no uso do biodiesel.
Citando a indiscutvel vantagen ambiental do biodiesel em relao ao leo diesel (desde as
emisses oriunda da queima at a insero do Brasil na vanguarda do uso de fontes
renovveis. Certamente a desvantagem fato do cultivo de algumas espcies botnicas exige
uma adaptao e o emprego de tecnologia adequada alm do balano energtico variar
conforme o sistema utilizado no cultivo das espcies produtoras de leo. No obstante, o uso
do biodiesel no poder ser substitudo pleno do diesel (e sim concorre para a reduo da
dependncia do petrleo) e h possibilidade, caso no haja interveno do Estado, do plantio
de oleaginosas destinadas ao biodiesel de competir em rea e em recursos naturais com as
espcies destinadas ao consumo humano. Outrossim, h cenrio favorvel na macroeconomia
Brasileira ocasionada pela reduo da dependncia das fontes de energia fsseis.
11
2.2.2 Descrio da cadeia produtiva do biodiesel
Segundo Faccini (2008) a definio qumica do Biodiesel um mono-aquil-steres de
cidos graxos de cadeia longa (com ou sem duplas ligaes) fabricado a partir da reao entre
gorduras (animal, vegetal e leo descartados de frituras) e lcool de cadeia curta, atravs de
uma reao de transesterificao, em presena de catalisador e com formao de glicerina.
O processo de produo do biodiesel inicia-se com a preparao da matria-prima,
criando melhores condies para a realizao da reao de transesterificao, obtendo
mxima taxa de converso. A matria-prima deve possuir o mnimo de umidade e acidez, uma
vez que incorre em necessidade do pr-tratamento do material atravs de neutralizao,
lavagem etc., como ser mencionado mais adiante, no processo de refino do leo, conforme
ilustra a Figura 04.
Figura 04: Processo simplificado de produo do biodiesel.
Fonte: Adaptado de PARENTE et al., 2003.
De acordo com NETO et al. (2000), o biodiesel pode ser caracterizado por:
a) ausncia de enxofre e aromticos;
12
b) nmero de cetano elevado;
c) teor de oxignio prximo a 11%;
d) elevada viscosidade e maior ponto de fulgor, quando comparado ao diesel
convencional;
e) direcionamento a mercado especfico, especialmente voltado a atividades agrcolas;
f) no caso do biodiesel proveniente de leos e gorduras, j utilizados, este combustvel
apresenta, ainda, vantagens ambientais.
A reao de transesterificao a etapa de converso da matria prima em steres
metlicos ou etlicos de cidos graxos, resultando no biodiesel propriamente dito. Aps esta
etapa, segue-se com a separao das fases por meio de decantao e/ou centrifugao. O
resultado so duas fases distintas, a glicerina bruta (impregnada dos excessos de lcool, de
gua, e de outras impurezas) e a segunda fase constituda da mistura de steres metlicos ou
etlicos, tambm impregnados de impurezas e excessos reacionais de lcool (PARENTE,
2009).
Por processo de evaporao, recupera-se o lcool e a glicerina, eliminando os
componentes volteis da glicerina bruta. Tambm por processo de evaporao, o lcool
residual recuperado liberando para as prximas etapas os steres metlicos ou etlicos.
Assim procede-se a purificao dos steres, que so lavados por meio de centrifugao e
desumidificados. Todas as caractersticas do biodiesel devero estar de acordo normas
tcnicas e resolues da Agncia Nacional de Petrleo - ANP.
O processo convencional contnuo para refino de leos vegetais se divide em diversas
etapas, dependendo do tipo de leo (variedade de oleaginosas empregada n processo) e
qualidade do leo bruto (SBRT, 2005). No caso do Biodiesel, faz-se necessrio o refino para
degomagem do leo, neutralizao e filtragem. Segundo a SBRT (2006) a maior parte dessas
substncias removida no processo de refino, a fim de estabilizar o leo, mas ocasiona alguns
problemas, tais como: perda de triglicerdeos; grande quantidade de produtos qumicos
necessrios ao processo; gerao de efluentes contaminados e consumo energtico elevado.
Na purificao do biodiesel, necessrio remover traos de substncias e catalisadores
oriundos da reao de transesterificao que ocorre em fase homognea. Aproveitando-se das
13
caractersticas hidrofbicas do ster em contraposio s hidroflicas dos outros componentes
presentes na massa a ser purificada, procede-se a lavagem da mesma com gua levemente
acidificada. Essa gua retm as impurezas, gerando um efluente de elevada carga orgnica,
que no pode ser descartado no meio ambiente sem que antes passe pela etapa de tratamento.
Segundo Teixeira (2008) para poder aferir a adequao do tratamento de uma unidade
produtora de Biodiesel seria necessrio seguir algumas etapas que representariam uma anlise
que conduziria a uma implantao racional do tratamento interno diante de metas ambientais e
de viabilidade econmica:
1. Avaliar possibilidade de minimizao da gerao da carga poluidora; Avaliar
possibilidade do reuso dos subprodutos. Caracterizar os efluentes quanto a aspectos
fsico, qumicos e bacteriolgicos;
2. Verificar limites legais para descarte e demais dispositivos legais aplicveis (nveis
federal / estadual / municipal em entidades como MMA, CONAMA, ANA, FEEMA.);
3. Verificar possibilidade da diluio e/ou neutralizao de efluentes ou reduo das
propriedades ecotoxicolgicas e calcular os limites operacionais para descarte, caso
necessrio;
4. Fazer levantamento de mtodos analticos aplicveis (operacionais e legais) e
selecionar tecnologias de tratamento/avaliar eficincia, simplicidade operacional,
custos, disponibilidade de reagentes, assistncia tcnica, manuteno;
5. Executar ensaios de tratabilidade dos efluentes em laboratrio;
6. Executar testes planta-piloto; Rever custos e eficincia; Montar projeto executivo;
7. Executar construo e montagem; Partida da ETE; Monitorar a operao regular.
Apesar da possibilidade de transportar os efluentes para tratamento terceirizado fora
da unidade de produo ser uma alternativa para tratamento aceita do ponto de vista
ambiental, tal alternativa se apresenta inadequada frente aos custos operacionais impregnados
ao sistema.
