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Transcrição

Dissertação de Mestrado
RESTAURAÇÃO RODOVIÁRIA USANDO
ASFALTO MODIFICADO POR POLÍMERO
AUTOR: MÁRCIO GUSMÃO
ORIENTADOR: Prof. Dr. Gilberto Fernandes (UFOP)
MESTRADO PROFISSIONAL EM ENGENHARIA GEOTÉCNICA DA UFOP
OURO PRETO - MAIO DE 2009
RESTAURAÇÃO RODOVIÁRIA USANDO
ASFALTO MODIFICADO POR POLÍMERO
Dissertação apresentada ao Mestrado Profissional
em Engenharia Geotécnica do Núcleo de
Geotecnia da Escola de Minas da Universidade
Federal de Ouro Preto, como parte integrante dos
requisitos para obtenção do título de Mestre em
Geotecnia, área de concentração em Geotecnia
de Pavimento.
Esta dissertação foi apresentada em sessão pública e aprovada em
18 de maio de 2009, pela Banca Examinadora composta pelos
membros:
Prof. Dr. Gilberto Fernandes (Orientador / UFOP)
Prof. Dr. Adílson do Lago Leite (UFOP)
Prof. Dr. Geraldo Luciano de Oliveira Marques (UFJF)
ii
G982r
Gusmão, Márcio.
Restauração rodoviária usando asfalto modificado por polímero[manuscrito] /
Márcio Gusmão - 2009.
xxi, 147f. : il., color. graf.; tabs.; mapas.
Orientador: Prof. Dr. Gilberto Fernandes.
Dissertação (Mestrado) - Universidade Federal de Ouro Preto. Escola de
Minas. Departamento de Engenharia Civil. Programa de Pós Graduação em
Engenharia Civil.
Área de concentração: Geotecnia.
1. Asfalto - Teses. 2. Polímeros - Teses. 3. Terpolímeros - Teses. 4.
Elastomérico Teses. I. Universidade Federal de Ouro Preto. II. Título
Catalogação: [email protected]
iii
“A descoberta consiste em ver o que todos
viram e em pensar no que ninguém pensou.”
A. Szent-Gyorgyi (1893 – 1986).
iv
DEDICATÓRIA
À minha família que me apoiou e incentivou nesta caminhada.
A Deus, origem de tudo.
v
AGRADECIMENTOS
Ao amigo, professor e orientador Dr. Gilberto Fernandes, pela compreensão,
ensinamentos e ajuda na elaboração deste trabalho, sem a qual não teria chegado a um
porto seguro.
Ao Prof. Geraldo Luciano de Oliveira Marques pela boa vontade e ajuda na elaboração
desta dissertação.
Ao Dr. José Carlos Maia Ribeiro, pela compreensão das ausências, ensinamentos e
amizade nesta longa jornada juntos.
Ao meu amigo, eng.º Wantuil Eustáquio Pinto Rosa, pela ajuda e boa vontade nos
trabalhos de campo, pelas cobranças e incentivos nos momentos de desânimo, pelo
exemplo de perseverança.
Ao amigo Rowan de Mello Pereira, pela ajuda recebida.
Ao técnico Patrick Rodrigues, pela disposição, dedicação e competência nos
levantamentos de campo.
Ao laboratorista Pedro Soares e sua equipe, pela competência e dedicação na execução
dos ensaios de laboratório e de campo.
Ao amigo e companheiro Solony Queiroga Pinho, pelo incentivo e cobrança na
conclusão deste trabalho, o qual não viu terminado...
Ao amigo e colega Bernardino Praça, pelo inestimável auxílio prestado na digitação e
diagramação deste trabalho.
Aos alunos-estagiários do laboratório de pavimentação da Faculdade de Engenharia da
UFJF, pela execução dos ensaios.
vi
Aos funcionários do NUGEO Cristina e Rafael, pela amizade e colaboração.
vii
RESUMO
O presente trabalho apresenta um estudo sobre a utilização de asfalto modificado por
polímero em serviços de restauração rodoviária. O polímero modificador de asfalto
utilizado foi o Terpolímero Elastomérico Reativo (RET), por apresentar facilidade de
manuseio na incorporação ao ligante betuminoso. A metodologia utilizada constou de
seleção de um trecho experimental na rodovia BR-116/MG, que foi subdividido em
cinco segmentos com extensão aproximada de trezentos metros cada um, onde foram
aplicadas camadas de reforços em concreto betuminoso usinado a quente utilizando
asfalto modificado por polímero. Com intuito de se verificar a efetividade do teor de
polímero nos parâmetros avaliados, foram utilizados na confecção do concreto asfáltico,
cimento asfáltico de petróleo - CAP 50/70, modificados com teores de polímeros de
0,5%, 1,0%, 1,5% e 2,0% em peso sobre o cimento asfáltico de petróleo, além de um
segmento utilizando o cimento asfáltico de petróleo não modificado, para servir de
parâmetro de comparação com os recapeados com polímero. Previamente à aplicação da
massa
asfáltica, foram efetuadas medidas das deflexões utilizando o equipamento
Falling Wheight Deflectometer que foram usadas para o dimensionamento do reforço, e
confeccionado o projeto do concreto betuminoso usinado a quente definindo as
quantidades de cada agregado, o teor de betume e as características Marshall da mistura.
A modificação do asfalto com a adição do polímero era realizada em tanques especiais
no próprio canteiro de obras. Os controles tecnológicos da massa e do ligante
obedeceram às prescrições constantes nas Normas e Especificações do Departamento
Nacional de Infra-Estrutura de Transportes. Após a aplicação da camada de reforço,
foram executadas medições de deflexões utilizando a viga Benkelman e retiradas
amostras do revestimento asfáltico utilizando a sonda rotativa. Estas amostras foram
submetidas aos ensaios de resistência à tração por compressão diametral, fadiga e
módulo de resiliência, além obter-se a sua massa especifica. Os dados obtidos foram
compilados e analisados, chegando-se à conclusão da sua superioridade em relação ao
cimento asfáltico de petróleo puro, principalmente no aumento da vida de fadiga e na
redução da deflexão do pavimento.
viii
ABSTRACT
The present document presents a study on use of polymer modified asphalts in highway
recovery. Ease of handling to incorporate directly to the asphalt binder justified the
application of the RET polymer (Reactive Elastomeric Terpolymer) in the present case.
The field test started with the selection of an experimental section on BR-116/MG
highway, subdivided into 5 minor segments, with about 300 m each, that were
submitted to reinforcement layers’ applications of hot mix asphalt (HMA) using
modified CAP 50/70 binder, with 0,5%, 1,0%, 1,5% and 2,0% of RET polymer. To
enhance the comparison, it has been analyzed the effects of a layer with a non-modified
binder (with 0% of RET) on another 300m segment. Before the application, the HMA
reinforcement layers’ thickness and composition were defined and dimensioned,
including Marshall characteristics of the mixture, each aggregate and binder. This task
was accomplished using the measured deflections to the whole 1.500m section, obtained
through a FWD (Falling Weight Deflectometer) measurement campaign. The RET
polymer addition was done directly into selected tanks on asphalt plant site, according
to rules and specifications used by Transportation Infrastructure National Department
(DNIT). There has been made another deflection measurement, using Benkelman beam,
and also extracted samples after the reinforcement layer application. These samples
were tested to traction through diametric compression, with also fatigue and resilient
module analysis and density determination.. The analysis of the obtained data suggest
that the use of RET polymer modified asphalt run ahead to non-modified one.
ix
Lista de Figuras
Figura 2.1- Esquema simplificado de produção de asfalto
Figura 2.2- Esquema simplificado da produção de asfalto - Dois estágios de destilação
Figura 2.3- Destilação em três estágios
Figura 2.4- Rotas de produção de CAP
Figura 2.5- Esquema de fracionamento por solvente
Figura 2.6- Esquema de fracionamento por precipitação química
Figura 2.7- Esquema de fracionamento pelo método da Sílica Gel
Figura 2.8- Esquema de fracionamento pelo método de Corbert
Figura 2.9- Cromatograma
Figura 2.10- Quadro comparativo dos procedimentos de fracionamento
Figura 2.11- Módulo de rigidez (S) x tempo de carga(t), temperatura (T)
Figura 2.12- Esquema de aplicação da tensão na amostra de asfalto
Figura 2.13- Defasagem entre tensão e deformação
Figura 2.14 – Exemplos de resultados do ângulo de fase de dois asfaltos diferentes
Figura 2.15 - Representação esquemática do carregamento e deslocamento medidos
Figura 2.16 - Desenho esquemático dos equipamentos
Figura 2.17 – Viscosímetro rotacional
Figura 3.1- Gráfico log. penetração x temperatura
Figura 3.2- Vista do Falling Weight Deflectometer Dynatest 8000E
Figura 3.3- Vista do esquema do levantamento com FWD
Figura 3.4- Bacia de deflexão medida com FWD
Figura 3.5- Bacia de deflexão medida com FWD
Figura 3.6- Exemplo de determinação de segmento homogêneo
Figura 4.1- Tanque misturador de polímero e CAP
Figura 4.2- Penetração x Teor de Polímero
Figura 4.3- Ponto de Amolecimento x Teor de Polímero
Figura 4.4- Recuperação Elástica x Teor de Polímero
Figura 4.5- Viscosidade Brookfield x Temperatura
x
Figura 4.6- log. Penetração x Temperatura
Figura 4.7- Curvas granulométricas: Mistura, Faixa de Trabalho e Faixa C-DNIT
Figura 4.8- Densidade Aparente x Teor de betume
Figura 4.9- Vazios x Teor de betume
Figura 4.10- Relação Betume Vazios x Teor de Betume
Figura 4.11- Estabilidade x Teor de Betume
Figura 4.12- Fluência x Teor de Betume
Figura 4.13- Localização do Trecho Experimental
Figura 4.14- Pavimento original antes do reforço
Figura 4.15- Medição das deflexões com Viga Benkelman
Figura 4.16- Redução da Deflexão x Teor de polímero
Figura 4.17- Diferença de Tensões x Número de aplicações
Figura 4.18- Aplicação da massa e execução da emenda longitudinal
Figura 4.19- Compactação inicial com rolo de pneus
Figura 4.20- Compactação da massa com dois rolos de pneus
Figura 4.21- Compactação da emenda longitudinal com rolo liso
Figura 4.22- Vista geral do trecho experimental após reforço
Figura 4.23- Vista do trecho experimental pronto
Figura 4.24- Usina gravimétrica Cyber-UA-2 com capacidade de 60 a 80 t/h.
Figura 4.25- Tanque de adição e equipamento misturador do polímero
Figura 4.26- Embalagem do polímero RET Elvaloy® utilizado.
Figura 4.27- Embalagem do ácido polifosfórico, utilizado como catalizador
Figura 4.28- Local de extração de alguns corpos-de-prova utilizados
xi
Lista de Tabelas
Tabela 1.1- Quantidade Transportada por Modalidade
Tabela 1.2- Matriz do Transporte de Cargas
Tabela 1.3- Malha Rodoviária por Jurisdição
Tabela 1.4- Estado Geral das Rodovias
Tabela 1.5- Estado do Pavimento
Tabela 1.6- Investimento Necessário
Tabela 1.7- Programa de Aceleração do Crescimento – PAC
Tabela 2.1- Parte da Especificação SHRP ou SUPERPAVE de ligantes asfálticos tipo
CAP (ASTM 63 + 73/1999) (Bernucci et al, 2008)
Tabela 2.2- Especificação dos Cimentos Asfálticos de Petróleo (CAP) – Classificação
por penetração (DNIT 095/2006 – EM)
Tabela 2.3- Especificação brasileira de asfalto diluído (ANP – 2007)
Tabela 2.4- Especificação brasileira de emulsões asfálticas catiônicas (CNP 07/88)
Tabela 2.5- Benefícios de diferentes tipos de modificadores de asfalto
Tabela 2.6- Especificação de asfalto modificado por polímero SBS (DNER-EM
396/99)
Tabela 2.7- Especificação de emulsão asfáltica polimerizada por SBS ou SBR para
pintura de ligação (DNER-EM 396/99)
Tabela 2.8- Principais tipos de polímeros produzidos no Brasil
Tabela 3.1- Especificação dos Cimentos Asfálticos de Petróleo Modificados por
Polímero SBS (Resolução ANP 31/2007)
Tabela 3.2- Faixas granulométricas (DNIT 031/2006-ES)
Tabela 3.3- Características da Mistura
Tabela 3.4- Vazios do Agregado Mineral
Tabela 3.5- Pesos para o cálculo do IGG
Tabela 3.6- Exemplo de determinação de segmento homogêneo
Tabela 3.7- Valores de I1 e I2
Tabela 3.8- Grupos de solos
Tabela 3.9- Características do Terpolímero Elvaloy®
xii
Tabela 3.10- Características físicas e químicas do catalisador
Tabela 3.11- Cronologia dos serviços e localização dos segmentos
Tabela 4.1 - Granulometria Brita 1
Tabela 4.2 - Granulometria Brita 0
Tabela 4.3 - Granulometria Pó-de-pedra
Tabela 4.4- Resumo dos Ensaios em Agregados
Tabela 4.5- Viscosidade Brookfield
Tabela 4.6- Índice de Susceptibilidade Térmica
Tabela 4.7- Coeficiente Angular
Tabela 4.8- Granulometria dos Agregados em Separado e da Mistura
Tabela 4.9- Quadro Resumo das Características Marshall
Tabela 4.10- Contagem de Tráfego
Tabela 4.11- Calculo dos Fatores de Veículos (FV)
Tabela 4.12- Crescimento da Frota ao Longo do Período de Projeto
Tabela 4.13- Cálculo do Número “N”
Tabela 4.14- Cálculo do IGG
Tabela 4.15- Classificação do pavimento em função do IGG
Tabela 4.16- Deflexões do segmento
Tabela 4.17- Temperatura do CAP e CBUQ
Tabela 4.18- Quadro de Deflexões
Tabela 4.19- Granulometria e Teor de Betume
Tabela 4.20- Características Marshall
Tabela 4.21- Grau de Compactação
Tabela 4.22- Resistência à Tração por Compressão Diametral
Tabela 4.23- Módulo de Resiliência
Tabela 4.24- Vida de Fadiga x Nível de Tensão x Teor de Polímero
xiii
Lista de Símbolos, Nomenclatura e Abreviações
A – Asfaltenos
ASTM – American Society of Testing and Materials
a.C – Antes de Cristo
A1 – Acidafinas I
A2 – Acidafinas II
AASHTO – American Association of State Highway and Transportation Officials
ABNT – Associação Brasileira de Normas Técnicas
ALP – Afundamento
ANTT - Agência Nacional de Transportes Terrestres
BBR – Bending Beam Rheometer
BR-116/MG – Rodovia BR-116, estado de Minas Gerais
CAP – Cimento Asfáltico de Petróleo
CBUQ – Concreto Betuminoso Usinado a Quente
CNP – Conselho Nacional de Petróleo
CNT – Confederação Nacional do Transporte
CS2 - Bissulfeto de carbono
cSt – Centistoke
d - Percentagem de veículos por sentido
D – Deflexão
D – Desgaste
D – Percentagem de veículos comerciais na faixa mais solicitada
D25 – Deflexão a 25cm do ponto de prova
Dadm – Deflexão admissível
Dag – Densidade do agregado
Dc – Deflexão característica
Df1 – Deflexão medida no ponto 1
Df2 – Deflexão medida no ponto 2
DNC – Departamento Nacional de Combustíveis
xiv
DNER – Departamento Nacional de Estradas de Rodagem
DNIT – Departamento Nacional de Infra-estrutura de Transportes
Do – Deflexão real
DSR – Reômetro de Cisalhamento Dinâmico
Dt – Densidade teórica da mistura agregado/ligante
DTT – Ensaio de tração direta
EB – Especificação Brasileira
EM – Especificação de Material
ES – Especificação de Serviço
EVA – Etileno acetato de vinila
EX – Exsudação
FC – Fator de carga
FC-1 – Trinca classe 1
FE – Fator de eixo
Fe – Ferro
Fr – Fator climático regional
FV – Fator de veiculo
FWD – Falling Weight Deflectometer
G* - Módulo complexo de cisalhamento
G.P.C. – Método de Permeação em Gel
GLP – Gás Liquefeito de Petróleo
H2SO4 – Ácido sulfúrico
H3PO4 - Ácido Polifosfórico
hef – Espessura efetiva do revestimento
HR – Espessura de reforço em CBUQ
I1 e I2 - Constante relacionada às características resilientes da camada não granular da
estrutura de referência
IBP – Instituto Brasileiro de Petróleo
IGG – Índice de Gravidade Global
IP – Índice de Penetração
xv
IPR – Instituto de Pesquisas Rodoviárias
IST – Índice de Susceptibilidade Térmica
K – Constante da viga
kN – quiloNewton
Lf – Leitura final
Lo – Leitura inicial
M – Parâmetro de relaxação
mPa- megaPascal
mPa.s – miliPascal.segundo
N – Moléculas nitrogenadas
N – Nitrogênio
N – número equivalente de operações do eixo padrão
NaOH – Hidróxido de sódio
Ni – Níquel
O – Ondulação
O – Oxigênio
P – Hidrocarbonetos saturados ou parafina
P – Período de projeto
P- Panela
P-1 – Pedreira Pescador
PA – Ponto de Amolecimento
PAC – Programa de Aceleração do Crescimento
PAV – Vaso de envelhecimento sob pressão
PBT – Peso Bruto Total
PEN – Penetração
pH – Potencial de hidrogeniônico
PNV – Plano Nacional de Viação
PRO – Procedimento
R – Raio de curvatura
R – Remendo
RBV – Relação betume vazios
REGAP – Refinaria Gabriel Passos
xvi
RET – Terpolímero elastomérico reativo
RL – Ruptura lenta
RL-1C – Emulsão catiônica de ruptura lenta com mínimo de 60% de resíduo
RM – Ruptura média
RM-1C – Emulsão catiônica de ruptura média com mínimo de 62% de resíduo
RM-2C – Emulsão catiônica de ruptura média com mínimo de 65% de resíduo
RR – Ruptura rápida
RR-1C – Emulsão catiônica de ruptura rápida com mínimo de 62% de resíduo
RR-2C – Emulsão catiônica de ruptura rápida com mínimo de 67% de resíduo
RTFOT – Rolling Thin Film Oven Test
RTV – Viscosímetro rotacional
S – Enxofre
S – Módulo de rigidez
SB – Estireno butadieno
SBR – Borracha –butadieno-estireno
SBR – Copolímeros aleatórios de estireno e butadieno
SBS – Estireno Butadieno Estireno
SHRP – Superior Highway Research Program
SIS – Estireno Isopreno Estireno
sSF – segundos Saybolt Furol
T – Temperatura
TKU – Tonelada x quilômetro
TR – Borracha termoplástica
UFJF – Universidade Federal de Juiz de Fora
UFOP – Universidade Federal de Ouro Preto