Na escolha do mtodo adequado para tratar os resduos da transesterificao, ainda
devem ser considerada a possibilidade da produo contnua ou intermitente e os perodos de
14
parada para manuteno ou reincio do processo, pois alm de afetar a vazo esta varivel
tambm determinante sobre a estrutura fsica da estao de tratamento, abrangendo,
portanto, decises de longo prazo, que exigem novos investimentos considerveis para
modificaes posteriores.
Vale salientar que os itens supramencionados para efluentes tambm so aplicveis
aos resduos slidos industriais.
No processamento do biodiesel, geralmente as unidades podem operar com os leos
no refinados, bem como refinados, o que obviamente depende de uma questo de ordem
tcnica da unidade de produo.
O refino tem por objetivo separar dos leos brutos as substncias indesejveis que
possam afetar a estabilidade do leo como o caso das substncias coloidais, protenas,
fosfatdeos e produtos de sua decomposio, cidos graxos livres e seus sais, cidos graxos
oxidados, lactonas e polmeros, corantes (clorofila, xantofila e carotenides), substncias
volteis (hidrocarbonetos, alcois, aldedos, cetonas e steres de baixo peso molecular) e
substncias inorgnicas, tais como, sais de clcio e de outros metais, silicatos, fosfatos.
Segundo Santos (2007) esta etapa do refino pode ser definida como o conjunto de
processos que objetivam transformar o leo bruto em leo comestvel (se o uso for para
alimentao), melhorando sua aparncia, odor e sabor, conforme ilustra a Figura 05.
A refinao qumica recomendada para leos e gorduras com baixo teor de acidez,
consistindo das seguintes etapas principais: Neutralizao, branqueamento, desodorizao2. A
remoo de gomas e sabo residual aps a neutralizao realizada atravs de lavagem com
gua ou por utilizao de slica de adsoro na etapa de branqueamento.
2 Informaes Obtidas no site da Crown Iron (Empresa que forneceu a Tecnologia da Planta para a uma unidade
produtora de biodiesel da Bahia). www.crowniron.com
http://www.crowniron.com/
15
Figura 5 - Etapas de Refino do leo bruto.
Fonte: O Autor.
Em geral, os resduos industriais so divididos em slidos, lquidos (ou efluentes) e
gasosos. Para a indstria do biodiesel, os efluentes lquidos so gerados a partir da gua de
lavagem para a retirada de traos de substncias e catalisadores oriundos da reao de
transesterificao que ocorre em fase homognea.
Geralmente, utilizam-se filtros contendo terra diatomcea, argilominerais, zelitas,
entre outros elementos de filtrao. A etapa de clarificao com argilas ativadas uma etapa
essencial no refino de leos vegetais. A argila utilizada para remover componentes coloridos
(pigmentos, por exemplo), traos de metais, fosfolipdios, sabes e produtos de oxidao tais
como perxidos.
A produo mundial anual de leo refinado, de mais de 60 milhes de toneladas,
acompanhada pela produo de slidos de argilas ativadas usadas, contendo 30-40 % de leo
residual, estimada em 600 mil toneladas (NG et al., 1997). Esses slidos impregnados com
leo residual, depois de removidos dos filtros, so jogados em aterros, contribuindo para o
aumento da poluio ambiental. Os leos insaturados retidos na argila descartada se oxidam
16
rapidamente quando expostos ao ar, desenvolvendo forte odor e podendo sofrer combusto
espontnea, tornando sua disposio ao solo um problema a ser resolvido.
No caso do biodiesel, aproveitando-se das caractersticas hidrofbicas do ster em
contraposio s hidroflicas dos outros componentes presentes na massa a ser purificada,
procede-se a lavagem da mesma com gua levemente acidificada. Essa gua retm as
impurezas, gerando um efluente de elevada carga orgnica, que no pode ser descartado no
meio ambiente sem que antes passe pela etapa de tratamento. Apesar da possibilidade de
transportar os efluentes para tratamento terceirizado fora da unidade de produo, tal
alternativa se apresenta inadequada frente aos custos operacionais impregnados ao sistema.
Embora j existam processos de produo de biodiesel que no geram efluentes
lquidos e que apresentam significativa reduo de custos, por automao e reduo do
consumo de energia, o estudo do tratamento de efluentes ainda se faz relevante devido ao
grande nmero de plantas instaladas que operam produzindo tais resduos.
Os resduos gasosos da indstria de biodiesel so compostos por vapores de gua
utilizada no processo, que no impactam o meio ambiente e por resultado da queima de
combustvel necessrio para alimentao das caldeiras (caso as caldeiras geradoras de vapor
no seja eltrica). Em geral, para a mitigao dos efeitos deste ltimo, h necessidade de
filtros para reteno de particulados cuja tecnologia consagrada no meio industrial.
A gesto dos resduos slidos uma operao fundamental no quesito rejeitos
industrial. Isso porque ainda inexistem processos tecnolgicos desenvolvidos que excluam a
necessidade dos filtros do biodiesel, notadamente do gerador de resduo slido
Na indstria do Biodiesel, essa etapa de filtrao e/ou clarificao tornou-se uma parte
adicional do processo para as plantas que no trabalham somente com o leo refinado,
utilizando tambm o leo cru. O principal material utilizado alm do prprio leo um
adsorvente (diatomita).
A borra oleosa (terra diatomcea) o material resultante do processo de filtrao do
leo vegetal e do biodiesel. Segundo Foletto (2003) esse material impregnado com leo
residual, sendo que os leos insaturados que constituem parte dessa borra, que foram retidos
pela argila adsorvente, se oxidam rapidamente quando expostos ao ar, gerando odor e
tornando possvel a combusto espontnea.
17
Pimentel; Pacolla (2007) relatam que a maioria das indstrias brasileiras que
trabalham com esse material adsorvente no dispem de filtros com sistemas de secagem do
resduo filtrante (terra diatomcea) e nem dispe de tratamentos dos efluentes. Atualmente,
uma unidade produtora de biodiesel d Bahia no tem realizado nenhum tipo de aplicao e
tratamento nesse material. O armazenamento deste resduo industrial feito dentro da prpria
unidade, possuindo uma produo diria de 1.000 kg (para a quantidade processada
atualmente), sendo que 800 kg so do material adsorvente e os demais compostos pelos
resduos adsorvidos (PBIO, 2009).
A grande dificuldade observada na aplicao da diatomcea derivada do refino do leo
vegetal exatamente encontrar um destino mais nobre para o material, sem o aumento
exacerbado do custo de produo. A possibilidade de produzir-se um compsito desse
material surgiu exatamente pela diversidade de aplicaes do mesmo em sua forma natural.
Pessan (2006) confirma essas aplicaes mencionando a possibilidade de utilizar as
argilominerais como cargas ou agentes de reforo para melhorar a rigidez e a resistncia
mecnica de Polmeros.
O emprego desse material oleoso em cermicas vermelhas (estruturais) vem sendo
direcionado a reciclagem moderna de reaproveitamento de resduos ao invs da disposio no
solo (OLIVEIRA, 2003). A adoo dessa medida ocasiona diversas externalidades positivas,
como diminuio da quantidade de resduo armazenado e a criao de uma matria-prima
com baixo custo para a indstria da cermica.
Coelho et al. (2007) cita que os argilominerais so silicatos de Al, Fe e Mg hidratados,
com estruturas cristalinas em camadas, constitudos por folhas contnuas de tetraedros SiO4,
ordenados de forma hexagonal, com dimenses de suas partculas (cristais) geralmente
ficando abaixo de 2m. Estes materiais tm sido empregados em conjunto com outros agentes
de estabilizao a fim de agregar a parte orgnica do resduo no processo de estabilizao,
pois os agentes de estabilizao tradicionais, no caso o cimento portland, o cimento
pozalmico e a cal possuam capacidade adsorvedora limitada para cont-los.
Um curioso exemplo de emprego e da capacidade de reteno matria orgnica pelos
argilominerais citado por ODriscoll apud Coelho et al. (2007), que, quando empregada
como ligante para raes de animais (bentonita-Na) e de aves, tem a propriedade de aumentar
a capacidade de extrair uma maior quantidade de nutrientes dos alimentos contidos nas
18
raes. Tambm, no caso das aves este fenmeno verificado tanto no tamanho quanto da
resistncia da casca dos ovos.
A tecnologia e o processo de captura dos resduos txicos do biodiesel para dentro do
filtro pode ser fsico, qumico ou fsico-qumico, criando uma matriz slida altamente
impermevel, concluindo a etapa supramencionada de fixao desses resduos (OLIVEIRA,
2003 apud VISVANATHAN, 1996).
Segundo (OLIVEIRA, 2003 apud NEDER, 1998) os resultados mostraram que o
mtodo de encapsulamento (estgio de pr-tratamento pelo quais os constituintes perigosos de
um resduo so transformados e mantidos em suas formas menos solveis ou txicas ) com
complexos argilominerais mais eficaz na adsoro/reteno de contaminantes orgnicos
oleosos.
Casagrande et al. (2006) cita os vrios mtodos utilizados para tratamento de resduos
oriundos de refinarias: Incinerao (elimina o contedo orgnico leo por meio de queima
direta) onde os resduos cinzas podem ser dispostos ao solo; co-processamento em fornos da
indstria de cimento (adio direta na mistura onde a frao oleosa queimada e as cinzas so
incorporadas na composio de cimento tipo II E) e disposio em aterros industriais que
so projetados para o confinamento do resduo oleoso ou das cinzas oriundas do processo de
incinerao.
Tambm (CASAGRANDE, et al, 2006) cita a baixa publicao de pesquisas sobre o
tema resduos gerados pelas indstrias petrolferas tanto em nvel nacional quanto
internacional. A busca por novas aplicaes dos resduos gerados na indstria de combustvel
faz parte de um novo modelo de pensamento, tendo em vista o desenvolvimento sustentvel
de toda a cadeia produtiva.
2.2.3 Diatomita
A diatomita um mineral de baixa densidade, estrutura alveolar, alta abrasividade,
extremamente poroso, inerte quimicamente, possuindo propriedades isolantes e grande
capacidade de absoro (Frana e Luz, 2001). origem sedimentar formada a partir de
19
carapaas de algas diatomceas fossilizadas por deposito de slica durante o perodo pr-
cambriana (HORN FILHO, 1983).
Segundo Souza (2003), a diatomita um sedimento amorfo, constitudo
principalmente por slica opalina (58 at 91%) e impurezas como argilominerais, matria
orgnica, hidrxidos, areia quartzosa e carbonatos de clcio e magnsio.
Devido s propriedades desse material h diversas possibilidades de aplicao em
distintas reas, tais como: auxiliar de filtrao, como constituintes de materiais de construo,
carga ou enchimento, isolante trmico e acstico, cermica dieltrica focando na fabricao
de capacitor cermico, absorvente.
Devido sua alta porosidade e inrcia qumica, a diatomita tem grande aplicao no
mercado de filtrao de bebidas e frmacos. A imagem de microscopia eletrnica de
varredura (Figura 06) mostra as carapaas de diatomita, ricas em poros em comparao as
argilas bentonitas conforme mostrado na figura abaixo.
(a) (b)
Figura 06 Imagens de microscopia eletrnica de varredura: (a) carapaas de diatomita
da Bahia (FRANA e LUZ, 2001); (b) bentonita da Paraba (BALTAR E LUZ, 2003).
Souza (2003) menciona que a constituio qumica do material diatomceo natural
formada basicamente por SiO2, Al2O3 e Fe2O3, correspondendo a 85% de sua composio,
vale salientar que esse material possui baixos teores de sais solveis em gua, matria
orgnica e enxofre.
20
A grande capacidade de adsoro da diatomita, e conseqente reteno de lquidos,
esto associadas ao espaamento intersticial existente na sua estrutura. Quanto maior o
mdulo de finura e conseqente superfcie especfica maior ser a capacidade deste material
em reter lquidos.