USACE – Unites State Army Corps of Engineers
V – Volume de vazios
VAM – Vazios do agregado mineral
VAM – Vazios do Agregado Mineral
VCB – Vazios cheios com betume
VCB – Vazios Cheios com Betume
VMD – Veículos Médio Dia
xvii
WASHTO – Western Association of State Highway and Transportation Officials
γmax – Máxima deformação
∆t - Tempo de defasagem
ε – Deformação específica
σ – Desvio-padrão
σ – Tensão de tração aplicada
τmax – Máxima tensão de cisalhamento
ω - Freqüência angular
xviii
Lista de Anexos
Anexo I –
Granulometria e Teor de Betume
Anexo II –
Características Marshall
Anexo III – Levantamento Deflectométrico
Anexo IV – Inventário da Superfície do Pavimento
Anexo V – Ensaios de Módulo de Resiliência, Vida de Fadiga e Resistência à Tração
por Compressão Diametral
xix
SUMÁRIO
CAPÍTULO 1 – INTRODUÇÃO
1.1 – Contextualização do tema ................................................................................1
1.2 – Objetivos ..........................................................................................................7
1.3 – Estrutura do Trabalho ......................................................................................8
CAPÍTULO 2 – REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
2.1 – Introdução.........................................................................................................9
2.2 – Asfalto
2.2.1 – Definições .............................................................................................11
2.2.2 – Obtenção ...............................................................................................12
2.2.3 - Fracionamento Químico do Asfalto .....................................................17
2.2.4 – Reologia ................................................................................................26
2.2.5 – Tipos de Asfaltos ..................................................................................36
2.2.6 – Revestimentos Asfálticos .....................................................................44
2.2.7 – Os defeitos nos pavimentos asfálticos ..................................................47
2.3 – Asfalto Modificado
2.3.1 – Os polímeros modificadores .................................................................51
2.3.2 – Influência da variação da temperatura sobre o asfalto modificado ......56
2.3.3 – Classificação dos polímeros para modificar os asfaltos .......................58
2.3.4 – Vantagens da utilização do asfalto modificado ....................................60
2.3.5 – Principais polímeros utilizados em pavimentação
...............................61
2.3.6 – Polímero RET ......................................................................................62
CAPÍTULO 3 – NORMAS E METODOLOGIAS ........................................................64
3.1 – Agregados
3.1.1 – Características Tecnológicas ................................................................65
3.1.2 - Agregado graúdo ...................................................................................68
3.1.3 - Agregado miúdo ....................................................................................67
3.2 - Ligantes Asfálticos ..........................................................................................70
xx
3.2.1 – Caracterização dos Ligantes .................................................................68
3.2.2 – Controle de Qualidade ..........................................................................75
3.3 – Misturas Asfálticas ........................................................................................76
3.4 – Estudo de Tráfego ..........................................................................................80
3.4.1 – Contagem volumétrica e Classificatória de Veículos ...........................80
3.4.2 – Projeção de Tráfego ..............................................................................80
3.4.3 – Cálculo do Número “N” .......................................................................80
3.5 - Levantamento Deflectométrico ......................................................................83
3.5.1 - Viga Benkelman ....................................................................................83
3.5.2 - Falling Weight Deflectometer ...............................................................84
3.6 – Avaliação Objetiva do Pavimento .................................................................87
3.7 – Diagnóstico ....................................................................................................89
3.8 – Dimensionamento do reforço pelo Método DNER PRO269/94 –
TECNAPAV ..................................................................................................91
3.8.1 – Cálculo da Deflexão Admissível ..........................................................92
3.8.2 – Cálculo da Espessura Efetiva do Revestimento ...................................92
3.8.3 – Cálculo da Espessura de Reforço em CBUQ .......................................94
3.9- Modificação do asfalto, confecção e aplicação do concreto asfáltico . ............95
3.9.1- Modificação do asfalto ..........................................................................95
3.9.2- Confecção e aplicação do concreto afáltico ..........................................97
CAPÍTULO 4 – ESTUDO DE CASO: TRECHO EXPERIMENTAL.........................100
4.1 – Estudos em Laboratório ...............................................................................100
4.1.1 – Estudo em Agregados .........................................................................100
4.1.2 – Estudos em Ligantes ...........................................................................103
4.1.3 – Projeto do CBUQ ................................................................................109
4.2 – Trecho Experimental ...................................................................................115
4.2.1 – Estudo de Tráfego ...............................................................................116
4.2.2 – Dimensionamento do Reforço e Ensaios..............................................116
4.2.3 – Fotografias do trecho experimental .....................................................129
xxi
CAPÍTULO 5 – CONCLUSÕES E RECOMENDAÇÕES PARA PESQUISAS
FUTURAS ..................................................................................................................136
5.1 – Conclusões ...................................................................................................136
5.1.1 Estudo de ligantes ................................................................................136
5.1.2 Trecho Experimental ............................................................................137
5.2 Sugestões para Pesquisas Futuras .................................................................139
Referências Bibliográficas ..........................................................................................140
xxii
CAPÍTULO 1 - INTRODUÇÃO
1.1 - CONTEXTUALIZAÇÃO DO TEMA.
“Governar é abrir estradas”. O lema da campanha de 1920 à presidência da República
de Washington Luis demonstra a importância do segmento rodoviário no
desenvolvimento do país. A distribuição demográfica da população brasileira é
heterogênea, havendo uma maior concentração nas regiões sul e sudeste e uma
dispersão nas demais regiões, com grandes distancias entre os centros urbanos. Devido
a estas condições as ligações entre sítios urbanos e entre regiões deveriam ser feitas por
um meio que provesse rapidez, custos baixos e facilidade de implantação, condições
atendidas pelo transporte rodoviário.
Outra característica peculiar ao rodoviarismo brasileiro, foi a interiorização do
desenvolvimento do país, como pode ser observado quando da implantação de varias
rodovias, como por exemplo, a Rodovia BR-4 (Rio-Bahia), hoje BR-116, pioneira no
País, ligando o sul/sudeste ao nordeste, levando o progresso por onde passava, dando
origem inclusive a povoados que hoje são cidades e que nasceram de acampamentos de
empresas construtoras ou do Departamento Nacional de Estradas de Rodagem (DNER).
O transporte rodoviário no Brasil é o principal meio de transporte, quer de pessoas ou
de mercadorias. Segundo dados da Agencia Nacional de Transportes Terrestres – ANTT
no ano de 2007 (Tabela 1.1) 55,3% da quantidade (tonelada) transportada e 61,1% do
total transportado (Tabela 1.2) medidos em tonelada x quilômetro foram feitos por
rodovia. Deve-se atentar para o fato de que do volume transportado por ferrovias, a
maior parte se refere a um único produto, minério de ferro, em grande parte destinado a
exportação que, se excluído do total transportado no país, aumenta ainda mais a
participação do transporte rodoviário na vida brasileira.
1
Tabela 1.1 – Quantidade Transportada por Modalidade
Quantidade Transportada (toneladas) - 2007
Rodoviário
Modal
Total
Transportadoras
Outras Cargas
584.111.894
553.071.440
%
55,3%
Ferroviário
Aquaviário
Aeroviário
Total
465.465.851
450.860.049
1.318.614
2.054.827.828
22,7%
21,9%
0,06%
100,0%
Fonte: ANTT
Tabela 1.2 – Matriz do Transporte de Cargas
Matriz do Transporte de Cargas - 2007
Modal
Milhões (TKU)
Participação (%)
Rodoviário
485.625
61,1
Ferroviário
164.809
20,7
Aquaviário
108.000
13,6
Dutoviário
33.300
4,2
Aéreo
3.169
0,4
Total
794.903
100,0
Fonte: CNT
A malha rodoviária brasileira apresenta, segundo dados do DNIT referentes ao ano de
2006, uma extensão de 1.603.131 quilômetros, sendo 196.280 quilômetros
pavimentados. É uma extensão pequena se comparada a países de dimensões
semelhantes, ou até menores, que possuem uma rede implantada maior que a do Brasil.
A Tabela 1.3 apresenta os dados referentes à jurisdição e tipo de rodovias do país.
2
Tabela 1.3 – Malha Rodoviária por Jurisdição
Malha Rodoviária – Extensão em Km
Modal
Pavimentada
Não Pavimentada
Total
Federal
58.152
14.857
73.009
Estadual
Coincidente
17.016
7.146
24.162
Estadual
98.377
109.942
208.319
Municipal
22.735
1.274.906
1.297.641
196.280
1.406.851
1.603.131
Total
Malha Rodoviária Concessionada – extensão em Km
10.803
Administrada por Iniciativa Privada
9.739
Administrada por Operadoras
1.064
Fonte: PNV 2006 – DNIT
A confederação Nacional de Transportes – CNT realiza todos os anos uma pesquisa
para avaliar
as condições da malha rodoviária nacional. No ano de 2007 foram
vistoriados 87.592 km dos quais 58.812 são federais e 28.780 estaduais. Do total
inspecionado, 76.756 km estão sob gestão pública e 10.836 km são administradas sob
regime de concessões.
Das rodovias pesquisadas, (Tabela 1.4) 26,1% estão em estado bom/ótimo e 73,9%
inserem-se no estado regular/ruim ou péssimo.
Tabela 1.4 – Estado Geral das Rodovias
Estado Geral das Rodovias
Estado Geral
Km
Ótimo
Percentual
9.211
10,5
Bom
13.682
15,6
Regular
35.710
40,8
Ruim
19.397
22,1
9.592
11,0
87.592
100,00
Péssimo
Total
Fonte: Pesquisa Rodoviária CNT - 2007
3
O estado do pavimento observado (Tabela 1.5) demonstra que das rodovias
inspecionadas, 45,5% estão em estado ótimo/bom e 54,5%
apresentam estado
regular/ruim ou péssimo.
Tabela 1.5 – Estado do Pavimento
Estado do Pavimento
Estado Geral
Km
Ótimo
Percentual
34.132
39,0
5.683
6,5
31.384
35,8
Ruim
9.442
10,8
Péssimo
6.951
7,9
87.592
100,00
Bom
Regular
Total
A pesquisa da Confederação Nacional dos Transportes estimou também o montante de
recursos necessários (Tabela 1.6) para se recuperar as rodovias vistoriadas, de acordo
com os serviços a serem efetuados nas seguintes modalidades:
• Reconstrução (Trechos totalmente destruídos): Operações que necessitem de trabalhos
que englobem base, leito e subleito.
• Restauração (Trechos com buracos, ondulações e afundamentos, pavimentos ruim e
regular): Adição ou substituição total ou parcial de camadas estruturais em pontos
localizados, de forma que a estrutura resultante restabeleça as condições originais da
rodovia em termos de segurança e conforto
• Manutenção (Trechos desgastados, pavimento bom): Operações destinadas a manter as
rodovias em condições técnicas e operacionais favoráveis.
4
Tabela 1.6 – Investimento Necessário
Investimentos Necessários para Recuperação do Pavimento
Tipo de Serviço
km
Reconstrução (trechos totalmente destruídos – pavimento
péssimo)
Restauração (trechos buracos, ondulações e afundamentos
– pav. ruim e regular)
Manutenção (trechos desgastados – pavimento bom)
Total
Total (R$)
Custo/km
( x 109 )
6.951
R$ 750.000,00
5,20
40.826
R$ 420.000,00
17,10
5.683
R$ 190.000,00
1,02
53.460
-
23,4
No ano de 2007 o Governo Federal lançou o Programa de Aceleração do Crescimento –
PAC, com “objetivo de superar limites estruturais e ampliar a cobertura geográfica da
infra-estrutura de transportes”. Conforme consta no site do Ministério dos Transportes,
o PAC prevê para aplicação no período 2007-2010 um aporte de recursos de R$ 16,736
bilhões na área rodoviária como apresentado na Tabela 1.7.
Tabela 1.7 – Programa de Aceleração do Crescimento
Programa de Aceleração do Crescimento (PAC) – 2007/2010
Discriminação
Valor R$
( x 109 )
Conservação de 52.000 km de Rodovias
1,7
Manutenção e Recuperação de Rodovias
8,0
Estudos e Projetos para 14.500 km de Rodovias
1,0
Controle de Peso – Implantação e Operação de 206 postos
0,666
Sistema de Segurança em Rodovias
1,1
Sinalização de 72.000 km de Rodovias
0,47
Concessões
3,8
Total
16,736
Fonte: Ministério dos Transportes
5
Como se observa haverá um grande investimento do poder público no setor rodoviário,
e este investimento obrigatoriamente ocasionará um salto na qualidade dos serviços,
principalmente no uso de tecnologias modernas, que já são utilizadas nos países
desenvolvidos, mas ainda não se tornaram rotina no Brasil em virtude dos baixos
investimentos no setor em épocas recentes.
Dentre essas tecnologias, destacamos o uso de asfalto modificado por polímeros. Com
o crescimento do país nos últimos anos, houve um incremento significativo do volume
de tráfego nas rodovias brasileiras e do peso por eixo, que aliado ao excesso de peso
devido à falta de controle, exige o uso de agentes que promovam a mudança de
propriedades dos asfaltos, de modo a se garantir a durabilidade dos serviços efetuados.
Conforme Negrão et al (2007), os polímeros mais utilizados no Brasil para modificação
de ligantes asfálticos voltados à pavimentação são: SBS (copolímero de estireno
butadieno), SBR (borracha de butadieno estireno), EVA (copolímero de etileno acetato
de vinila) e o RET (coluna de etileno com dois copolímeros acoplados).
O polímero RET que significa Terpolimero Elastomérico Reativo, é um modificador de
asfalto em uso há pouco tempo no Brasil, foi desenvolvido exclusivamente para ser
utilizado na melhoria de asfaltos e apresenta as seguintes características (Negrão et al,
2007):
• A adição ao asfalto é de fácil execução, não necessitando de equipamentos
sofisticados e nem de técnicos altamente especializados.
• Incorporação ao ligante é efetuada em tanques com pouca modificação em
relação aos tanques de armazenagem de asfalto e é executada na própria obra;
• O asfalto modificado por este polímero apresenta estabilidade, não exigindo
agitação constante durante o armazenamento;
• Propriedades viscoelásticas semelhantes aos dos outros polímeros utilizados na
modificação de asfaltos.
6
1.2 OBJETIVOS
Este trabalho tem como objetivos estudar o desempenho e a influência do teor de
polímero no concreto betuminoso usinado a quente confeccionado com cimento
asfáltico de petróleo modificado por polímero RET (Reactive Elastomeric Terpolymer).
Na realização do trabalho, foi efetuada a modificação do cimento asfáltico de petróleo
(CAP) usando teores de polímeros RET com os seguintes percentuais: 0,5%; 1,0%;
1,5% e 2,0%. Para efeito de comparação foi também usado um cimento asfáltico de
petróleo puro (sem polímero).
A seguir confeccionou-se um projeto de concreto
betuminoso usinado a quente (CBUQ) utilizando a faixa C do DNIT. Com o teor ótimo
de asfalto, e utilizando os asfaltos modificados com as taxas acima descritas, procedeuse a aplicação das misturas betuminosas em trecho experimental da rodovia BR116/MG. As propriedades da mistura foram avaliadas através de ensaios de
Granulometria, Teor de Betume, Características Marshall, Resistência a Tração por
Compressão Diametral, Módulo de Resiliência e Fadiga.