21
2.3 PAVIMENTOS ASFALTICOS
A NBR-7207/82 da ABNT conceitua pavimento da seguinte forma: "O pavimento
uma estrutura construda aps terraplenagem, destinada econmica e simultaneamente, em
seu conjunto, a resistir e distribuir ao subleito os esforos verticais produzidos pelo trfego. A
Figura 07 ilustra bem as sees tpicas de um pavimento. Melhorar as condies de rolamento
quanto comodidade e segurana; dar resistncia aos esforos horizontais que nela atuam,
tornando mais durvel a superfcie de rolamento.
Figura 07: Sees tpicas de Pavimentos Flexveis.
Fonte o Autor.
A nomenclatura empregada numa seo tpica comum aos diversos tipos de
pavimentos, porm, algumas etapas podem, a critrio de dimensionamento, ser eliminadas.
O subleito o terreno de fundao onde o pavimento est apoiado. O leito a
superfcie (em rea) obtida no processo de terraplenagem.
A regularizao do subleito a operao destinada a regularizar ou nivelar em
processo de cortes ou aterros em no mximo, 20 cm de espessura. O reforo do subleito serve
para melhorar-lhe a capacidade portante, fornecendo-lhe resistncia ou minimizando as
deformaes e projetada por critrios tcnicos e econmicos.
22
A sub-base poder ser empregada para homogeneizao da espessura da base ou a
critrios tcnicos e econmicos, sendo a base a ltima camada antes do revestimento
propriamente dito que tem como funo a absoro dos esforos oriundos do pavimento e os
distribui para as camadas inferiores.
O revestimento a camada superior da pista de rolamento, que entra em contato direto
com o trfego. Preferencialmente dever ser impermevel (a gua reduz a resistncia do solo
com a reduo da coezo do mesmo e aumento da presso neutra), fornecer boas condies de
rolamento (por critrios de comodidade e segurana), resistir a esforos horizontais e
resistentes a desgastes superficiais. A Figura 08 mostra a distribuio dos esforos oriundos
das rodas atravs da estrutura do, correlacionando com as deformaes conseqentes.
O acostamento a rea contgua a pista de rolamento, que no faz parte dela
propriamente dita, entretanto necessria para estacionamento de veculos em caso de
emergncia.
O revestimento classificado como rgido como o caso do concreto de cimento
portland, flexvel em se tratando dos concretos asfltico a frio ou a quente e semi-flexvel
como o caso dos pavimentos em paraleleppedos.
Figura 08: Distribuio de Cargas ao longo do Pavimento.
Fonte: Santana, 1993.
23
2.3.1 Pavimentos Asflticos usando Pr-misturados a Frio
Segundo Departamento Nacional de Infraestrutura de Transportes - DNIT (DNIT,
2004), os pr-misturados a frios ou PMFs so constitudos de agregados grados, midos
ligante asfltico e, opcionalmente fler. Os agregados grados geralmente pedra britada grossa
ou pedregulho britado, com granulometria apropriada, com dureza apropriada, medidos pelo
ensaio de abraso Los Angeles, isentos de pedaos lamelares, moles ou friveis, livres de
excesso de p ou partculas chatas e alongadas. O agregado mido deve ter equivalente em
areia EA menor que 55% e o agregado grado deve ter desgaste percentual medidos na
metodologia Los Angeles abaixo de 40%. O fler dever ser constitudo por materiais
minerais (cimento Portland, cal extinta e p calcrio), isentos de argila e impurezas, no ter
mais de 15% de material retido na peneira no4 e de 20 a 30% que passe na peneira n
o 100,
sendo empregados em misturas densas. Conforme a faixa granulomtrica e o percentual de
vazios da mistura asfltica aps compactao, os pr-misturados a frio so classificados em
trs tipos: Aberto, semi-denso e denso.
O pr-misturado a frio aberto possui ndice de vazios superiores 20% (poroso), de
granulometria aberta (curva granulomtrica dos agregados descontnua), tipo drenante,
empregado em camada intermediria, agregando fator estrutural ao pavimento e com efeito
amortecedor da reflexo das trincas de pavimentos antigos (com estrutura preservada) em
servios de recapeamento.
O pr-misturado a frio semi-denso, ilustrada na Figura 09, possui ndice de vazios
entre 15% a 20% e empregado em camada intermediria, para reforo estrutural do
pavimento (em servios de recapeamento) ou constituir camada final de rolamento em vias de
trfego leve e mdio, sendo recomendada a sua proteo com impermeabilizao de sua
superfcie com operao capa selante.
O pr-misturado a frio denso, Figura 10, possui caracterstica especfica de
Granulometria contnua (densa), composta por agregados: grado e mido, alm de material
de enchimento (fler).
Os pr-misturados frio antes da sua ruptura (momento quando h a ligao do ligante
betuminoso com os agregados) apresenta-se sem coeso inicial o que facilita o seu manuseio
(confeco) e aplicao nos revestimentos betuminosos, sem risco sade do trabalhador.
24
Figura 09: Esquema de mistura asfltica compactada tpicos de PMF denso.
Fonte: Marques, (2001).
Figura 10: Esquema de mistura asfltica compactada, tpico de PMF semi-denso.
Fonte: Marques, (2001).
Silveira et al, 2007, cita vrios problemas ambientais causados no processo de preparo
e fabricao dos pavimentos, pois, as temperaturas elevadas no processo de fabricao do
CBUQ o ligante asfltico se degrada emitindo substncias como: CO2, SOX e NOX ao meio
25
ambiente expondo os trabalhadores envolvidos no processo de fabricao do pavimento e
contribuindo com o aumento do efeito estufa e o agravamento do aquecimento global. J os
pr-misturados, por trabalharem a temperatura ambiente, a conservao do balano energtico
no processo de fabricao do concreto asfltico atrelado a no emisso de gases por elevao
da temperatura.
Como material ligante utiliza-se as emulses asflticas inicas, catinicas ou no
inicas, em funo da carga eltrica superficial dos agregados. No Brasil prevalece o consumo
das emulses asflticas catinica, em detrimentos das aninicas e das no-inicas devido a
sua boa adesividade adequadas a carga superficial da maioria dos agregados Brasileiros
(potencial hidrogninico da superfcie dos agregados midos e grados). Estas emulses
podem ser de ruptura mdia e lenta, usando-se a emulso tipo RM-1C - para misturas abertas
e semi-densas, tipo RM-2C - para misturas abertas, sem presena de finos e do tipo RL-1C -
para misturas densas com alto teor de finos.