Um parâmetro fundamental na modificação de asfaltos consiste na determinação da
quantidade do agente modificador a ser adicionado ao mesmo. Na adição de polímero
RET, há teores diversos sendo utilizados, não tendo sido ainda objeto de estudos a
determinação do melhor teor a ser usado em serviços de restauração de rodovias, e,
principalmente com dados colhidos em produção industrial . Um dos objetivos desta
pesquisa será verificar a influência do teor de polímero nos valores de Resistência a
Tração, Módulo de Resiliência, Fadiga e na redução da deflexão do pavimento,
parâmetros fundamentais na durabilidade de um segmento restaurado.
7
1.3 ESTRUTURA DO TRABALHO
O trabalho foi dividido em cinco capítulos que são apresentados resumidamente a
seguir:
Capítulo 1 - Insere o tema da dissertação na atualidade, apresenta os objetivos e a
estrutura do trabalho.
Capítulo 2 - Contém a revisão bibliográfica referente ao asfalto, sua química,
características e comportamento quando modificado por polímeros.
Capítulo 3 - Apresenta os materiais utilizados na execução do trabalho, assim como as
metodologias usadas nos ensaios de campo e laboratório.
Capítulo 4 - Estudo de Caso referente ao trecho experimental executado na rodovia
BR- 116/MG (Rodovia Rio - Bahia) e estudos em laboratório.
Capítulo 5 - Conclusões do Trabalho, extraídas de análise dos resultados obtidos em
laboratório e campo, e feitas sugestões para futuras pesquisas versando sobre o assunto.
8
CAPÍTULO 2 - REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
2.1
INTRODUÇÃO
Os materiais betuminosos são, por definição, misturas complexas de hidrocarbonetos
não voláteis, solúveis em bissulfeto de carbono (CS2), de elevada massa molecular com
propriedades aglutinantes. São o resíduo da destilação a vácuo do petróleo. Segundo
Pinto (2003), a palavra asfalto se originou do termo Acádio “Asphaltu” ou “Sphallo”
que significa esparramar. Posteriormente, devido à sua utilização como material
aglutinante, passou a significar firme, estável, seguro.
Registros arqueológicos demonstram que os asfaltos são um dos materiais mais antigos
utilizados em obras de engenharia. Suas propriedades adesivas e impermeabilizantes são
conhecidas desde os tempos antigos. De acordo com Senço, (1997), o betume, em sua
forma natural, era usado na construção de navios na Suméria 6.000 a.C.; na Índia, os
reservatórios de água e as salas de banhos públicas eram impermeabilizados com
asfalto. No ano 3.000 a.C. (camada de 2 cm de cimento asfáltico entre camadas de
tijolos queimados); no Egito em 2.600 a.C. na mumificação e como impermeabilizante
na construção de edificações.
Senço (1997), apresenta o histórico do uso de asfaltos naturais provenientes de jazidas
como material de pavimentação. Segundo o autor, os primeiros registros datam de 1802,
pelos franceses. Posteriormente os americanos, em 1838, e os ingleses, em 1869,
executaram pavimentações de ruas e pátios. Os americanos começaram a utilizar o
asfalto como material de pavimentação rodoviária em 1870, utilizando uma mistura
fina, o “sheet asphalt”, também com asfalto natural.
Segundo o mesmo autor, a produção de asfalto no Brasil teve início em 1944, na
refinaria Ipiranga (Rio Grande, RS) , tendo sido utilizado petróleo geralmente vindo da
9
Venezuela. O asfalto utilizado nas obras de pavimentação até esta data, era importado
de Trinidad, e transportado em tambores de cerca de 200 litros. A partir daí, o uso de
asfalto na construção de estradas é crescente e está presente em mais de 97% das
rodovias pavimentadas no Brasil. Leite (1999), relata que a produção anual de asfaltos
pela Petrobrás era, à época, de cerca de 2 milhões de toneladas, sendo 60% a partir de
petróleos nacionais, 20% de petróleos venezuelanos e os 20% restantes de petróleos
argentinos e árabes. Dados divulgados pela Petrobrás informam que foram
comercializadas 2.168.922 toneladas de asfalto em 2008, superando em 27,25% a
produção de 2007.
10
2.2 ASFALTO
2.2.1 Definições
Conforme Paranhos (1982), os asfaltos de petróleo são em sua maioria, suspensões
coloidais em que a fase dispersa se compõe de hidrocarbonetos de alto peso molecular,
denominados de asfaltenos contendo em sua superfície resinas aromáticas que
apresentam polaridade, que as mantém em suspensão em uma fase de hidrocarbonetos
de menor peso molecular, que formam um meio oleoso, denominado malteno.
Os hidrocarbonetos constituem cerca de 90 a 95% dos cimentos asfálticos de petróleo.
Os outros 5 a 10% de sua composição química são formados por heteroátomos oxigênio, enxofre, nitrogênio e metais, como vanádio, níquel e ferro, combinados
através de ligações covalentes (Leite, 1999).
Os asfaltos podem ser obtidos de duas maneiras: Retirados diretamente da natureza
(asfalto natural) ou extraídos de petróleo através de processos físicos ou químicos
(asfalto de petróleo) (Pinto, 2003).
No asfalto natural o mesmo se apresenta na forma de lagos de asfalto, onde o petróleo
surge à superfície da terra e a natureza através do vento e raios solares, se encarrega de
destilá-lo naturalmente, evaporando os gases e óleos leves, ficando um resíduo duro,
que é o asfalto. As maiores jazidas estão na ilha de Trinidad e na Venezuela. Além de
lagos, o asfalto natural pode ser encontrado em rochas tais como arenitos, xistos e
calcáreos asfálticos, que são rochas de grande porosidade que são preenchidas
naturalmente por asfalto.
A outra maneira de se obter o asfalto é através da destilação do petróleo crú, que será
apresentada em maiores detalhes no item 2.2.2.
Bernucci et al (2008), conceituam o betume, asfalto e alcatrão da seguinte maneira:
11
Betume: É uma mistura de hidrocarbonetos pesados, completamente solúveis no
bissulfeto de carbono (CS2);
Asfalto: Mistura de hidrocarbonetos derivados do petróleo de forma natural ou por
destilação, que tem como componente principal o betume, podendo conter pequenas
frações de outros materiais, como oxigênio, nitrogênio e enxofre.
Alcatrão: Designação genérica de um produto que contém hidrocarbonetos, obtidos
através da queima ou destilação destrutiva do carvão, madeira, etc.
Leite (1999), ressalta que, em função das altas concentrações de compostos aromáticos
polinucleares emitidos durante a aplicação do alcatrão, houve restrição ao seu uso na
Europa e nos EUA, por causa do poder cancerígeno destas substâncias. No Brasil, o
alcatrão praticamente não é mais utilizado como material de pavimentação.
2.2.2 Obtenção
O petróleo é composto por uma mistura complexa de hidrocarbonetos que se vaporizam
em diferentes temperaturas, apresentando ainda, pequenas quantidades de compostos
orgânicos oxigenados, nitrogenados, sulfurados organo metálicos, água, sais, minerais e
areia, que são tidos como elementos estranhos. O rendimento do petróleo em termos de
asfalto é condicionado ao tipo de petróleo cru a ser refinado.
Segundo Guarçoni (1996), os processos de refinamento do petróleo, para obtenção de
cimento asfáltico de petróleo (CAP), também dependem do tipo de cru e do seu
rendimento em asfalto. Assim teremos:
• Petróleos com alto rendimento em asfalto (cru de base naftênica), basta o estágio
de destilação a vácuo no processo de refinamento (Figura 2.1).
• Petróleos com rendimento médio em asfaltos (cru de base intermediário) é
necessário a destilação em dois estágios, um à pressão atmosférica e o outro a
12
vácuo (Figura 2.2). Este processo produz resíduos asfálticos mais duros, tendo
necessidade de se proceder a uma correção nas características dos CAP, que é
feito com a adição de diluentes ao resíduo. Este ajuste pode ser feito na própria
torre de vácuo.
• Petróleo com baixo rendimento em asfalto (petróleos leves), além da destilação à
pressão atmosférica e a vácuo, deverá ser executada a desasfaltação a propano
(extração com propano/butano), conforme Figura 2.3. O objetivo deste processo é
eliminar a necessidade de se trabalhar a temperaturas elevadas.
Figura 2.1 – Esquema simplificado de produção de asfalto (Guarçoni, 1996)
13
REFINAÇÃO DE PETRÓLEOS MÉDIOS
• Médio Rendimento de asfalto
• Destilação atmosférica e a vácuo
Figura 2.2 – Esquema simplificado da produção de asfalto.
Dois estágios de destilação (Guarçoni, 1996)
14
REFINAÇÃO DE PETRÓLEOS LEVES
• Baixo Rendimento de asfalto
• Destilação em três estágios: atmosférica, a vácuo e desasfaltação a propano.
Figura 2.3 - Destilação em três estágios
15
Na Figura 2.4 é mostrado um esquema simplificado da produção de asfalto.
Figura 2.4 – Rotas de produção de CAP (Guarçoni, 1996)
16
2.2.3 Fracionamento Químico Do Asfalto
Como vimos anteriormente, o asfalto apresenta composição química complexa, pois
depende da natureza do petróleo e do processo de refino utilizado na sua produção.
Segundo Souza et al., apud Magalhães (2004), a composição do petróleo apresenta as
seguintes frações
C1 e C2 – gás natural;
C3 e C4 – gás liquefeito de petróleo (GLP);
C4 a C10 – nafta (solventes e gasolina);
C11 a C12 – querosene;
C13 a C18 – óleo diesel;
C18 a C25 – gasóleo e óleo combustível;
C25 a C38 – óleos lubrificantes
> C38 – asfalto.
Onde C representa o elemento Carbono e o índice n representa o número de carbonos
presentes na cadeia carbônica.
Devido ao grande número de componentes químicos presentes no asfalto, uma
metodologia capaz de promover a separação individual de cada um destes compostos
parece inviável. Várias pesquisas foram desenvolvidas a fim de se obter metodologias
de fracionamento químico baseados no princípio da solubilidade, relatividade química e
adsorção, com o intuito de separar conjuntos de substâncias com características
semelhantes.
Os métodos de fracionamento do asfalto utilizam uma propriedade fundamental dos
colóides, que é a sua desestabilização através da destruição da camada de proteção das
micelas, fazendo-as se associarem e precipitarem pela ação da gravidade. Uma vez com
a fase micelar, que são os asfaltenos separada, a fase intermicelar que são os maltenos
se solubiliza no solvente usado, e é fracionada em subgrupos por diferença de
reatividade química ou por cromatografia (Leite, 1990).
17
Pelo exposto, o princípio da solubilidade em naftas (heptana ou pentana) divide o
asfalto em duas frações: as insolúveis – que são os asfaltenos, e as solúveis – os
maltenos.
Os asfaltenos são hidrocarbonetos de peso molecular elevado, contendo maior teor de
heteroátomos (N, S, O, Ni, Fe) e quando isolado, tem a forma sólida quebradiça, preto,
de alta viscosidade e quimicamente semelhante às resinas. São tidos como os
componentes que mais influem no comportamento reológico dos CAP. Por serem
insolúveis em naftas, separam-se primeiro, por precipitação, com a adição de solventes
desta natureza, como o n-heptano.
Os maltenos ou petrolenos, são hidrocarbonetos de menor peso molecular, possuem
aspecto oleoso, e podem ser separados em outras frações, como as resinas, óleos
saturados e óleos aromáticos. Tem viscosidade menor que os asfaltenos e são sujeitos à
oxidação (Leite, 1990).
O asfalto tem peso molecular entre 300 e 2000, e suas moléculas contêm de 38 a 150
átomos de carbono.
São usados quatro métodos de análise por separação em frações do asfalto, que se
diferenciam em função do procedimento usado (Guarçoni, 1996):
• Fracionamento por solvente;
• Precipitação Química;
• Técnicas Cromatográficas;
• Procedimento com Sílica Gel e Arrapulgus;
• Procedimento com Alumina;
• Cromatografia por Exclusão de Tamanho.
A seguir, são apresentados os métodos acima descritos.
18
a) Fracionamento por solvente
Utiliza duas etapas de solvente, conforme a Figura 2.5.
Na 1ª etapa, o asfalteno é separado por adição de n-butanol.
Na 2ª etapa, elimina-se o n-butanol por evaporação e o óleo é fracionado por acetona,
que após dissolver o malteno, é resfriada, promovendo assim a precipitação dos
saturados (parafinas), separando-os da fração solúvel composta por cíclicos (aromáticos
e resinas).
Este método fraciona o CAP em:
• Asfaltenos
• Cíclicos (resinas e aromáticos)
• Saturados (Parafinas)
Figura 2.5 – Esquema de fracionamento por solvente (Guarçoni, 1996)
19
b) Precipitação Química
Método Rostler Stenberg (ASTM D-2006)
Baseia-se na separação dos asfaltenos através de sua insolubilização em n-pentano, e
posterior separação seletiva das frações maltênicas com ácido sulfúrico de densidades
crescentes.
A 1ª etapa separa a fase micelar de um colóide liófilo (cujas micelas formam ligações
com as moléculas da fase dispersora), pela solubilização da fase dispersante e dos
peptizantes ou solventes em solvente que não dissolva as micelas.
A 2ª etapa separa as frações maltênicas por diferença de reatividade química com
determinado reagente em função da sua concentração.
Nessa metodologia o asfalto é separado em cinco frações:
• Insolúveis em n-pentano - “A” - Asfaltenos
N – Moléculas nitrogenadas
• Solúveis em n-pentano
A1 – Acidafinas I
(maltenos)
A2 – Acidafinas II
P – Hidrocarbonetos saturados ou parafinas
Com a obtenção dos parâmetros A, N, AI, A2 e P, Rostler definiu correlações que
apontam para um perfeito equilíbrio das frações asfaltênica e maltênica.
N
Equação 2.1
P
avalia o parâmetro de qualidade do asfalto.
N + A1
Equação 2.2
A2 + P
avalia o parâmetro de durabilidade do asfalto
Para que determinado tipo de asfalto possa ser utilizado para fins rodoviário, devem ser
satisfeitas as seguintes condições:
N
P
› 0,5
Equação 2.3 e
20
N + A1
= 0,6 a 1,4 Equação 2.4
A2 + P
Segundo Paranhos (1982), foi introduzido mais um parâmetro de durabilidade para
avaliar os asfaltos de uso rodoviário.
N + A1 + A2
= 1,8 a 2,5
A+ P
Equação 2.5
Na Figura 2.6 está apresentado esquematicamente o método acima descrito.
Figura 2.6 – Esquema de fracionamento por precipitação química (Guarçoni, 1996).
21
c) Técnicas Cromatográficas
Estas técnicas baseiam-se nos fenômenos de adsorção e dessorção combinados com a
separação da fase micelar (asfaltenos) por destruição da estabilidade do sistema, através
de extração com solvente.
c.1) Método da Sílica e Gel (ASTM D-2007)
Utiliza a insolubilização dos asfaltenos em n-pentano, e depois, pela separação dos
maltenos pela coluna cromatográfica.
Usa-se a sílica gel e a argila Attapulgus como fase estacionária adsorvente e solvente de
polaridade crescente, como fase móvel.
Nesta metodologia, o asfalto é separado em quatro frações:
Insolúveis em n-pentano – Asfaltenos
Resinas ou compostos polares
Solúveis em n-pentano
(maltenos)
Compostos aromáticos
Saturados
Este método é apresentado esquematicamente na Figura 2.7.
Figura 2.7 – Esquema de fracionamento pelo Método da Sílica Gel (Guarçoni, 1996)
22
c.2) Método de Corbert (ASTM D-4124)
Também conhecido por fracionamento SARA (Fracionamento químico em saturados,
aromáticos, resinas e asfaltenos).
De acordo com Leite, (1999), a separação de asfaltenos por n-heptano é seguida de
adsorção dos maltenos em alumina e subseqüente dessorção com solventes de
polaridade crescente, separando em saturados, nafteno-aromáticos e polar-aromáticos.
Nesta metodologia o asfalto é separado em quatro frações:
Insolúvel em n-heptano – Asfaltenos
Solúveis em n-heptano
(maltenos)
Saturados
Aromáticos naftênicos
Aromáticos polares
A Figura 2.8 apresenta o esquema de fracionamento utilizado neste método
Figura 2.8 – Esquema de fracionamento pelo método de Corbert (Guarçoni, 1996).
23
c) Cromatografia por Exclusão de Tamanho
Método da Permeação em Gel (G.P.C) ASTM D 3953
O método fundamenta-se na separação dos constituintes dos CAP diluídos em solvente,
por tamanho – pequenas moléculas movem-se lentamente, entrando no meio poroso da
coluna, ao passo que estruturas maiores não conseguem penetrar, passando rapidamente
pela coluna (Leite, 1999).
A distribuição de tamanho dos constituintes pode ser avaliada através do cromatograma
resultante, começando pelos maiores e finalizando pelos menores. Efetua-se a
comparação dos CAP pelos perfis cromatográficos, ou pela divisão da área dos
cromatogramas em três partes (Figura 2.9), denominadas alto, médio e baixo tamanhos
moleculares.
TEMPO DE RETENÇÃO
VOLUME DE ELUIÇÃO
Figura 2.9 – Cromatograma (Guarçoni, 1996).
É um método que utiliza equipamento sofisticado e importado; que exige pessoal
qualificado em cromatografia e fornece resultados confiáveis. Dos métodos
apresentados, é o que produz resultados mais rápidos, em apenas um dia de trabalho.
24
É utilizado na forma comparativa, pois não se tem padrões de CAP. O método pode
avaliar também evolução do envelhecimento do asfalto, pois comparativamente
acompanha o crescimento das moléculas. O rejuvenescimento do CAP na reciclagem,
também pode ser verificado, através da comparação de gráficos de CAP novos.
• Conclusão
Todos os procedimentos aqui descritos são baseados na solubilidade em n-alcanos
(separação química com ácido sulfúrico), adsorção cromatográfica (polaridade) e peso
molecular.
Existe uma grande importância na polaridade do asfalto, relacionada diretamente com a
presença de heteroátomos (nitrogênio, enxofre e oxigênio e anéis aromáticos
condensados). Como os solventes utilizados são n-pentano e n-heptano, para a
insolubilização dos asfaltenos, verificam-se que análises que utilizam diferentes
solventes podem conduzir a resultados diferentes, visto que o maior número de átomos
de carbono do n-heptano solubiliza maior número de componentes do asfalto e
apresenta menor teor de asfaltenos. Logo, pode-se concluir que é difícil uma
comparação das frações obtidas através de diferentes métodos. A Figura 2.10 apresenta
um quadro comparativo dos resultados utilizando as diversas metodologias.
Figura 2.10 – Quadro Comparativo dos Procedimentos de Fracionamento Asfáltico (Guarçoni,
1996)
25
2.2.4 Reologia
Pinto (1991), definiu a reologia dos materiais, genericamente, como o estudo da
deformabilidade dos materiais quando submetido à ação de um carregamento qualquer,
levando em consideração o tempo de aplicação do carregamento. No caso específico
dos materiais asfálticos, o efeito da temperatura tem grande relevância, pois trata-se de
materiais termo-sensíveis, ou seja, sua consistência varia com a mudança de
temperatura. Pode-se concluir que o comportamento elástico, viscoelástico e viscoso do
betume é função direta da temperatura e do tempo de aplicação do carregamento.
O cimento asfáltico, somente sob condições extremas, se comporta como um sólido
elástico (baixa temperatura e grande tempo de carregamento) ou como líquido viscoso
(alta temperatura e grande tempo de carregamento). A suscetibilidade à temperatura e
ao tempo de carregamento de um CAP é uma variável importante no desempenho de
pavimentos, devendo assim ser quantificada por ensaios reológicos (Oda, 2000).
Para caracterizar a dependência da sua deformabilidade da temperatura e do tempo de
aplicação de carga, foi introduzido o conceito do módulo de rigidez, conforme
demonstrado na Equação 2.6:
(S)t,T = (σ / Є)t,T Equação 2.6
Onde:
S = módulo de rigidez
σ = tensão de tração aplicada num tempo t
Є = deformação específica verificada a uma temperatura T
Segundo Pinto (1991), o módulo de rigidez é uma extensão do conceito do módulo de
Young adaptada para o estudo dos materiais viscoelásticos. O módulo de Young é uma
propriedade intrínseca dos materiais de comportamento elástico-linear. Já o módulo de
rigidez foi definido para caracterizar o comportamento reológico dos asfaltos, que
possuem elevada dependência da temperatura e do tempo de aplicação do carregamento.
26
O comportamento reológico pode ser resumido esquematicamente pela Figura 2.11,
segundo Van Der Poel et al., apud Pinto ( 1991):
Figura 2.11 – Módulo de rigidez ( S ) x Tempo de Carga ( t ), Temperatura ( T ) (Pinto,
1991)
Onde
n = coeficiente de viscosidade.
E= Módulo de elasticidade
Segundo Pinto (1991), mantendo-se constante uma certa temperatura T, pode-se
considerar:
• Se o tempo de aplicação da carga é muito pequeno, comportamento é elástico.
• Para tempo de aplicação da carga maior, o comportamento é dito viscoso.
• Para tempo de aplicação intermediário, o comportamento é viscoelástico.
Na prática da engenharia rodoviária interessa a zona de transição entre o
comportamento elástico e o viscoso, pois é o tempo de aplicação de carga que melhor se
assemelha àqueles encontrados nas rodovias pavimentadas (Pinto, 1991).
27
De acordo com Lu et al, apud Negrão (2006), para baixas temperaturas e/ou em altas
freqüências de carregamento, o asfalto apresenta um comportamento de um sólido
elástico. Com a elevação da temperatura e/ou quando a freqüência de carregamento é
reduzida, o comportamento viscoso do asfalto prevalece. Para condições de
temperaturas suficientemente altas e/ou em longo tempo de aplicação de cargas, o
asfalto apresenta as características de um líquido Newtoniano e pode ser relatado por
um valor de viscosidade, qualquer que seja a freqüência de carregamento.
Ainda segundo os autores, as propriedades reológicas dos asfaltos exercem grande
influência no desempenho das misturas asfálticas tanto na fase de sua preparação
(mistura e compactação) quanto na fase de serviço. Estas propriedades são regidas pelas
interações moleculares (forças moleculares), as quais são função da composição
química. Em principio, as propriedades reológicas podem ser alteradas a fim de se obter
um comportamento desejado para o asfalto, seja através de mudanças na sua
composição química por meio de reações químicas ou através da incorporação de
aditivos, tais como os polímeros.
O Programa Estratégico de Pesquisa Rodoviária - SHRP (“Strategic Highway Research
Program”) foi estabelecido em 1987, nos Estados Unidos, com o foco principal na
proposição de uma nova sistemática de especificações de materiais asfálticos. O
Superpave “Superior Performance Asphalt Pavements” (Pavimentos Asfálticos de
Desempenho Superior) foi um dos produtos finais do programa SHRP e concebido para
auxiliar na seleção de materiais e projeto de misturas (Marques, 2004).
De acordo com Bernucci et al (2008), as especificações do Superpave para ligantes
asfálticos (Tabela 2.1) são calcadas em ensaios reológicos e seus parâmetros
estabelecem a relação entre as propriedades do ligante e o desempenho das misturas
asfálticas em serviço. São utilizados para esse fim os seguintes equipamentos:
• reômetro de cisalhamento dinâmico – DSR (ASTM D 7175/2004)
• viscosímetro rotacional – RV (ASTM D 4402/2002)
28
• reômetro de fluência em viga – BBR (ASTM D 6648/2001)
• prensa de tração direta – DDT (ASTM D 6723/2002)
• estufa de película delgada rotacional – RTFOT (ASTM 2872/1997)
• vaso de pressão de envelhecimento – PAV (ASTM 6521/2000)
Tabela 2.1 – Parte da especificação SHRP ou SUPERPAVE de ligantes asfálticos tipo CAP (ASTM
63 + 73/1999) (Bernucci et al, 2008).
PG 64
PG 70
PG 76
PG 82
-10 -16 -22
-10 -16 -22
-10 -16 -22
-10 -16 -22
Grau de desempenho
Ensaio
Ligante original
Viscosidade Brookfield
(Max. 3.000cP), ºC
135
Ponto de fulgor, ºC
230
Cisalhamento dinâmico:
10 rad/s, G*sem δ (mín. 1,0 kPa), ºC
64
70
76
82
Variação em massa, %
<1
<1
<1
<1
64
76
82
37 34 31
40 37 34
0 -6 -12
0 -6 -12
0 -6 -12
0 -6 -12
Após o RTFOT
70
Após o RTFOT/PAV
Fluência (BBR) @ 60 s, º C
Coef. Angular, m (mín 0,3)
Módulo rigidez, S (máx. 300 MPa)
Alongamento na ruptura, ºC
mín. 1,0% @ 1,0 mm/min.
31 28 25
34 31 28
0 -6 -12
0 -6 -12
0 -6 -12
0 -6 -12
• Reômetro de cisalhamento dinâmico - DSR (Dynamical Shear Rheometer)
O reômetro de cisalhamento dinâmico é utilizado para caracterizar as propriedades
viscoelásticas de ligantes asfálticos virgens ou envelhecidos, através da medida do
módulo de cisalhamento complexo (G*) e de ângulo de fase (δ). O G* indica a
29
resistência do ligante asfáltico ao acúmulo de deformação permanente sob as cargas do
tráfego (tensões repetidas de cisalhamento). O δ, definido como o intervalo de tempo
entre a aplicação da tensão cisalhante e a deformação cisalhante resultante, é um
indicador das parcelas de deformações recuperáveis e não recuperáveis ou permanentes
(Patriota, 2004).
O modulo complexo e o ângulo de fase podem ser definidos como:
G* = τ máx / γ máx Equação 2.7
δ = ω. (∆t)
Equação 2.8
Onde:
G* = modulo complexo de cisalhamento, Pa;
τ máx = máxima tensão de cisalhamento aplicada, Pa;
γ máx = máxima deformação devido à tensão de cisalhamento aplicada;
δ
= ângulo de fase;
ω
= freqüência angular, Hz;
∆t
= tempo de defasagem, s.
A Figura 2.13 mostra de forma esquemática os valores de G* e δ medidos no ensaio
DSR, como resposta a uma deformação cisalhante da amostra em torque constante. O
modo de aplicação das tensões ou deformações cisalhantes está representada
esquematicamente na Figura 2.12 A resposta à deformação cisalhante da amostra de
ligante está defasada em relação à tensão aplicada por certo intervalo de tempo ∆t. Esta
defasagem representa o atraso na deformação obtida. A fase em atraso é expressa em
medida angular. Multiplicando-se o tempo de atraso (∆t) pela freqüência angular (ω),
obtém-se o ângulo de fase (δ). A Figura 2.14 apresenta um exemplo de ângulo de fase.
Para materiais completamente elásticos δ é igual a 0º, isto é, não há atraso entre a
tensão cisalhante aplicada e a deformação cisalhante obtida. Ressalta-se que os
materiais perfeitamente elásticos não apresentam deformações residuais (permanentes).
Logo, é coerente a obtenção de δ igual a 0° para materiais desta natureza. Para materiais
30
totalmente viscosos, a deformação obtida está completamente defasada e δ vale 90º.
Materiais viscoelásticos, tais como ligantes asfálticos, possuem ângulo de fase variando
entre 0º e 90º (função direta da temperatura), caracterizando um comportamento
intermediário entre o material perfeitamente elástico e o puramente viscoso.
A especificação de ligante SHRP usa o parâmetro G*/sen δ para controle da rigidez a
temperaturas altas (›46ºC) e G*sen δ para o controle em temperaturas intermediárias
(entre 7ºC e 34ºC) . Controlando a rigidez a altas temperaturas, a especificação assegura
que o asfalto forneça resistência ao cisalhamento global em termos de elasticidade da
mistura a altas temperaturas. De forma análoga, ao controlar a rigidez a temperaturas
intermediárias a especificação assegura que o ligante não contribuirá para o trincamento
por fadiga (Bernucci et al, 2008).
Figura 2.12 - Esquema de aplicação da tensão na amostra de asfalto (Bernucci et al, 2008)
τmáx
Tensão de
cisalhamento
aplicada
Tempo
Módulo complexo
de cisalhamento
G* = Tmáx
∆t
δ =
ω (∆t)
Y máx
Deformação
cisalhante
resultante
Tempo
Freqüência angular
Ângulo de fase
Figura 2.13 – Defasagem entre tensão e deformação (Bernucci et al, 2008).
31
Parte Viscosa
δ1
δ2
Parte Elástica
Figura 2.14 – Exemplos de resultados do ângulo de fase de dois asfaltos diferentes (Bernucci, 2008)
• Reômetro de fluência em viga – BBR (Bending Beam Rheometer)
Segundo Leite (1999), o reômetro de fluência em viga é usado na determinação e
caracterização da rigidez do ligante quando submetidos a baixas temperaturas. Os
parâmetros do ensaio são a rigidez estática (S) e o logaritmo do módulo de relaxação
(m). Estas propriedades são definidas a partir da resposta ao carregamento estático
(creep) sobre uma vigota de ligante a baixas temperaturas (-36°C < T < 0°).
Sabendo-se do valor da carga aplicada sobre a vigota e medindo-se a deflexão
correspondente, a rigidez estática pode ser determinada através dos conceitos da
mecânica. A especificação de ligante limita os valores de “S” e “m” em função do clima
do local onde o ligante será aplicado.
Ligantes com altos valores de m, são mais eficientes no que se refere à dissipação das
tensões formadas durante a contração do ligante, provocada por quedas abruptas da
temperatura, minimizando a formação de trincas e fissuras.
O módulo de rigidez (S) e o parâmetro de relaxação (m), a baixa temperatura, são
obtidos através das seguintes expressões (Bernucci et al, 2008):
S = σ/ Є Equação 2.9
m = coeficiente angular a 60s (S x t)
Onde:
S = modulo de rigidez (MPa)
σ = tensão aplicada (mN);
Є = deformação resultante;
32
m = parâmetro de relaxação (MPa);
t = 60s.
Quanto menor o valor da rigidez S, maior será a resistência ao trincamento, por isso se
limita o valor máximo para S. Conforme m diminui, há um alívio das tensões térmicas
na mistura asfáltica, sendo esse o motivo de se ter um valor mínimo requerido para m
(Bernucci et al, 2008). A Figura 2.15 apresenta esquematicamente o carregamento e os
deslocamentos medidos.
Segundo Vanelstraete e Teugels (2003), apud Magalhães (2004), o ensaio com o
reômetro de fluência em viga (BBR) é apropriado para a previsão do comportamento a
baixas temperaturas tanto para ligantes puros quanto para modificados por polímeros. A
máxima temperatura resultante de S(60s)=300MPa ou m(60s)=0,3 pode ser usado como
um indicador de desempenho adequado para este defeito.
Devido ao conceito de superposição tempo-temperatura, o teste é feito em 60 segundos,
em vez de duas horas, à temperatura 10ºC inferior à reportada. O parâmetro S é função
da carga, distância entre suportes, dimensões da viga, e deflexão no tempo 60 segundos,
m = log S (t)/log t Equação 2.10.
Reômetro de viga BBR e esquema de ensaio
Carregamento constante (creep)
Deflexão
Carga
Deflexão
Tempo
Tempo
Figura 2.15 - Representação esquemática do carregamento e deslocamento medidos (Bernucci
et al, 2008)
33
• Vaso de envelhecimento sob pressão - PAV “Pressure Aging Vessel”
Consiste em um equipamento que simula o endurecimento oxidativo que ocorre no
ligante ao longo da vida útil do pavimento em serviço (cerca de 10 anos). . Em uma
etapa anterior, as amostras são submetidas ao envelhecimento RTFOT que simula o
envelhecimento do ligante que ocorre durante a usinagem e compactação da mistura,
para depois serem ensaiadas no vaso de envelhecimento sob pressão (pressure aging
vessel – PAV). As amostras são dispostas em placas rasas de aço inox e envelhecidas
num vaso por 20 horas a 2,1 MPa de pressão de ar. A temperatura de envelhecimento é
selecionada de acordo com o tipo de CAP. Após a simulação do envelhecimento, a
amostra é colocada numa estufa à vácuo para desaerar (Bernucci et al, 2008). O CAP
envelhecido por esse método é a seguir testado no DSR, BBR e DTT para estudo do
efeito do envelhecimento de longo prazo nos ligantes asfálticos. A Figura 2.16 mostra o
desenho dos equipamentos utilizados no ensaio.
Figura 2.16 - Desenho esquemático dos equipamentos
• Ensaio de tração direta (DTT) ”Direction Tension Test”
Segundos Marques (2004), este teste é utilizado em ligantes (principalmente os
modificados pela adição de polímeros) que apresentam valores de rigidez acima do
desejado (medida pelo BBR), mas que poderão ser utilizados desde que possuam
ductilidade a baixas temperaturas.
34
Uma amostra de ligante é moldada à baixa temperatura (+6ºC a -36ºC) no formato de
gravata esticada, medindo-se a tensão de deformação na ruptura (fratura), objetivo deste
ensaio.
De modo semelhante ao BBR, o atendimento aos critérios do ensaio DTT assegura que
a ruptura do ligante, à baixa temperatura, seja minimizada (Bernucci et al, 2008).
• Viscosímetro rotacional – RTV (Rotacional Viscometer)
Caracteriza a rigidez do asfalto a 135ºC, temperatura onde se espera que o ligante tenha
o comportamento de um fluido viscoso. É um viscosímetro rotacional de cilindros
coaxiais, que mede a viscosidade através do torque necessário para rodar um spindle
imerso na amostra de asfalto quente à velocidade constante (Figura 2.17). Em geral,
espera-se que o ligante tenha uma viscosidade inferior a 3,5 Pa.s (3500 cP) a 135ºC,
garantindo que o ligante possa ser bombeado e produza bom envolvimento nos
agregados (Leite, 1999 apud Negrão, 2006).