Quanto composio da mistura, esta dever apresentar distribuio granulomtrica
situada em uma das faixas preconizadas para os tipos de misturas (DNER). Classifica-se em
abertos (vazios de 22 a 34%), semi-densos (vazios de 15 a 22%) e densos (vazios de 9 a
15%). O PMF pode ser utilizado como camada de regularizao, como base ou como
revestimento, alm de servios de conservao com os tradicionais tapa buracos. As
camadas de revestimento podem ter espessuras compactadas, variando de 3 a 10 cm,
dependendo do tipo de servio e granulometria final da mistura. Vale salientar que a execuo
em camadas espessas dificulta a cura do ligante e a sada da gua (no caso do RL) e da gua
com querosene (em se tratando de RM-1C ou RM-2C), o que se recomenda aplicar em
camadas para evitar a formao de deformaes longitudinais ou deformaes localizadas.
As vantagens do concreto usinado a quente sobre os pr-misturados a frio , sem
sombra de dvida a resistncia e a durabilidade, constituindo um revestimento mais nobre a
adequando a rodovia com grande trfego. Entretanto, pr-misturados a frio possuem grandes
qualidades e adequam-se as vrias rodovias, principalmente, devido ao seu custo reduzido,
facilidade de execuo, evitando aos gastos de combustvel para aquecimento, eliminam os
riscos de incndios e exploses.
Alm disso, h outras vantagens, tais como, a facilidade do manuseio e a distribuio
de ligante, evitando o superaquecimento do ligante, ademais no poluem o meio ambiente e
26
reduzem o tempo de construo das obras rodovirias (em condies climticas adversas);
permitem o emprego de equipamentos para estocagem e de produo de menor custo;
permitem o uso de agregados lavados e em estado de umidade.
2.3.2 Pavimentos Rodovirios Asflticos a Quente
O revestimento, camada superficial do pavimento que entra em contato com as rodas,
composto por agregados grados (britas), agregados midos (areia e fler) e cimento
(cimento portland ou cimento asfltico de petrleo).
Conforme determinao do Asphalt Institute (1989) os agregados so os grandes
responsveis pela capacidade de suporte do pavimento e constitu sua maior parcela tanto em
volume (70 a 85%) quanto em peso (90 a 95%). No obstante, agregados minerais pode ser
matria-prima para execuo de sub-base ou auxiliar a estabilizao das bases, conforme
critrios tcnicos e econmicos para cada trecho da rodovia em estudo.
O concreto betuminoso usinado a quente ou CBUQ o produto resultante da mistura a
quente, em usina apropriada, de um ou mais agregados minerais e cimento asfltico que deve
ser espalhado e comprimido a quente. Por motivos de ordem econmica, costuma-se dividir o
revestimento asfltico a quente em duas camadas: uma de ligao ou binder e outra de
desgaste ou capa.
A dosagem do CBUQ dever satisfazer as seguintes propriedades:
1) Durabilidade medida da resistncia deteriorao ou desintegrao pela ao do
tempo ou do trfego. Para isto dever ser medida a dureza dos agregados grados
atravs do ensaio Los Angeles, alm de uma quantidade mnima de ligante,
fornecidos pelo ensaio de resistncia a trao por compresso diametral na
metodologia Marshall.
2) Resistncia ao deslizamento: para se obter uma boa resistncia ao deslizamento, o
teor de ligante no poder ser excessivo para no incorrer em exsudao
(possibilidade de afloramentos de ligantes em dias quentes). Estes limites tambm
podem ser verificados metodologia Marshall.
27
3) Flexibilidade: A flexibilidade est intimamente ligada fadiga e a ductibilidade
do pavimento. Quanto maior a deformao da base, maior a deformao do
pavimento. A freqncia das cargas de rolamento sobre o pavimento poder
incorrer em fissuras por ruptura frgil e este parmetro de dimensionamento do
pavimento verificado atravs do ensaio de fadiga sob a ao de flexes repetidas
4) Estabilidade: definida como a propriedade do CBUQ em resistir a todos os
deslocamentos permanentes sob a ao das cargas impostas pelo trfego e
definida na metodologia Marshall.
Para dosagem de CBUQ devero ser observados ndices bsicos, tais como, o teor de
vazios, a porcentagem de agregado grosso e fino conforme graduao granulomtrica e a
proporo na mistura ptrea, satisfazendo assim as especificaes com relao ao teor de
vazios do agregado mineral, o teor de vazios da mistura compactada (vazios de ar); a
determinao do teor timo de betume, com a comparao da mistura escolhida com as
exigncias das especificaes com relao aos vazios de ar (VAR), vazios do agregado
mineral (VAM) e estabilidade.
2.4 COMPOSIO DOS PAVIMENTOS ASFALTICOS
2.4.1 Ligantes
Os materiais cimentantes de uma mistura asfltica, tambm chamados de ligantes ou
cimentos asflticos so slidos em temperatura ambiente. Por definio, os cimentos
asflticos de petrleo - CAP so aglutinantes, de cor escura, constitudos por misturas
complexas de hidrocarbonetos de elevada massa molecular, tambm pode ser definido pelo
Departamento Nacional de Combustveis- DNC, como um lquido extremamente viscoso,
semi-slido ou slido a temperatura ambiente, que apresenta comportamento termoplstico. O
CAP pode ser produzido por destilao, que pode ocorrer em um nico estgio ou em dois,
dependendo dos maltenos, em maior quantidade, e os asfaltenos (JADA; SALOU, 2002).
semi-slido a temperatura ambiente e so encontrados na natureza, em depsitos
localizados (asfaltos naturais) ou, como mais comum, por destilao em unidades industriais
(refinarias de petrleo). Os asfaltenos formam a frao mais pesada do CAP, embora em
28
menor proporo, com caractersticas macromoleculares (possuem alta massa molar), exibem
inmeros ncleos poliaromticos condensados, envolvidos por cadeias cclicas e sustentando
substituintes alqulicos e aromticos com heterotomos, conforme se v na Figura 11. So
solveis em benzeno ou tolueno (GOODRICH, 1986 e GONZLES; MIDDEA, 1987).