Figura 2.17 – Viscosímetro rotacional (Leite, 1999)
35
Conforme Desmazes et al (2006), apud Negrão (2006), existem estudos que
realacionam o parâmetro G*/sen δ à resistência à deformação permanente de misturas
asfalticas a altas temperaturas. Estes estudos não se aplicam aos ligantes modificados
por SBS, que podem ter seu desempenho ao afundamento subestimados por este
parâmetro. Ressalta-se que a resistência à deformação permanente de uma determinada
mistura é função também da composição da mesma, e não só do tipo e do volume de
ligante utilizado. O esqueleto granular e a interação ligante/agregado têm papel
fundamental na determinação da resistência à deformação permanente da mistura
(Vanelstraete & Teugels, 2003 apud Negrão, 2006).
Ainda segundo Negrão (2006), há diversas pesquisas em andamento que estão
analisando outros critérios para especificar a resistência à deformação permanente e cita
como exemplo, a deformação acumulada e a viscosidade de cisalhamento zero, obtidas
a partir de ensaios de creep estático ou ensaios de compressão axial de carga repetida.
2.2.5 Tipos de asfaltos
Segundo DNER (1996), os materiais betuminosos que são comumente empregados em
serviços de pavimentação são os seguintes:
a) Cimentos asfálticos de petróleo (CAP);
b) Asfaltos diluídos;
c) Asfaltos emulsionados;
d) Asfaltos oxidados ou soprados;
e) Agentes rejuvenescedores;
f) Asfaltos modificados.
36
a) Cimentos asfálticos de petróleo (CAP)
O CAP (Cimento Asfáltico de Petróleo) pode ser definido como asfalto que possui
propriedades (principalmente viscosidade, rigidez, consistência) adequadas para o uso
na construção de pavimento, tendo uma penetração a 25°C entre 5 e 300 décimos de
milímetro sob uma carga de 100 gramas, aplicada durante 5 segundos.
De acordo com Castro (2003), o CAP é um material complexo e que apresenta um
comportamento viscoso, caracterizado pela redução da rigidez para longos períodos de
aplicação de carga, e susceptibilidade térmica, caracterizada pela alteração de
propriedades em função da temperatura.
O cimento asfáltico pode ser considerado um material viscoelastoplástico. Em altas
temperaturas (acima de 100ºC) o material, ao ser carregado se deforma e não retorna ao
estado original quando cessada a solicitação, caracterizando um comportamento
plástico. Para baixas temperaturas (abaixo de 0ºC) comporta-se como um fluído
viscoso, assumindo comportamento elástico, deformando-se com a ação de uma carga,
mas voltando às suas dimensões originais cessado o carregamento (Specht, 2004).
Até julho /2005, os cimentos asfálticos de petróleos eram classificados da seguinte
maneira:
• por viscosidade absoluta: CAP-7, CAP-20 e CAP-40, sendo o número referente
ao início da faixa de viscosidade da classe.
• por penetração: CAP 30-45, CAP 50-60, CAP 85-100 e CAP 150-200, sendo os
números a faixa de penetração obtida no ensaio.
Em agosto de 2005, a classificação passou a ser por penetração e outros ensaios,
conforme consta na Tabela 2.2.
37
Tabela 2.2– Especificações dos Cimentos Asfálticos de Petróleo (CAP) – Classificação por
penetração (DNIT 095/2006 – EM)
Limites
Característica
Métodos
Unidade
CAP´30-45
CAP 50-70
CAP 85-100
CAP 150-200
ABNT
ASTM
Penetração (100
g., 5s, 25ºC)
0,1mm
30 a 45
50 a 70
85 a 100
150 a 20
NBR 6576
D5
Ponto de
amolecimento,
min.
ºC
52
46
43
37
NBR 6560
D 36
NBR 14950
E 102
Viscosidade Saybolt-Furol
A 135ºC, min.
A 150ºc, min.
S
A 177º C
192
141
110
80
90
50
43
36
40 a 150
30 a 150
15 a 60
15 a 60
A 135ºC, min.
SP 21, 20 rpm,
min.
374
274
214
155
203
112
97
81
A 177ºC, SP 21
76 a 285
57 a 285
28 a 114
28 a 114
Índice de
Sucetibilidade
Térmica
(-1,5) a (+0,7)
(-1,5) a (+0,7)
(-1,5) a (+0,7)
(-1,5) a (+0,7)
-
-
a 150ºC, min.
cP
NBR 15184
D 4402
Ponto de fulgor,
min
ºC
235
235
235
235
NBR 11341
D 92
Solubilidade em
tricloroetileno,
min.
% massa
99,5
99,5
99,5
99,5
NBR 14855
D 2042
cm
60
60
100
100
NBR 6293
D 113
Dutilidade a
25ºC, min.
Efeito do calor e do ar a 163ºC por 85 minutos
Variação em
massa, max.
% massa
0,5
0,5
0,5
0,5
Dutilidade a
25ºC, min.
cm
10
20
50
50
NBR 6293
D 113
Aumento do
ponto de
amolecimento,
máx.
ºC
8
8
8
8
NBR 6560
D 36
Penetração
retida, mín. (*)
%
60
55
55
50
NBR 6576
D5
38
D 2872
O transporte, acondicionamento e manuseio do CAP exigem dos produtores,
importadores e distribuidores cuidados no sentido de assegurar que a temperatura do
produto não ultrapasse 177ºC e que não seja inferior a 40ºC. Além disso, o produto não
deve espumar quando aquecido até 177ºC, denotando presença de água.
b) Asfaltos diluídos
Os asfaltos diluídos ou “cut-backs” são diluições de cimentos asfálticos em solventes
derivados do petróleo de volatilidade adequada. São utilizados quando deseja-se
eliminar o aquecimento do ligante ou utilizá-lo moderadamente, reduzindo a sua
viscosidade, permitindo assim que a sua aplicação seja feita em temperatura ambiente.
Os diluentes proporcionam produtos menos viscosos e devem evaporar completamente
deixando como resíduo o CAP, que então desenvolverá as propriedades cimentícias. Ao
fenômeno de evaporação do diluente chama-se cura. De acordo com o tempo de cura, os
asfaltos diluídos são classificados em três categorias:
Cura Rápida (CR): Asfalto diluído composto de cimento asfáltico e um solvente de alta
volatilidade do tipo nafta ou gasolina. São utilizados principalmente nos serviços de
pintura de ligação, tratamentos superficiais de penetração invertida, pré-misturados a
frio e areias-asfalto a frio (CR-250 e CR-800).
Cura Média (CM): Asfalto diluído composto de cimento asfáltico e um solvente de
média volatilidade, como o querosene. Os asfaltos diluídos de cura média são utilizados
nos serviços de imprimação, areias-asfalto a frio e nos “road-mix” (misturas em estrada,
CM-250 e CM-800).
Cura Lenta (CL): Asfalto diluído composto de cimento asfáltico e óleos de baixa
volatilidade.
A Agência Nacional do Petróleo (ANP) classifica os asfaltos diluídos em quatro classes
distintas: CR-70, CR-250, CM-30 e CM-70. A especificação para os referidos produtos
é apresentada na Tabela 2.3.
39
Tabela 2.3 – Especificação brasileira de asfalto diluído (ANP-2007)
Características
Métodos
ABNT/NBR
Tipos
ASTM
CR-70
CR-250
CM-30
CM-70
70-140
250-500
30-60
70-140
75-150
-
No Asfalto Diluído
Viscosidade cinemática, cSt, 60ºC
14756
D 2170
14950
D 88
Viscosidade Saybolt,-Furol, s
25ºC
50ºC
60-120
-
-
60-120
60ºC
-
125-250
-
38
Ponto de fulgor (V.A. Tag) ºC,
min.
5765
D 3143
-
27
38
38
14856
D 402
10
-
-
-
225ºC
50
35
25
20
260ºC
70
60
40-70
20-60
316ºC
85
80
75-93
65-90
Resíduo, 360ºC, % volume, min.
55
65
50
55
0,2
0,2
0,2
0,2
600-2400
3001200
3001200
Destilação até 360ºC, % volume
total destilado, min.
% volume total destilado, min.
190٥C
Água, % volume, máx.
14236
D 95
No Resíduo da destilação
6002400
Viscosidade, 60ºC, P²
5847
D 2171
Betume, % massa, mín.²
14855
D 2042
99,0
99,0
99,0
99,0
Dutilidade, 25ºC, cm, min.¹ ²
6293
D 113
100
100
100
100
c) Asfaltos emulsionados
São dispersões de cimento asfáltico divididos em pequenos glóbulos (1 µm ≤ φ ≤ 10
µm) suspensas em meio aquoso, com ruptura variável, obtidos a partir da mistura do
asfalto quente com água e agentes emulsificantes, que tem a função de facilitar a
dispersão das partículas de asfalto e envolvê-las com uma película, mantendo-as assim
em suspensão.
De acordo com o agente emulsificante, estes podem conferir às partículas cargas
elétricas positivas ou negativas. As forças de repulsão geradas por cargas elétricas
iguais é o que mantém as partículas dispersas.
40
Entende-se por ruptura a separação das duas fases da emulsão. Pode ocorrer quando a
emulsão é deixada em repouso, permitindo que os glóbulos da fase dispersante entrem
em contato, formando partículas maiores, com volume maior e superfície de contato
menor. De forma mais completa, quando a emulsão é aplicada sobre a superfície dos
agregados, o ligante betuminoso nela contido tende a se coagular. Parte da água é
absorvida pelo agregado e parte se evapora pela ação das intempéries e por reações
químicas e, rompendo-se o equilíbrio e dando-se assim a separação das fases deixando
sobre o agregado uma película de asfalto.
Quanto ao tempo de ruptura, as misturas asfálticas classificam-se em: Ruptura rápida
(RR); Ruptura Média (RM) e Ruptura Lenta (RL).
Alguns fatores que podem retardar a ruptura das emulsões: emprego de um asfalto de
alta viscosidade; pequena concentração de asfalto; emprego de uma elevada quantidade
de emulsificante; emprego de emulsificante aniônico; uso de agregado úmido pouco
reativo e de pequena superfície específica; temperatura baixa dos agregados e da
emulsão; e ausência ou pequena agitação das misturas emulsão + agregado.
As especificações para emulsões asfalticas catiônicas são apresentadas na Tabela 2.4.
d) Asfaltos oxidados ou soprados
Asfaltos oxidados ou soprados são aqueles submetidos a um aquecimento e à ação de
corrente de ar, com o objetivo de alterar suas características originais a fim de adaptálos para usos específicos. Em geral, interrompe-se a destilação e o resíduo é agitado em
tubos cilíndricos de aço, onde é deixado esfriar até alcançar a temperatura que permita
sua embalagem sem risco de combustão (Leite, 1999). Os asfaltos oxidados são menos
dúcteis e apresentam menor susceptibilidade às variações de temperatura. Em
compensação, sofrem redução em sua ductilidade. Geralmente são utilizados para fins
industriais impermeabilizantes e, também, para a construção de pisos industriais cujas
condições de trabalho não permitam a utilização de cimentos asfálticos convencionais.
41
Tabela 2.4– Especificação brasileira de emulsões asfálticas catiônicas (CNP, 07/88)
Métodos
Característica
Tipo de Ruptura
ABNT
ASTM
Viscosidade Saybolt-Furol, s, 50ºC
NBR 14491
Sedimentação, % em peso máx.
Peneiração, 0,84mm, % em peso
máx.
Rápida
Média
Lenta
RR-1C
RR-2C
RM-1C
RM-2C
RL-1C
D 88
20-90
100-400
20-200
100-400
Máx. 70
NBR 6570
D 244
5
5
5
5
5
NBR 14393
D 244
0,1
0,1
0,1
0,1
0,1
NBR 6300
D 244
80
80
80
80
80
80
80
60
60
60
-
-
-
-
2
Ensaios sobre a emulsão
Resistência à água, % mín. de
cobertura
Agregado seco
Agregado úmido
Mistura com cimento, % máx. ou
Mistura com fíller silícico.
NBR 6297
-
-
-
-
1,2 a 2,0
Carga da partícula
NBR 6567
D 244
positiva
positiva
positiva
positiva
positiva
NBR6299
D 244
-
-
-
-
6,5
NBR 6568
D 244
0-3
0-3
0-12
3-13
nula
62
67
62
65
60
50
50
-
-
-
-
-
50
50
-
-
-
360
360
-
50-250
50-250
50-250
50-250
50-250
pH, máx.
NBR 6302
D 244
Destilação
solvente destilado, % em vol.
resíduo, % em peso mín.
Desemulsibilidade
% em peso mín.
NBR 6568
D 244
% em peso máx.
Ensaio sobre o solvente destilado
Destilação, 95% evaporados, ºC,
máx.
NBR 9619
-
Peneiração, 25ºC, 100g, 5s, 0,1mm
NBR 6576
D5
Teor de betume, % em peso mín.
NBR 14855
D 2042
97
97
97
97
97
Ductilidade a 25ºC,cm, mín.
NBR 6293
D 113
40
40
40
40
40
Ensaio sobre o resíduo
e) Agentes rejuvenescedores
O ligante asfáltico, sob efeitos de intempéries como temperatura, ar, luz solar, chuva e
tempo em pavimentos asfálticos propicia a gradativa perda de seus elementos, levando
ao envelhecimento e, conseqüentemente no enrijecimento da mistura betuminosa. Sob a
ótica da química, o envelhecimento traduz-se na redução das cadeias aromáticas e no
aumento do aumento do teor de asfaltenos.
42
Os agentes rejuvenescedores são utilizados em processos de reciclagem do pavimento,
técnica de restauração que visa à reutilização dos agregados e do ligante do pavimento.
Nesta técnica, os agentes rejuvenescedores atuam na redução da viscosidade e na
reposição da fração maltênica, recompondo a natureza do ligante virgem.
A reciclagem pode ser efetuada a frio, utilizando emulsões rejuvenescedoras, ou a
quente, com o uso de cimentos asfálticos com agentes rejuvenescedores, adicionados ao
material fresado.
f) Asfaltos modificados.
Para melhorar o desempenho do ligante asfáltico para que este possa trabalhar em
situações adversas (condições ambientais, tráfego pesado, etc.), podem ser adicionados
produtos modificadores de suas propriedades, como os asfaltos naturais (gilsonilta ou
asfaltita), fíleres (cal, cimento, sílica etc.), fibras (vidro, asbestos, fibras de celulose e
fibras poliméricas) ou por enxofre elementar. Entretanto, a modificação mais
empregada atualmente é através do uso de polímeros. As influências em termos
qualitativos dos vários tipos de modificadores de asfalto são apresentadas na Tabela 2.5.
Maiores detalhes destes asfaltos poderão ser vistos no ítem 2.3.
Tabela 2.5– Benefícios de diferentes tipos de modificadores de asfalto (Bernucci et al, 2008)
Modificador
Deformação
Permanente
Elastômeros
*
Plastômeros
*
Borracha de Pneu
*
Negro de Fumo
*
Trincas
Térmicas
Trincas
de Fadiga
Dano por
Umidade
*
*
*
*
*
*
*
Cal
*
Enxofre
*
Modificadores químicos
*
Envelhecimento
Antioxidante
*
*
Melhorador de adesividade
*
*
Cal hidratada
*
*
(*) Símbolo significa que há benefício.
43
2.2.6
Revestimentos asfálticos
O revestimento ou capa de rolamento é a camada do pavimento que tem a função de
receber os esforços oriundos da ação do tráfego, resistir à sua ação abrasiva e transmitilos de forma atenuada às camadas inferiores. Deve proporcionar aos usuários boas
condições ao rolamento (conforto e segurança). Desempenha também a função de
impermeabilizar o pavimento, protegendo as camadas inferiores dos agentes
intempéricos.
Segundo DNER (1996), os revestimentos asfálticos são constituídos pela associação de
agregados e materiais betuminosos, que pode ser feita de duas maneiras clássicas: por
penetração ou por mistura.
2.2.6.1 Revestimento asfáltico por penetração
Consistem nas técnicas de pavimentação em que a mistura de agregados e ligantes é
feita na pista, com posterior compactação, que irá promover o recobrimento e a adesão
dos agregados pelo ligante.
Os revestimentos por penetração distinguem-se pelo processo de aplicação do ligante:
Penetração Direta: A execução deste revestimento é iniciada com o espalhamento e
compactação de camadas de agregados com granulometria apropriada, sendo cada
camada, após compressão, submetida à aplicação de material betuminoso. Neste tipo de
revestimento, a última camada deve receber uma aplicação final de agregado miúdo.
Exemplo: Macadame betuminoso.
Penetração invertida: A execução deste revestimento é iniciada através de uma ou mais
aplicações de material betuminoso, seguidas de idênticos números de operações de
espalhamento e compressão de camadas de agregados com granulometria apropriadas.
Exemplo: Tratamentos superficiais e capas selantes.
44
Os tratamentos superficiais são executados da seguinte forma: O ligante é espargido
sobre a base imprimada. Após a aplicação do ligante, efetua-se o espalhamento do
agregado, normalmente por caminhões basculantes dotados de distribuidores. Procedese então a compressão dos agregados sobre o ligante com rolo compactador apropriado.
O número de vezes que o procedimento é realizado define a nomenclatura do
tratamento: Tratamento superficial simples, duplo ou triplo.