Correspondendo ao maior percentual na composio dos cimentos asflticos de
petrleo os maltenos, tem a sua constituio variando entre 80 95% de carbono e
hidrognio. Outros metais se apresentam na sua estrutura a exemplo: enxofre e oxignio.
semilquidos temperatura ambiente (GONZLES; MIDDEA, 1987).
Figura 11: Estrutura de uma molcula de asfalto.
Fonte: Leite (2003).
Durante processo de fabricao dos concretos asflticos estes devem ser misturados
aos agregados (grado e mido) e dispostos nas camadas superiores do pavimento cuidando
para que fiquem homogeneizados e para que isso ocorra necessria a sua liquefao
(passagem do estado slido para o estado lquido) e isso se procede de maneira fsica, por
meio da elevao da temperatura (ligante do Concreto Betuminoso Usinado a Quente -
CBUQ) ou emulsionado-os em meio aquoso para formarem as emulses asflticas, matria
prima necessria para fabricao dos Pr-misturados a Frio (PMF).
Segundo Prista (1992), emulso a mistura entre dois lquidos imiscveis em que um
deles (a fase dispersa) encontra-se na forma de finos glbulos no seio do outro lquido (a fase
http://pt.wikipedia.org/wiki/L%C3%ADquidohttp://pt.wikipedia.org/wiki/Miscibilidade
29
contnua), formando uma mistura estvel. Do ponto de vista fsico-qumico as emulses so
disperses mais ou menos estveis de um lquido num outro, constando de duas fases no
miscveis: a fase aquosa e a fase orgnica.
No caso particular das emulses asflticas, o cimento asfltico aquecido ao ponto de
tornar-se lquido (150oC a 177
oC) e pulverizado em moinho coloidal, juntamente com uma
soluo aquosa de um tensoativo, formando uma fase coloidal que a emulso propriamente
dita, ou seja, pela fora centrfuga do moinho coloidal, o asfalto disperso em micro-
partculas (glbulos) da ordem de 1 a 10 micras, sendo envolvidas por uma pelcula do agente
emulsificante, o qual impede, apesar da fora de atrao das molculas de asfalto, que as
partculas se unam, tornando a emulso estvel.
Quanto carga eltrica das partculas as emulses se classificam em catinicas (carga
eltrica positiva), aninica (carga eltrica negativa), bi-inicas e no-inicas. No Brasil,
devido s caractersticas da maioria das rochas empregadas como agregados (grande
diversidade devido a sua extenso continental), usam-se as emulses catinicas com maior
freqncia.
A ruptura de uma emulso asfltica o fenmeno fsico-qumico que ocorre quando as
partculas de asfalto dispersam no meio aquoso quando em contato com os agregados, sofrem
atrao eltrica entre as partculas dos agregados e do ligante, quanto ao tempo de ruptura, as
emulses se classificam em: Ruptura rpida RR, ruptura mdia RM, Ruptura lenta RL. Aps
esta etapa, h em uma etapa chamada de cura, ocorrendo evaporao da fase aquosa
(fenmeno fsico).
A colorao das emulses asflticas antes da ruptura marrom (claro ou castanho)
uma vez que se percebe a cor da superfcie dos agregados. Aps o processo de ruptura, as
partculas de cimento, antes dispersas no meio aquoso, aderem-se na superfcie dos agregados
conferindo a massa asfltica colorao preta facilitando o controle visual na constatao do
processo de ruptura.
A velocidade de ruptura a velocidade que se efetua a separao das fases de uma
emulso em presena de um agregado, a qual dependente de vrios fatores, tais como, a
composio do emulsificante; o teor de emulsificante na emulso; a natureza mineralgica do
agregado (mais ou menos reativo); a superfcie especfica do agregado (rea para
30
recobrimento), para que o asfalto residual adquira suas caractersticas plenas de coeso e
resistncia.
As emulses asflticas so enquadradas pela ONU (3082), como substncia de risco
(9), e subclasse N.E. (substncias lquidas que apresentam risco ao meio ambiente), conforme
ficha de informao de segurana de produto qumico expedido pela Petrobrs.
2.4.2 Agregados
No Brasil, a terminologia dos agregados normatizada pela NBR 9935 sendo
definida como material sem forma ou volume definido, geralmente inerte, de dimenses e
propriedades adequadas para produo de argamassa e concreto Geralmente so encontrados
na natureza em jazidas (depsitos) como os pedregulhos, areias de barranco ou extradas de
leitos de rios ou podem ser artificiais como as pedras britadas (britas), escrias, p de pedra
ou outros materiais mineras. A origem das rochas determina suas caractersticas fsicas e,
conseqentemente, dos agregados que so produzidos por esta matriz ptrea. So exemplos de
caractersticas a resistncia, abraso e dureza. Tambm, o processo de produo nas pedreiras
pode afetar a qualidade dos agregados quer pela eliminao de camadas mais fracas da rocha
quer pelo efeito da britagem ou seleo na forma de partcula e graduao dos agregados.
Para assegurar um parmetro de qualidade, as exigncias para amostragens de
agregados no campo so descritas pela NBRNM 26 (antiga NBR 7216) e a PRO 120/97 do
DNER. J a NBRNM 27 (antiga NBR 9941) que fixa condies exigveis na reduo de
amostra de agregado formado no campo, para ensaios de laboratrio. A PRO 257/99 do
DNER descreve o estudo e amostragem de rochas em pedreiras para fins rodovirios.
Portanto o conhecimento das propriedades fsico-qumica dos agregados vital para
determinao da aplicabilidade em misturas asflticas. As propriedades fsicas, tais como, a
densidade, porosidade, resistncia e as propriedades qumicas dizem respeito interao com
a gua, o aglutinante asflticos e outros agregados constituintes.