2.2.6.2 Revestimentos asfálticos por mistura
Nestes revestimentos, a mistura do agregado com o material betuminoso é efetuada em
usinas de asfalto. A massa asfáltica é então transportada até o local de aplicação, onde é
transferida para uma unidade de aplicação (vibroacabadora) que a distribuirá na pista
para então ser compactada.
De acordo com o processo construtivo, os revestimentos por misturas podem ser
classificados em: pré-misturado a frio (quando os tipos de agregados e de ligantes
utilizados permitem que o espalhamento seja feito à temperatura ambiente) e prémisturado a quente (quando é necessário o aquecimento do ligante e do agregado para
que seja efetuada a mistura), sendo descritos a seguir.
• CBUQ – Concreto Betuminoso Usinado a Quente
Concreto betuminoso é o produto resultante da mistura a quente, realizada em usina
apropriada, de agregado mineral graduado, material de enchimento (filler) e cimento
asfáltico, espalhado e compactado a quente, de modo a satisfazer as exigências das
especificações e de projeto, tais como granulometria, teor de betume, estabilidade,
volume de vazios, etc.
A designação, concreto betuminoso usinado a quente ou concreto asfáltico, tem sido
reservada para pré-misturados a quente de graduação densa, em que são feitas rigorosas
exigências no que diz respeito a equipamentos de construção e índices tecnológicos.
45
• SMA – “Stone Matrix Asphalt”
Conforme Bernucci et al (2008), é um revestimento asfáltico, usinado a quente,
concebido para maximizar o contato entre os agregados graúdos, aumentando a
interação grão-grão.
A mistura asfáltica SMA é caracterizada pelo elevado conteúdo de agregado que forma
o esqueleto mineral. Os vazios no esqueleto mineral são preenchidos por um mástique
betuminoso de alta viscosidade. O alto percentual de agregado graúdo, de cerca de 70%,
assegura um contato grão/grão depois da compactação. A rigidez necessária para o
mástique é alcançada por meio da adição da areia britada (Horst, 2000, apud Cardoso,
2004).
O consumo de ligante varia entre 6,0 e 7,5% e é aplicado com espessuras variando de
1,5 a 7,0 cm. Esta mistura tende a ser impermeável, com volume de vazios variando de
4 a 6%.
• CPA – Camada Porosa de Atrito
São concretos asfálticos que apresentam granulometria aberta, com grande percentagem
de vazios, normalmente entre 18 e 25%, em função das pequenas quantidades de filler
utilizados, agregado graúdo e ligante asfáltico. É empregado como camada de
rolamento com a finalidade principal de aumentar a aderência pneu-pavimento em dias
de chuva, atuando também como atenuador de ruídos. Os agregados utilizados devem
ser todos britados, apresentar abrasão Los Angeles de no máximo 30%, índice de forma
≥ 0,5, sanidade com perda ≤ 12% e absorção de água máxima de 12%.(Bernucci et al,
2008).
• “Gap-graded”
É uma mistura que apresenta uma graduação descontínua, proporcionando uma textura
superficial rugosa ou aberta, mas com teor de vazios não elevados.
46
• AAUQ - Areia Asfalto Usinada à Quente
É uma mistura em usina a quente, composta de agregado miúdo, geralmente areia,
cimento asfáltico de petróleo e caso necessário, filler. (Bernucci et al, 2008). É utilizada
como revestimento em rodovias com pequeno volume de tráfego, podendo ser utilizada
também como camada de regularização ou de nivelamento. Esta mistura apresenta um
desgaste acentuado e é recomendado principalmente para locais onde a aquisição de
agregado graúdo for onerosa. A espessura da camada acabada não deve ultrapassar 5
cm.
2.2.6.3 Misturas Confeccionadas e Aplicadas por Usinas Móveis
São as denominadas lamas asfálticas, consistindo basicamente da associação entre
agregados minerais, material de enchimento ou filler, emulsão asfáltica e água, que são
misturadas e espalhadas por uma usina montada em caminhão dotado de silos frios,
tanques de emulsão e água, misturador e espalhador.
O microrevestimento asfáltico é um tipo de lama asfáltica, sua diferença em relação à
lama tradicional consiste na utilização de emulsão modificada por polímero (Bernucci et
al, 2008).
A utilização de ambas se dá principalmente na manutenção de pavimentos que
apresentam desgaste superficial e pequeno grau de trincamento. Por possuir elevado
coeficiente de atrito, pode ser utilizada também como camada de atrito, empregadas na
correção de pavimentos que apresentam superfícies escorregadias, quando se emprega
uma granulometria mais graúda de agregados (Bernucci et al, 2008). A espessura
acabada é da ordem de 5 mm.
2.2.7 Os defeitos nos pavimentos asfálticos
No Brasil, grande parte dos pavimentos flexíveis possui revestimento de concreto
asfáltico e, como já discutido, estão sujeitos aos efeitos do envelhecimento, podendo
47
também apresentar desgaste prematuro, quer seja por falhas de projeto ou de execução,
pela falta de manutenção adequada ou pela ação de fatores externos, como o clima e o
tráfego.
Os principais defeitos dos pavimentos flexíveis são: afundamento da trilha de roda;
fissuras de fadiga; retração térmica e perda de adesividade. O afundamento da trilha de
roda e as fissuras de fadiga estão mais relacionados com o tráfego atuante e a estrutura
do pavimento, enquanto a retração térmica e a perda de adesividade estão associadas
com as características dos materiais utilizados e as condições climáticas atuantes
(Specht, 2004).
2.2.7.1
Afundamento de trilha de roda
O defeito mais freqüente nos pavimentos flexíveis. Ocorrem deformações permanentes,
irreversíveis, nas trilhas de rodas dos caminhões nas estradas, corredores de ônibus
urbanos, e nos pátios de estacionamento com revestimentos asfálticos.
Segundo Yoder e Witczak (1975), a deformação permanente é uma manifestação de dois
diferentes mecanismos, ou seja, uma combinação da densificação (variação de volume)
e da deformação cisalhante repetida (fluxo plástico sem variação de volume),
Além das condições do tráfego e condições ambientais terem efeitos diretos sobre a
ocorrência das trilhas-de-roda, as propriedades das misturas são de suma importância no
entendimento do fenômeno e, conseqüentemente, no controle de sua ocorrência em
pavimentos.
2.2.7.2 Fissuras por fadiga
O fenômeno da fadiga pode ser descrito como um processo de deterioração que o
pavimento apresenta quando submetido a um estado de tensões e de deformações
repetidas, causando assim o aparecimento de trincas ou fraturas completas, após um
número suficiente de repetições do carregamento.
48
Para Medina e Motta (2005), o trincamento é o início de uma fase de deterioração
estrutural que altera o estado de tensões e deformações dos pavimentos asfálticos e tem
por conseqüência a queda do seu desempenho. Segundo os mesmos autores, as misturas
asfálticas com volume de vazios elevados são mais susceptíveis ao trincamento por
fadiga.
As trincas iniciam-se geralmente na parte inferior do revestimento, propagando-se por
reflexão para as camadas superiores até atingir a superfície. Em revestimentos espessos,
de 20cm ou mais, as trincas podem ter início na superfície, pela curvatura convexa
próximo às rodas (Medina e Motta, 2005).
2.2.7.3
Perda de adesividade
Oliveira Filho e Soares (2006) relatam que, em misturas asfálticas, a perda da
adesividade entre agregado e ligante está comumente relacionada três fatores: a
incompatibilidade entre a constituição mineralógica do agregado e a constituição físicoquímica do material betuminoso, a ação da água e a presença de sujeira e finos na
superfície do agregado.
Ainda segundo os autores, a perda de adesão do ligante asfáltico com a superfície do
agregado (fratura adesiva) bem como a fratura do próprio filme de ligante (fratura
coesiva), é a origem de muitos tipos de defeitos ocorrente na superfície dos pavimentos,
incluindo o trincamento por fadiga, as trilhas-de-roda e danos por umidade.
Specht (2004) comenta que outro fator importante é a influência do volume de vazios da
mistura na sua propensão a danos devido a ação da umidade. Misturas com volume de
vazios entre 6 e 13% não são impermeáveis, tampouco possuem boas características
drenantes, sendo assim mais susceptíveis ao dano por umidade induzida.
De acordo com o autor um eficiente sistema de drenagem de um pavimento é capaz de
evitar o acúmulo de água junto ao revestimento e a umidade ascendente por
capilaridade.
49
De acordo com Leite (1999), a adição de polímeros ao asfalto melhora sensivelmente a
sua propriedade mecânica, em especial a resistência ao trincamento a baixas
temperaturas e ao escoamento sob condições de temperaturas elevadas. Estes ganhos de
resistência concorrem com a melhoria de qualidade dos pavimentos rodoviários,
tendendo a retardar o aparecimento das patologias citadas.
50
2.3 ASFALTO MODIFICADO
A busca constante de novos materiais que melhorem o desempenho dos pavimentos
flexíveis levou ao desenvolvimento e uso de asfaltos modificados, que visam ampliar a
faixa de utilização dos ligantes asfálticos.
Insere-se neste contexto a utilização de asfaltos modificados com polímeros, que dão à
mistura alta flexibilidade, coesão e durabilidade incrementando a resistência dos
agregados ao arranque, sob a ação dos esforços tangenciais gerados pelas cargas
oriundas do tráfego, ao longo da sua vida útil (Oda e Fernandes Júnior, 2001).
Gonzalez et al. (2004), mostraram que a adição de polímeros ao CAP melhora suas
propriedades viscoelásticas conferindo maior estabilidade ao pavimento. Lamontagne et
al. (2001), ao estabelecerem a comparação entre o asfalto puro e o modificado,
concluíram que CAP’s modificados por polímeros reduzem a susceptibilidade térmica e
a deformação permanente causadas pelo grande número de solicitações de cargas
induzidas pelo tráfego, aumentando assim a vida útil dos pavimentos.
2.3.1
Os polímeros modificadores
As moléculas que contém um número de átomos encadeados superior a uma centena,
unidas por ligações covalentes são denominadas macromoléculas. Essas moléculas têm
características próprias que passam a predominar sobre as características dos átomos
que as constituem. Essas propriedades decorrem de interações envolvendo segmentos da
mesma macromolécula ou de outras. As propriedades especiais das macromoléculas,
geralmente surgem a partir de um peso molecular entre 1000 e 1500, aumentando à
medida que há crescimento deste valor (Pinto, 2003).
Diferentemente das macromoléculas naturais que são estruturalmente complexas, as
macromoléculas sintéticas são estruturalmente simples, formadas por unidades
repetidas, denominadas monômeros e por isso são chamadas de polímeros. Os
51
homopolímeros são aqueles constituídos por apenas um monômero. Os copolímeros,
por sua vez, apresentam pelo menos dois monômeros em sua estrutura. (Leite, 1999)
Os polímeros se classificam de diversas formas:
a) quanto à ocorrência: naturais e sintéticos;
b) quanto à preparação: adição e copolímeros;
c) quanto à cadeia: homogêneos ou heterogêneos;
d) quanto à estrutura: lineares ou tridimensionais;
e) industriais: elastômeros, plásticos e fibras.
O copolímero apresenta geralmente melhores propriedades físicas e mecânicas, e por
isso, o completo domínio da tecnologia de copolimerização foi um importante avanço
na engenharia de construção (Pinto, 2003).
Estruturalmente os polímeros são classificados em lineares (termo-sensíveis) e
tridimensionais (termofixos). Monômeros bifuncionais geram polímeros de cadeias
lineares, enquanto os monômeros tri e tetrafuncionais geram os tridimensionais,
caracterizado por uma estrutura espacial obtida pela interligação dessas unidades
polifuncionais. Em função da posição de cada monômero na cadeia de polímero, têm-se
os co-polímeros randômicos, quando unidades químicas estão dispostas aleatoriamente
na cadeia polimérica os polímeros são ditos estatísticos, por outro lado se houver uma
disposição perfeita entre os monômeros, estes são chamados de copolímeros alternados.
Os copolímeros em bloco são os que apresentam unidades químicas iguais
alternadamente. Se houver ramificações poliméricas na cadeia principal tem-se o
copolímero enxertado ou grafitizado (Pinto, 2003). A união de dois copolímeros para
formar um terceiro tem-se o Terpolímero (Negrão, 2006).
De acordo com Leite (1999), a classificação mais utilizada para os polímeros é a de
Disnnem que os classifica em quatro grupos distintos, que são:
52
• Termorrígidos: são aqueles que não se fundem, degradam ao atingirem uma
temperatura limite e endurecem irreversivelmente depois de aquecidos a uma
temperatura que é função de sua estrutura química. As cadeias moleculares
formam rede tridimensional resistente a qualquer mobilidade.
• Termoplásticos: são aqueles que, por apresentarem ligações intermoleculares
mais fracas (Van der Walls), se fundem e se tornam maleáveis, de modo
reversível, quando aquecidos. Normalmente consistem de cadeias lineares, mas
podem ser também ramificadas. São adicionados aos asfaltos à alta temperatura.
• Elastômeros: são aqueles que quando aquecidos se decompõem antes de
amolecer e apresentam propriedades elásticas semelhantes às da borracha (DNER,
1998);
• Elastômero-termoplásticos: são aqueles que, ao serem aquecidos se comportam
como termoplásticos, mas em temperaturas mais baixas apresentam propriedades
elásticas (DNER, 1998).
Leite et al. (2004) comentam que alguns modificadores ácidos, em especial o ácido
polifosfórico, melhoram a susceptibilidade térmica dos CAP’s e vêm sendo empregados
com sucesso nos EUA. Recentemente foi desenvolvido um polímero reativo para
modificar quimicamente o asfalto, designado terpolímero de etileno, butilacrilato e
glicidilmetacrilato, comercializado como Elvaloy®.
Com o objetivo de padronizar o uso dos asfaltos modificados com polímero, técnicos do
IPR/DNER elaboraram algumas especificações para asfalto e emulsão modificados com
polímeros, conforme apresentado nas tabelas 2.6 e 2.7, respectivamente.
O índice de suscetibilidade térmica (IST) deve ser determinado a partir da inclinação da
reta penetração x temperatura, para temperaturas de 15, 20, 25, 30 e 35°C. A inclinação
53
da reta é determinada pelo ajuste da Equação 2.7: log (pen) = C + AT, aos pontos dos
ensaios, onde: A = inclinação da reta; C = constante; T = temperatura (°C) PEN =
penetração em décimos de milímetro (DNER, ES 385/99, 1999). O produto não deve
produzir espuma quando aquecido a 175°C.
Tabela 2.6 - Especificação de asfalto modificado por polímero SBS (DNER-EM 396/99)
Exigência
Característica
Mínima
Máxima
Penetração: 100 g, 5 s, 25ºC, 0,1 mm
45
-
Ponto de fulgor, ºC
235
-
Ductilidade, 25ºC, 5 cm/min, cm
100
-
Densidade relativa 25ºC/25ºC
1,00
1,05
60
85
-
-13
Recuperação elástica, 20cm, 25°C, %
85
-
Viscosidade cinemática, 135ºC, Cst
850
-
350
-
-
4
• diferença de recuperação elástica, 20 cm, 25ºC
-
3
índice de suscetibilidade térmica (ISTx10²)
2
5
-
1,0
50
-
-
4
80
-
Ponto de amolecimento, ºC
Ponto de ruptura FRAASS, ºC
Estabilidade ao armazenamento, 500 ml em estufa a
163ºC por 5 dias:
• diferença de ponto de amolecimento, ºC
Efeito do calor e do ar
Variação de massa,%
Porcentagem da penetração original
Variação do ponto de amolecimento, ºC
Recuperação elástica, %
54
Tabela 2.7 - Especificação de emulsão asfáltica polimerizada por SBS ou SBR para pintura de
ligação (DNER-EM 396/99)
Exigência
Ensaios
Característica
Mínima
Máxima
SBS
SBR
SBS e SBR
20
20
30
ABNT – NBR 14491
Viscosidade Saybolt Furol, 25ºC, s
DNER – ME 006/94
Sedimentação, cinco dias, % em peso
-
-
5
DNER – ME 002/98
Peneiramento, retido peneira 0,84mm % em
peso
-
-
0,10
ABNT – NBR 002/98
Carga de partícula
Positiva
Positiva
-
Resíduo de emulsão por destilação % em
peso
62
62
-
DNER – ME 003/94
Penetração, 100g, 5s, 25ºC, 0,1mm
50
50
100
ABNT – NBR 6560
Ponto de amolecimento, ºC
55
55
-
ASTM – D 2170
650
550
-
DNER – ME 382/99
Recuperação elástica, 20cm, 25ºC %
75
60
-
ABNT – NBR 6293
Ductibilidade, 25ºC, cm/ mim, cm
60
60
-
ABNT – NBR 6568
Ensaio sobre o resíduo
Conforme salienta Nascimento e Reis (1999) os polímeros do tipo elastômero
termoplásticos alteram sensivelmente o comportamento do cimento asfáltico,
melhorando as propriedades mecânicas num grande intervalo de temperatura, sob os
aspectos seguintes:
• acrescentam elasticidade ao cimento asfáltico, produzindo revestimentos mais
flexíveis. Para baixas temperaturas, o ganho de elasticidade os torna menos
susceptíveis ao aparecimento de trincas e fissuras. Os elastômeros proporcionam
também incrementos no ponto de amolecimento e da viscosidade do CAP. Para
temperaturas elevadas, este efeito minimiza o risco de exsudação, afundamento e
redução da macrotextura do pavimento;
• obtêm-se ligantes que, para a temperatura de aplicação, apresentam viscosidade
dentro dos limites recomendados pelas especificações e que na faixa de
temperatura de trabalho, apresentam elevada viscosidade;
• são capazes de retardar o envelhecimento do asfalto;
• o ponto de amolecimento , superior ao dos cimentos asfálticos convencionais
55
tornam o módulo de rigidez menos susceptíveis às variações de temperatura;
• permitem a realização de revestimentos com módulos elásticos dinâmicos que
atendam às condições a que serão submetidos, acarretando no aumento da
resistência dos pavimentos às deformações permanentes e à fadiga, sobretudo para
temperaturas de trabalho elevadas.
Os principais tipos de polímeros produzidos no Brasil estão apresentados na Tabela 2.8.
Tabela 2.8 - Principais tipos de polímeros produzidos no Brasil
Empresa
Produto
Shell, Petroflex
SBS
Politeno, Poliolefinas
EVA
Polibrasil, Polipropileno
PP
Petroflex
SBR
Brasilvil, Eletrocloro
PVC
Vulcan
Poliuretano
Nitriflex
EPDM
Union Carbide, Polialden, Eletrocloro, Polisul
LPDE
Du pont*
RET
Fonte: Leite (1999), * Negrão (2006)
2.3.2 Influência da variação da temperatura sobre o asfalto modificado
O asfalto é um material termosensível, ou seja, seu desempenho mecânico é largamente
influenciado pela variação da temperatura e também pelo tempo de aplicação de cargas.
A esta influência que a temperatura exerce sobre o comportamento dos materiais, dá-se
o nome de susceptibilidade térmica, fator preponderante na durabilidade do asfalto.
(Coelho, 1996)
Ramos (1996), relata que o índice de susceptibilidade térmica de Pfeiffer-Van Doormal
(IST), é um dos mais importantes parâmetros utilizados na caracterização dos asfaltos.
56
Este índice é obtido através dos resultados do ensaio de penetração (PEN) e do ponto de
amolecimento (PA) e calculado através da seguinte expressão:
IST =
500 × log PEN + 20 × PA − 1951
Equação 2.8
120 − 50 × log PEN + PA
Onde: PEN, em décimos de mm e PA em ºC.
Valores de IST < -2 indicam asfaltos muito suscetíveis a variações de temperatura, isto
é, amolecem rapidamente com o aumento de temperatura permitindo o aparecimento de
deformações plásticas ou permanentes; IST > +2 indica asfaltos oxidados, pouco
influenciáveis à temperatura e quebradiços a baixas temperaturas, não sendo indicados
para fins de pavimentação (Santana e Gontijo, 1994).
Conforme salientam Guarçoni e Santana (1990) a ruptura dos concretos asfálticos, sob
baixas temperaturas, se deve principalmente ao aumento da rigidez do ligante utilizado.
Isso está ligado ao fenômeno da oxidação (envelhecimento do CAP em serviço),
caracterizado pela diminuição dos maltenos e aumento dos asfaltenos. O enrijecimento
do ligante leva o pavimento a perder sua flexibilidade, provocando o surgimento de
trincas generalizadas.
Ramos et al (1996) afirmam que o SBS, por ser um copolímero termoplástico, permite
que o ligante modificado possa fluir livremente quando aquecidos, em virtude dos
domínios estirênicos. Entretanto, embora o CAP se torne excessivamente fluido nas
temperaturas mais altas de trabalho, os domínios estirênicos do SBS permanecem
sólidos, o que faz com que o ligante, nessas condições, trabalhe como borracha
vulcanizada.
Segundo Guarçoni e Santana (1990), o aparecimento destes domínios de poliestireno à
temperatura ambiente (até 80 ºC) é responsável pelo alto valor do módulo de
elasticidade destes materiais. Quando a temperatura se eleva acima de 80 ºC estes
domínios fundem e o módulo cai rapidamente. O SBS quando misturado ao asfalto
57
poderá apresentar estes domínios até 80 ºC, desde que o teor de componentes
aromáticos (aromaticidade) seja tal que permita a compatibilização do SBS com o
asfalto e não dissolva os domínios de poliestireno formados.
2.3.3 Classificação dos polímeros para modificar os asfaltos
Segundo Bernucci et al (2008), nem todos os polímeros são passíveis de serem
adicionados ao CAP. Por outro lado, nem todos os cimentos asfálticos, quando
modificados por polímeros, apresentam estabilidade à estocagem. Estes fatos implicam
na adoção de cuidados na escolha do polímero e sua compatibilidade com os agregados
a serem utilizados.
De acordo com Ramos. et al. (1996), a modificação dos asfaltos deve focar a obtenção
de um ligante que apresente as mesmas características de fluidez nas temperaturas de
mistura, espalhamento e compactação e, principalmente, que apresente um ganho na
faixa de trabalho plástico quando comparado ao CAP puro, isto é, não deve se tornar
demasiadamente rígido nas temperaturas mais baixas e deve preservar suas
propriedades plásticas nas mais altas temperaturas de trabalho que o pavimento venha a
ser submetido.
O estado coloidal e a composição química bem definida dos ligantes asfálticos são
fatores limitantes dos tipos de polímeros a serem utilizados na sua modificação. Bons
resultados têm sido obtidos com polímeros que apresentam boa recuperação elástica e
resistência mecânica à tração satisfatória (Reis e Santo, 1999).
Segundo Reis e Santo (1999), os polímeros denominados comercialmente de borrachas
termoplásticas (TR), apresentam blocos finais de poliestireno associados em domínios
incorporados a uma matriz de borracha butadieno. Quando estes são dispersos no asfalto
a quente, os domínios de poliestireno dissolvem-se completamente, passando a
apresentar características termoplásticas, o que irá facilitar a mistura e a compactação da
massa asfáltica.
58
Quando resfriados, esses blocos de poliestireno associam-se promovendo um
entrelaçamento entre as cadeias de polibutadieno, formando uma rede tridimensional
(crosslinking físico), concedendo ao material betuminoso propriedades de resistência
mecânica e elasticidade similares aos da borracha vulcanizada. Os autores afirmam
ainda, que através de uma modificação estrutural, é possível obter um produto
homogêneo, estável termicamente, capaz de superar as limitações dos asfaltos
tradicionais.
Guarçoni e Santana (1990), citam que valores limites de viscosidade nas temperaturas
de mistura impedem a utilização de grande número de polímeros, em especial aqueles
de alto peso molecular (> 500.000). É o caso de polímeros que apresentam fraca coesão
molar específica (1.000 a 1.300 cal/mol), tais como: polietileno, o poliisobutileno o
polibutadieno e a borracha natural, que precisam ser adicionados em altas quantidades
ao CAP, para conferir a esse ligante ganhos de resistência mecânica satisfatória. No
caso de polímeros do tipo poliestireno (2.600 cal/mol) ou o acetato de polivinila (3.200
cal/mol), de alta coesão molar, a resistência intrínseca torna-se nitidamente mais
elevada. Polímeros com alto grau de polimerização, ou seja, com cadeias longas e muito
viscosas, alteram as propriedades reológicas do cimento asfáltico.
A introdução de qualquer tipo de polímero promove uma perturbação no equilíbrio
coloidal do ligante asfáltico, acarretando importantes conseqüências nas características
mecânicas, químicas e na compatibilidade do sistema.
De acordo com Leite e Soares (1997), a consistência do CAP a ser modificado pode ser
qualquer uma das constantes das especificações brasileiras de asfalto. A adição de
compatibilizantes à mistura de CAP e SBS altera a relação asfaltenos/aromáticos e a
viscosidade da mistura, tornando-a compatível e com consistência capaz de melhorar as
propriedades reológicas do CAP convencional. Esses compatibilizantes são diluentes
aromáticos oriundos de unidade de produção de lubrificantes, unidade de craqueamento
catalítico ou de unidades de destilação a vácuo de óleo de xisto. São produtos que
possuem alto teor de carbono aromático.
59
Leite e Soares (1997) afirmam que as misturas de asfalto com polímero são sistemas
multifásicos, compostos de uma fase rica em polímero, outra fase rica em asfaltenos não
adsorvidos pelo polímero e uma terceira formada pelos maltenos. Estas fases existem
em um equilíbrio metaestável que, do ponto de vista termodinâmico, tendem a separar.
A separação ou não das mesmas é uma questão de condição cinética. Período de
estocagem longo e a altas temperaturas implicarão em uma diminuição da viscosidade,
criando condições propicias à separação de fases.
A eficácia das misturas polímero-asfalto é função da concentração e do tipo de polímero
usados. Citamos como exemplo o polímero SBS cuja concentração normalmente
começa a ser relevante para teores entre 4 e 6% e o RET (Elvaloy) cujos teores
normalmente se situam entre 1 e 2%.
2.3.4 Vantagens da utilização do asfalto modificado
As principais vantagens da utilização do asfalto modificados, de acordo com Reis e
Santo (1999), são as seguintes:
- Nas misturas asfálticas densas:
• maior resistência à ocorrência das deformações permanentes (trilhas-de-roda);
• aumento da vida de fadiga;
• reduzir a espessura da camada do revestimento; e
• melhorar a adesão e a coesão frente à ação da água e do tráfego.
- Nas camadas drenantes:
• melhor resistência à ação da água e ao arrancamento do agregado pelo tráfego;
• incremento na capacidade de drenagem superficial do pavimento, impedindo a
formação de lâminas d’água, evitando a hidroplanagem;
• diminuição do ruído, melhorando as condições de conforto e segurança dos
usuários;
60
• maior espessura do filme asfaltico envolvendo os agregados, diminuindo o
envelhecimento do ligante;
• resistência ao aumento da densidade causada pelo tráfego, mantendo a
permeabilidade.
- Nas camadas de absorção de tensões:
• manutenção das propriedades elásticas sob uma faixa maior de temperatura que o
CAP convencional;
• minimização da reflexão de trincas do revestimento antigo para o novo;
• absorver as tensões, permitindo ao projetista reduzir a espessura das camadas
asfálticas; e,
• aumentar a ligação entre as camadas asfálticas.
2.3.5
Principais polímeros utilizados em pavimentação
Segundo Leite (1999), os polímeros para uso em pavimentos podem ser definidos da
seguinte maneira:
SBS/SIS: são elastômeros termoplásticos que formam blocos do tipo estirenobutadieno-estireno
ou
estireno-isopreno-estireno. Quando
aquecidos escoam-se
livremente, mas apresentam resistência mecânica elevada e boas propriedades
resilientes à temperatura ambiente.
A configuração espacial do SBS é formada por duas regiões distintas: as esferas que são
os microdomínios estirênicos e as molas que representam os microdomínios
butadiênicos. Quando o SBS é dissolvido em um CAP apropriado, a porção estirênica
será solvatada pelos componentes aromáticos do asfalto, formando um gel estabilizado,
em que a seqüência butadiênica mantém a estrutura em certa conformação espacial
61
responsáveis pelas melhorias das propriedades reológicas deste material em relação ao
cimento asfáltico puro.
SBR: são copolímeros aleatórios de estireno e butadieno, obtidos principalmente por
processo de polimerização em emulsão, em que as partículas de polímeros ficam
suspensas no asfalto na forma de látex. Por pertencer à classe dos elastômeros, resistem
bem a temperaturas elevadas e apresentam propriedades elásticas semelhante às da
borracha. Apresenta também boa compatibilidade com o asfalto. Suas propriedades
mecânicas não são significantes, mas podem ser muito melhoradas através do processo
de vulcanização, que é obtida através de reação com enxofre ou peróxidos.
EVA: é um copolímero plastômero de etileno e acetato de vinila. A porcentagem de
acetato de vinila na composição desse copolímero pode variar, podendo ser muito baixa
(3%) ou atingir cerca de 50%. Os segmentos de etileno são semicristalinos. Já os que
contêm o grupo acetato compõem a fase amorfa. Suas maiores vantagens são a
resistência à flexão e estabilidade térmica, aliadas a um custo razoável. A redução do
teor de acetato de vinila aumenta o módulo de rigidez e a temperatura de amolecimento
desses polímeros além de diminuir a temperatura de fragilidade.
Escoa-se irreversivelmente quando submetidos a uma tensão cisalhante, visto que não
possui reticulação como SBR ou microdomínios, como o SBS.
RET (“Reative Elastomere Terpolymer”): terpolímero elastomérico reativo, é um
polímero termoplástico que reage quimicamente com o asfalto, e será descrito no
próximo tópico.
2.3.6 Polímero RET
Um breve histórico do desenvolvimento deste polímero é apresentado por Negrão,
(2006). Segundo o autor, as pesquisas para seu desenvolvimento, tiveram início em
1988, quando se buscava um modificador facilmente capaz de ser incorporado ao
asfalto, com propriedades viscoelásticas similares às dos asfaltos com outros
62
modificadores utilizados, tais como os Copolímeros de Estireno Butadieno. Em 1989 foi
desenvolvido o primeiro polímero do tipo RET de reação lenta. De 1994 até os dias de
hoje foram desenvolvidos vários tipos de polímeros RET, destacando-se entre eles o de
alta reação com catalisador.
O polímero RET apresenta uma composição química diferenciada dos elastômeros
formados por blocos de estireno-butadieno. É um terpolímero, ou seja, um polímero
formado pela união de três monômeros, quais sejam: a coluna de etileno, o n-butil
acrílato e o glicidil metacrilato. Quando adicionado ao asfalto ele reage quimicamente
com os asfaltenos, resultando em uma substancia quimicamente estável. A reação
química processada entre o polímero RET e o asfalteno é realizada pelo copolímero
glicidil metacrilato, por uma reação de adição, isto é, as duas substancias envolvida
produzem uma terceira, não havendo subprodutos como o vapor d`água ou gases
(Negrão, 2006).
Ainda conforme Negrão (2006), as principais características dos asfaltos modificados
por polímeros do tipo RET são:
• redução da suscetibilidade térmica;
• melhora das características adesivas e coesivas;
• aumento da resistência ao envelhecimento;
• elevação do ponto de amolecimento;
• diminuição do ponto de ruptura Fraass;
• aumento do intervalo de plasticidade;
• maior resistência à deformação permanente;
• ótimo comportamento reológico.
63
CAPÍTULO 3 - NORMAS E METODOLOGIAS
Neste capítulo, são apresentadas as normas e metodologias observadas no
desenvolvimento do trabalho. Será abordada a especificação inerente a cada material
utilizado, o método de ensaio e os procedimentos e estudos para o dimensionamento do
reforço.
A metodologia utilizada no desenvolvimento da pesquisa, se constituiu de quatro fases.
A primeira se refere ao levantamento das condições do pavimento existente no trecho
experimental, que constou de avaliação objetiva da superfície do pavimento, medição da
deflexão recuperável do pavimento através do Falling Weight Deflectometer e
contagem de tráfego. Com os dados obtidos efetuou-se o dimensionamento do reforço.
A fase seguinte foi composta dos estudos de laboratório, onde se analisou as
características dos materiais pétreos, assim como a granulometria das britas. Com os
resultados destes ensaios efetuou-se o projeto do concreto betuminoso usinado à quente
a ser utilizado nos serviços de reforço do pavimento.
A terceira fase constitui-se da modificação do cimento asfáltico de petróleo com o
terpolímero elastomérico reativo nos teores de 0,5; 1,0; 1,5 e 2,0% executado nos
tanques apropriados existentes no canteiro de obras, confecção e aplicação do concreto
asfáltico, execução do controle tecnológico da massa asfáltica onde se verificou as
características Marshall, granulometria e teor de betume, ensaios do ligante asfáltico e
controle de temperatura de usinagem da massa.
A última etapa foi a verificação das características da camada de reforço executada, que
constou de medição das deflexões nos bordos externos das duas faixas de rolamento,
perfazendo dois pontos avaliados por estação, que estão distantes dez metros entre si.
Foram extraídos da pista através de sonda rotativa, corpos-de-prova do revestimento
asfáltico executado, onde foram medidas as massas específicas e executados ensaios de
64
resistência à tração por compressão diametral, módulo de resiliência e vida de fadiga.
Esta etapa foi executada duas vezes, uma em redezembro de 2007 e a outra em outubro
de 2008.
3.1
AGREGADOS
3.1.1 Características tecnológicas
As características tecnológicas de um agregado servem para assegurar uma fácil
distinção de materiais, de modo a se poder comprovar sua uniformidade, bem como a
escolha de um material que resista, de forma adequada, as cargas que o pavimento irá
suportar.
Num serviço de pavimentação devem ser observadas as seguintes características dos
agregados (Pinto, 1997):
• Granulometria
Representada pela curva de distribuição granulométrica, é uma das características que
asseguram estabilidade aos pavimentos, em conseqüência do maior atrito interno obtido
por entrosamento das partículas, desde a mais graúda à partícula mais fina.