Os agregados so constitudos, basicamente por xidos e suas composies qumicas,
baseadas em anlises qumicas, podem no fornecer dados precisos quanto composio
31
mineral, uma vez que dificilmente um mineral puro encontrado na natureza. Ainda sim,
alguns agregados possuem caractersticas nocivas ao concreto asfltico, como por exemplo, a
solubilidade em gua (como o gesso); possibilidade de oxidao, hidratao e carbonatao;
possibilidade de reao com o fler (Cimento Portland, cal e outros), apesar de (ROBERTS et
al, 1996) questionar a reao entre o asfalto e cimento do tipo Portland.
Tambm segundo o mesmo Autor, as propriedades qumicas de agregados tm
pequeno efeito no desempenho das propriedades fsicas, entretanto elas podem interferir de
maneira decisiva na adeso do ligante asfltico ao agregado e a compatibilidade com aditivos
antidescolamento que podem ser incorporados ao ligante asfltico, o que inviabilizaria o uso
do agregado.
Quanto ao mecanismo de adesividade, vrias so as teorias para explic-lo como so
vrias so os fatores que podem ocorrer simultaneamente. As interaes qumico-fsicas, mais
precisamente as relaes de natureza eltrica da superfcie dos agregados e do aglutinante
(cimento asfltico) so as decisivas no mecanismo de adesividade. Os agregados podem atrair
as partculas de cimento asfltico ao ponto de cobrir a sua superfcie e produzindo a
adesividade requerida dotando-o com a caracterstica hidrofbica e, em presena de gua, no
h descolamento da interao agregado/cimento (ROBERTS et al 1996).
Os agregados cidos como os silicosos (areia, cascalho, rochas gneas e
metamrficas) possuem cargas negativas em sua superfcie e tendem a ser atrair-se com o
cimento asfltico e no descolando em presena de gua (hidroflicos). Os agregados bsicos
como os calcrios possuem em sua superfcie carga positiva, cuja atrao ou adesividade do
cimento asfltica fraca em presena de gua se desprende (hidrofbica).
Muitos agregados possuem os mesmos tipos de carga, uma vez que estes no so
compostos por elementos ou molculas puras e sim, um combinado de elementos como pode
ser verificado nos calcrios silicosos e nos basaltos. A estes agregados a exemplo todos os
outros, a sua adesividade est em da mdia das cargas de sua superfcie ou da carga do
composto qumico de sua predominncia.
Segundo Roberts et al (1996) a dolomita exemplo de caso extremo de agregado
eletropositivo e o quartzo exemplo de agregado eletronegativo.
32
Com relao dureza e resistncia, o quartzo e o feldspato so minerais duros e
resistentes ao desgaste superficial, sendo encontrados em grande quantidade em rochas gneas
(intrusivas e extrusivas), como granito e granito-gnaisse. J no extremo oposto da escala de
dureza encontra-se a calcita e dolomita, encontrado em calcrios, so os minerais mais
macios. Um concreto executado com agregados com elevadas quantidades destes minerais
sero facilmente desgastados e o concreto tender a romper-se com maior facilidade.
O DNER possui uma instruo de ensaio especfico para indicar a presena de
minerais que, por sua vez, s rochas uma tendncia maior ou menor ao polimento quando
usada como agregados para fins rodovirios, a DNER IE 006/94 Anlise petrogrfica de
Materiais Rochosos Usados em Rodovias. Para a ABNT este ensaio est normatizado na
NBR 7389 trata da Apreciao Petrogrfica de Materiais Naturais para Utilizao como
Agregado em Concreto, suja funo , apenas, para concretos de cimento portland.
Outro fator que interfere na adesividade do cimento asfltico com o agregado so as
substncias deletrias em sua superfcie, como a argila, xisto argiloso, silte, xidos de ferro,
gesso, sais dissolvidos e outras partculas frgeis que impedem a adesividade do cimento com
a superfcie dos agregados, porque cimento ligar-se- nas substncias deletrias e no na
superfcie dos agregados.
Quando a ligao do cimento asfltico com alguns agregados no for satisfatria,
comum a adio de substncias, denominadas de dopes como cal, p calcrio ou os agentes
melhoradores de adesividade. Esta baixa adesividade entre o agregado e o ligante se d
quando a diferena de potencial eltrico entre suas superfcies so fracas ou nulas, fazendo-se
necessrio a adio de uma pequena quantidade de substncia com carga eletropositiva ao
ligante para que, aumentando seu pH (tornando-o mais eletropositivo) haja diferena de
potencial entre o agregado e o ligante e, ento, possa promover a interao satisfatria. Nas
Figuras 12 e 13 mostra-se um exemplo claro de falta de adesividade no concreto asfltico.
33
a) b)
Figura 12: Efeitos nocivos da falta de adesividade na mistura em PMF: Foto (b) com o
agregado grado sem recobrimento da emulso asfltica, e Foto (a) com recobrimento.
Fonte: O Autor.
Figura 13: Esquema do efeito nocivo da falta de
adesividade na mistura em concreto asfltico.
Fonte: LIBERATORI, 2005.
As propriedades fsicas ideais no agregado para misturas asflticas so: dureza,
tenacidade, durabilidade, bem graduado (granulometria definida e homognea), ser
constitudo de partculas cbicas com baixa porosidade e com superfcies limpas, rugosas e
hidrofbicas. Para os concretos usados em misturas asflticas necessria a avaliao das
34
seguintes caractersticas devidamente normatizadas pelo DNER e ABNT, tais como, a
tenacidade, resistncia abraso, dureza, durabilidade; Sanidade; Forma da Partcula
(lamelaridade e angulosidade); Textura Superficial; Limpeza / Materiais Deletrios; Afinidade
ao asfalto; Porosidade e Absoro; Caractersticas expansivas; Polimento e Caractersticas
Friccionais; Tamanho e graduao; Densidade Especfica / Massa Especfica.
A Tenacidade, resistncia abrasiva e dureza so propriedades que confere ao
concreto asfltico a durabilidade necessria s aes mecnicas pela qual o pavimento
submetido quando em uso (fragmentao devido a solicitaes dos esforos mecnicos,
abraso e desgastes quando em contato com as rodas; duros e tenazes para resistirem no
momento da confeco na etapa de britagem, misturas, transportes e compactao). Os
procedimentos dos ensaios so descritos nas seguintes normas:
2.4.3 Caractersticas principais dos concretos asflticos (Frio e Quente)
As caractersticas principais dos concretos asflticos tanto a frio (PMF) quanto a
quente (CBUQ) so:
a) Teor de vazios da mistura compactada definido pelo espao vazio existente
entre as partculas que esto em contato umas com as outras. Esse teor de vazios da mistura
expresso em % do volume total da mistura compactada e deve variar entre 3 e 5% para
camadas de desgaste (revestimento) e de 3 a 8% para as camadas de ligao, aps a
compactao. O valor mnimo assegura a condio de no haver afluncia do betume, devido
expanso resultante do aumento de temperatura. Por outro lado, a necessidade de fixar o
valor mximo resulta do fato de que um valor grande de teor de vazios pode resultar num
rpido endurecimento e oxidao do betume, e conseqente deteriorao, quando a mistura
estiver exposta s condies ambientes de tempo e uso, causando uma desintegrao do
betume.
b) Grau de compactao de uma mistura de concreto betuminoso apresenta boa
resistncia quando compactada convenientemente, isto , para que o revestimento seja estvel
necessrio que seja bem compactado. O aumento da energia de compactao traz como
conseqncia a aproximao das partculas, reduzindo o volume de vazios de ar e aumentando
35
o peso especfico, atravs da diminuio de volume da mistura. Uma compactao leve faz
com que a mistura fique com um teor elevado de vazios de ar e pequeno peso especfico,
refletindo na durabilidade e estabilidade da mistura. No campo, a compactao obtida
utilizando-se equipamento prprio, como rolos lisos e rolos de pneus, at que se atinja o grau
de compactao exigido pelas especificaes. O grau de compactao obtido por
comparao da densidade de campo com a de laboratrio.
c) Tipo e qualidade dos materiais os agregados devem apresentar algumas
caractersticas importantes:
Limpeza: as partculas de agregado grado e fino devem estar limpas, sem
argila ou outro material deletrio, evitando-se tambm, o emprego do material fino ou p
mineral que contenha argila. Deve-se realizar o ensaio de Equivalente em Areia - EA e o valor
recomendado que seja maior que 50%.
Resistncia, dureza e solidez: os agregados utilizados devem ser duros e
resistentes, de modo que possam suportar a ruptura ou degradao pela ao do equipamento
de compactao e, posteriormente, pela ao do trfego e do clima. O ensaio Los Angelis -
LA para a camada de desgaste deve ser < 40% e para a camada de binder < 50%. A perda
mxima obtida pelo ensaio de durabilidade pela ao do sulfato de sdio, logo aps 5 ciclos,
deve ser de 12%.
Forma das partculas e textura superficial: de preferncia, partculas que se
aproximam mais da forma cbica e cujas texturas superficiais sejam rugosas.
Porosidade interna das partculas do agregado: o agregado possui porosidade
capilar interna que absorve parte do betume, isto pode proporcionar um pavimento que se
comporte como se tivesse insuficincia de material betuminoso. Para determinar a porosidade
utiliza-se o mtodo de Rice de saturao ao vcuo.
Propriedades hidrfobas e hidrfilas: os agregados hidrfobos, ao contrrio dos
agregados hidrfilos, so aqueles que tm baixa afinidade para a gua e boa para o betume, o
que significa que possuem boa adesividade. Sempre que utilizar agregados hidrfilos devem
ser empregados um dope de adesividade.
Granulometria e tamanho mximo da partcula: a granulometria controla ou
influi no teor de vazios do agregado mineral, no teor de vazios da mistura compactada, na sua
36
trabalhabilidade, na tendncia de segregao, dificulta a compactao ou facilita a mesma e
influi na estabilidade, devendo ser determinada por anlise a mido. A mistura dos agregados
grado e finos deve ser tal que apresente uma curva prxima da curva terica de Talbot, com
concavidade para cima. Quanto ao tamanho mximo nominal da partcula, no caso de camada
de desgaste deve ser menor que 1/2", para as camadas de base ou nivelamento, deve-se
empregar tamanho nominal maior, sendo importante a % que passa na peneira 200. O Quadro
01 expressa a escala granulomtrica empregada por algumas normas (nacional e
internacionais).
Quadro 1 - Escalas granulomtricas adotadas pela A.S.T.M., A.A.S.H.T.O, M.I.T. e ABNT.
Fonte: (UFSM, 2010).
Densidade: recomendado que se faa a granulometria por peso e as propores por
peso, para mistura dos agregados, devendo-se ajustar em correspondncia as % equivalentes
requeridas por volume sempre que os agregados que componham a mistura difiram, em
densidade, mais de 0,2%.
2.4.4 Presena de Finos (Fler) em misturas asflticas
Fler ou material de enchimento um agregado mineral que passa pelo menos 65%
na peneira de 0,075 mm de abertura (DNER EM 367/97), conforme mostrado no Quadro 02
37
Quadro 02 - Especificaes de granulometria para Fler da ASTM e DNER
Especificao DNER Especificao ASTM D 242-85
Peneira % mnima
passando
Tamanho de partcula % mnima passando
N 40 100 600 m 100
N 80 95 300 m 95 a 100
N 200 65 75 m 75 a 100 Fonte: (CAVALCANTE, 2001)
Segundo Al-Quadi et al. (2009), quando um ligante combinado com um filer
mineral, um mstique formado. O mstique asfltico , portanto, o material formado pela
mistura dos finos minerais com o ligante asfltico. Esse mstique pode ser encarado como um
componente da mistura asfltica que liga os agregados, e como o componente da mistura que
sofre deformao quando o pavimento submetido ao carregamento do trfego. Portanto, as
caractersticas do filer podem influenciar significativamente as propriedades do mstique e,
consequentemente, causar alteraes importantes no desempenho da mistura asfltica. O filer
influencia o desempenho mecnico do mstique, fsica e quimicamente, e, por conseguinte,
das misturas asflticas.
Santana (1995) destaca que o fler pode melhorar o comportamento reolgico,
mecnico, trmico e de sensibilidade gua. Tambm afirma que estes podem ser inertes,
quando oriundos da britagem do