- Método utilizado: DNER – ME 083/98
• Forma
A avaliação da forma predominante entre os grãos de um agregado é feita por um
índice, denominado Índice de Forma, cuja determinação se faz por meio de ensaio
específico de mesmo nome. Para uso em revestimentos asfálticos tipo tratamento
superficial é importante que a maioria dos agregados empregados tenham a forma
cúbica, no caso dos revestimentos por mistura é possível usar agregados com formas
mais alongadas.
65
- Método utilizado: DNER – ME 086/97
• Porosidade
A porosidade do agregado é avaliada através de ensaios de absorção de água. Indica a
quantidade de água que um agregado é capaz de absorver quando em contato com a
mesma. É determinada em função da diferença de pesos, expressos em percentagem,
observados em uma amostra que, inicialmente é mergulhada em água por 24 horas e
depois de seca em estufa a 100ºC-110ºC, até constância de peso.
• Resistência ao choque e ao desgaste
A resistência ao choque e ao desgaste está associada à ação do trafego ou aos
movimentos recíprocos das diversas partículas. A resistência ao choque é avaliada pelo
ensaio Treton e a resistência ao desgaste pelo ensaio de abrasão Los Angeles.
• Durabilidade
A durabilidade de um agregado está relacionada à resistência ao intemperismo. É
avaliada por meio de um ensaio em que o agregado é submetido ao ataque de uma
solução padronizada de sulfato de sódio ou de magnésio.
- Método utilizado: DNER- ME 089/94
• Adesividade
Uma das qualidades essenciais a se exigir de um agregado a ser usado em revestimentos
asfálticos é que tenha boa adesividade, ou seja, não haja possibilidade de deslocamento
da película betuminosa pela ação da água. Geralmente os agregados básicos ou
hidrofílicos como os calcários e basaltos, têm maior adesividade dos que os ácidos ou
hidrofóbicos como granitos e gnaisses. A boa adesividade pode ser conseguida com a
adição de substancias melhoradoras de adesividade que se dividem em dois grandes
66
grupos: os sólidos: cal extinta, pó calcário, cimento portland; e os líquidos: alcatrões e
dopes, sendo este o mais usado devido a sua eficiência e facilidade de uso.
• Amostragem
Para que as características dos agregados possam ser determinadas de modo correto é
necessário que a amostra ensaiada seja representativa do agregado. Nos agregados
amontoados no canteiro de obras, há a formação de uma segregação natural no material
devido à tendência dos grãos maiores se acumularem na zona periférica do monte. Para
a formação de amostra representativa são colhidas, em diferentes pontos do depósito ou
do material amontoado, amostras parciais que após reunidas formarão a amostra total.
Essa amostra deverá ser misturada e quarteada através de quarteador ou quarteamento
manual. No quarteamento com quarteador procede-se do seguinte modo:
Verte-se o agregado no quarteador, recolhendo-se a amostra dividida através da grade,
em dois recipientes. Com o material de um dos recipientes é então passado outra vez no
quarteador, dividindo-se em duas outras porções. Repete-se o procedimento até obter a
quantidade pretendida de material.
Para quartear o material manualmente, verte-se o material em forma de cone, o qual será
transformado em tronco de cone com o auxilio de uma pá para achatamento. Em
seguida divide-se diametralmente o tronco do cone em quatro partes mais ou menos
iguais e tomam-se duas partes opostas de agregados misturando-as. Essa operação é
repetida tantas vezes quantas forem necessárias para se obter uma quantidade de
material desejada para a realização dos ensaios de caracterização.
3.1.2
Agregado graúdo
Os agregados graúdos são os materiais pétreos com dimensões maiores do que
2,00mm, ou que ficam retidos na peneira nº. 10. Devem ser constituídos de fragmentos
sãos, duráveis, não apresentar torrões de argila ou substancias nocivas, e ainda atender
ao preconizado nos seguintes ensaios:
67
a) Abrasão Los Angeles
- O objetivo deste ensaio é verificar o desgaste sofrido pelo agregado, quando
colocado na máquina “Los Angeles”, juntamente com uma carga abrasiva,
submetida a um certo numero de revoluções desta máquina a uma velocidade de
30rpm a 33rpm. O desgaste é expresso pela percentagem, em peso, pelo material
que passa, após o ensaio, pela peneira de malha quadrada de 1,7mm.
- Método utilizado: DNER-ME 035-98
- Graduação: A
b) Índice de Forma – DNER-ME 054/97
c)
3.1.3
Durabilidade- DNER-ME 089/94
Agregado miúdo:
Os agregados miúdos são os materiais com dimensões entre 0,075mm e 2,00mm
(passante na peneira nº. 10 e retido na peneira nº. 200). Devem ter suas partículas
individuais resistentes, livres de torrões de argila e substâncias nocivas e ainda,
apresentar equivalente de areia igual ou superior a 55% (DNER-ME 054/97).
Este ensaio tem por finalidade detectar a presença de finos plásticos nos agregados
miúdos. Esses finos provocam fenômenos de retração e inchamento quando estão
presentes nas misturas betuminosas.
3.2 LIGANTES ASFÁLTICOS
Os ligantes utilizados na pesquisa foram o cimento asfáltico de petróleo (CAP) puro e o
melhorado com polímero tipo terpolímero elastomérico reativo (RET). Ainda não há
normatização para o asfalto melhorado com este polímero, tendo sido adotada para
efeito de controle as Especificações dos Cimentos Asfálticos de Petróleo Modificados
68
por Polímeros SBS da Agencia Nacional do Petróleo, Gás Natural e Biocombustíveis
(Resolução ANP 31/2007), apresentada na Tabela 3.1.
Tabela 3.1 - Especificações dos Cimentos Asfálticos de Petróleo Modificados por Polímero SBS
( Resolução ANP 31/2007)
CARACTERÍSTICA
LIMITE
MÉTODO
UNID.
Grau
Penetração (100 g, 5s, 25ºC)
0,1
mm
Ponto de amolecimento, min
ºC
Cp
a 135ºC, spindle 21, 20 rpm, máx.
a 150ºC, spindle 21,50 rpm, máx.
a 177ºC, spindle 21, 100 rpm, máx.
ABNT/
50/65
55/75
60/85
65/90
45- 70
45-70
40-70
40-70
6576
D5
50
55
60
65
6560
D 36
15184
D 4402
1500
3000
3000
3000
1000
2000
2000
2000
500
1000
1000
1000
NBR
ASTM
Ponto de fulgor, mín.
ºC
235
235
235
235
11341
D 92
Ensaio de Separação de fase, máx.
ºC
5
5
5
5
15166
D 7173
Recuperação elástica a 25ºC, 20cm, mín.
%
65
75
85
90
15086
D 6084
1
1
1
1
15235
D 2872
ºC
-3 a +6
-5 a+7
-5 a+7
-5 a+7
6560
D 36
%
60
60
60
60
6576
D5
%
80
80
80
80
15086
D 6084
Efeito do calor e do ar (RTFOT) a 163ºC, 85
mín.
Variação de massa, max.; % (1)(2)
Variação do ponto de
amolecimento, máx. (2)
Percentagem de penetração original, mín. (2)
Percentagem de Recuperação Elástica Original a
25ºC, mín. (2)
%
massa
69
(1) A variação em massa, em porcentagem, é definida como:
M = (Minicial – Mfinal)/Minicial x 100
Onde:
Minicial – massa antes do ensaio RTFOT
Mfinal – massa após o ensaio RTFOT
(2) Ensaio realizado após teste RTFOT
3.2.1 Caracterização dos ligantes
Para a caracterização dos ligantes asfálticos foram realizados os ensaios abaixo
discriminados:
• Penetração (DNER ME 003/99)
É a distância medida em décimos de milímetros, que uma agulha padrão pesando 100g,
durante 5 segundos, penetra verticalmente em uma amostra de cimento asfáltico a uma
temperatura de 25ºC. Este ensaio avalia indiretamente o grau de dureza do CAP, que é
inversamente proporcional ao resultado do ensaio, sendo usado por algumas
especificações, como por exemplo, a do DNIT, como parâmetro classificador de tipo.
Este ensaio serve também para avaliar indiretamente o grau de envelhecimento do
betume recuperado de um revestimento antigo (Negrão, 2006).
• Viscosidade Saybolt - Furol (DNER ME 004/94)
É definida como o tempo necessário, medido em segundos, para que sessenta mililitros
de asfalto fluam, de modo contínuo, no viscosímetro Saybolt-Furol, por um orifício
70
circular de 0,169”, sob condições especificadas de temperatura. O principal objetivo
deste ensaio é determinar a fluidez dos asfaltos nas temperaturas de trabalho.
• Viscosidade Brookfield (NBR 15184)
Avaliam a viscosidade aparente do asfalto nas temperaturas de transporte, usinagem e
compactação de maneira a assegurar adequada trababilidade.
• Ponto de Fulgor (DNER ME 148/94)
É a menor temperatura na qual vapores provenientes do material betuminoso em
aquecimento, se inflamam por uma chama padronizada. É um ensaio que visa à
segurança no manuseio do asfalto, no transporte, estocagem e usinagem, quando são
submetidos a altas temperatura.
• Ductilidade (DNER ME 163/98)
É o alongamento em centímetros obtido antes da ruptura de uma amostra de CAP, na
seção diminuída do molde com largura inicial de 10mm, em banho de água a 25ºC,
tracionada a uma velocidade de 5cm/minuto. É uma maneira indireta de se avaliar a
coesão dos asfaltos. Essa propriedade demonstra a flexibilidade, isto é, a capacidade do
material ensaiado de se deformar sem se romper.
• Ponto de Amolecimento (DNER ME 247/94)
Também conhecido como “ensaio de anel e bola”, é a temperatura em que uma esfera
de aço pesando de 3,4 a 3,55 g, com diâmetro de 9,35 mm, atravessando um anel
padronizado de 15,8 mm de diâmetro e 6,4mm de altura, cheio com material
71
betuminoso, toca uma placa de referência distante 25,4mm, sob condições
especificadas.
• Retorno Elástico (DNER ME 382/99)
A recuperação elástica é a medida da capacidade de retorno do asfalto modificado por
polímero após a interrupção da tração mecânica especificada. O ensaio consiste na
colocação da amostra, devidamente preparada em um banho d’água, submetendo-a uma
tração que produza um alongamento de 200mm, quando o material é seccionado e
verificado o seu retorno após 60 minutos de repouso. O ensaio é executado a uma
temperatura de 25±0,5ºC e à velocidade de 5±0,25mm/min.
• Compatibilidade ou Separação de Fases (DNER ME 384/99)
Fixa o valor da estabilidade ao armazenamento do asfalto modificado por polímero. O
ensaio consiste em se colocar uma amostra de asfalto modificado em um recipiente de
500ml e, após cinco dias a 163ºC são determinados os pontos de amolecimento de
amostras do topo e do fundo do recipiente. A estabilidade é a diferença entre os pontos
de amolecimento assim determinados. Quanto menor for a diferença entre estes
resultados maior é a compatibilidade entre o asfalto e o polímero.
• Densidade a 20/4ºC (DNER ME 193/96)
É a relação entre a massa do CAP a 20ºC e a massa de igual volume de água a 4ºC, tem
por finalidade a transformação de unidades gravimétricas em volumétricas e é utilizada
no calculo do volume de vazios de misturas asfálticas.
• Efeito do Calor e do Ar (ABNT MB-425)
Este ensaio simula as condições a que um cimento asfáltico de petróleo é submetido
quando do processo de confecção de um concreto betuminoso usinado a quente. Permite
verificar a presença de óleos leves e/ou oxidação da amostra durante o aquecimento.
72
O ensaio consiste em aquecer o CAP a uma temperatura superior a 97ºC acima do ponto
de amolecimento do material analisado. Este material é colocado num recipiente
cilíndrico com fundo chato apresentando uma espessura de 0,3cm. Após colocar a
amostra no recipiente, deixa-se esfriar a temperatura ambiente e pesa-se com
aproximação de 0,001g. Leva-se o material à estufa a 163±1ºC, durante 5 horas, com
um giro de 5 rpm. Retira-se a amostra e deixa-se esfriar até a temperatura ambiente e
pesa-se com precisão de 0,001g e calcula-se a variação de peso em percentagem sobre o
peso do asfalto inicial. Após a pesagem da amostra, coloca-se o recipiente novamente
na estufa onde é deixado por 15 minutos. Retira-se a amostra e verte-se o material para
recipiente próprio e realiza-se o ensaio de penetração.
• Índice de Susceptibilidade Térmica
Indica a sensibilidade da consistência dos ligantes asfálticos à variação de temperatura.
O conhecimento prévio sobre como se comportará um determinado ligante frente à
variação de temperatura é de fundamental importância na qualidade dos serviços e
também na segurança do usuário da rodovia, tendo em vista as deformações plásticas
que poderão advir. Este ensaio deveria ser obrigatório no recebimento dos materiais nas
obras.
O índice de susceptibilidade térmica foi proposto em 1936 por Pfeiffer e Van Doormaal,
e representa o coeficiente angular da reta que passa pelos pontos (log800xPA) e
(logPx25ºC), admitindo-se como verdadeira a premissa de que a penetração na
temperatura do ponto de amolecimento seja de 800 décimos de milímetro, o que não é
aceito por muitos autores, que afirmam que a penetração de um grande número de CAPs
no seu ponto de amolecimento pode diferir consideravelmente de 800, principalmente
nos casos de CAPs com altos valores de ponto de amolecimento (Bernucci et al, 2008).
Seu coeficiente angular é calculado através da Equação 3.1.
Equação 3.1
73
Para resolver este problema, a especificação DNER-EM396/99, asfalto modificado por
polímero SBS, determina que o índice de susceptibilidade térmica (IST), deve ser
calculado a partir do coeficiente angular da reta log(pen) = C + tgα x T, para as
penetrações correspondentes aos pontos de temperaturas de 15ºC, 20ºC, 25ºC, 30ºC e
35ºC, e C uma constante.
Para se evitar o desenho em escala monolog e obtermos um valor preciso, sugerimos a
adoção do ajuste da curva usando-se o método dos mínimos quadrados, conforme
formula abaixo, que nos dá diretamente o parâmetro requerido, isto é, o coeficiente
angular (tgα) da reta que melhor se ajusta aos pontos dados.
n
n
n
n ⋅ ∑ xiyi − ∑ xi ⋅ ∑ yi
tgα =
i =1
i =1
n
i =1
n
n ⋅ ∑ xi ² − (∑ xi )²
i =1
Equação 3.2
i =1
onde:
xi – temperaturas: 15ºC, 20ºC, 25ºC, 30ºC e 35ºC.
yi – log pen.
pen.- penetração à temperatura xi.
Figura 3.1 – log penetração x temperatura
74
Para o calculo do Índice de Susceptibilidade Térmica (IST) utiliza-se a fórmula abaixo
descrita.
IST =
20 − 500 × tgα
1 + 50 × tgα
Equação 3.3
3.2.2 Controle de Qualidade
A norma DNIT 031/2006 – ES determina que no controle de qualidade do cimento
asfáltico sejam efetuados no mínimo, os seguintes ensaios:
• 01 ensaio de penetração a 25ºC para todo carregamento que chegar à obra.
• 01 ensaio do ponto de fulgor, para todo carregamento que chegar à obra.
• 01 índice de susceptibilidade térmica para cada 100 t.
• 01 ensaio de espuma para todo carregamento que chegar à obra.
• 01 ensaio de viscosidade “Saybolt-Furol”, para todo carregamento que chegar à obra.
• 01 ensaio de viscosidade “Saybolt-Furol” a diferentes temperaturas para confecção da
curva viscosidade x temperatura, para cada 100 t.
A especificação de materiais DNER-EM 396/99 cita, além dos ensaios acima,
parâmetros que devem ser atendidos de acordo com os seguintes ensaios:
• Ductilidade, 25ºC, 5 cm/min, cm
• Densidade relativa, 25ºC/25ºC
• Ponto de Ruptura Fraas, ºC
• Recuperação Elástica, 20 cm, 25ºC, %
• Viscosidade Cinemática a 135ºC e 155ºC, cSt
75
3.2 MISTURAS ASFÁLTICAS
Este item aborda a dosagem da mistura do concreto betuminoso usinado a quente –
CBUQ, assim como a normatização e os métodos de ensaios a serem obedecidos. O
projeto de concreto asfáltico deve ser formulado através do Método Marshall (DNERME 043/95), que é descrito sucintamente a seguir:
• Coleta, quarteamento e analise granulométrica dos materiais a serem utilizados.
• Seleção da faixa granulométrica (Tabela 3.2) a ser utilizada.
Tabela 3.2 – Faixas Granulométricas (DNIT 031/2006 – ES)
Peneira de malha
quadrada
Percentagem em massa, passando
Série
ASTM
Abertura
(mm)
A
B
C
Tolerâncias
2”
50,8
100
-
-
-
1½
38,1
95 – 100
100
-
± 7%
1”
25,4
75 – 100
95 – 100
-
± 7%
¾
19,1
60 – 90
80 – 100
100
± 7%
½
12,7
-
-
80 – 100
± 7%
3/8”
9,5
35 – 65
45 – 80
70 – 90
± 7%
Nº 4
4,8
25 – 50
28 – 60
44 – 72
± 5%
Nº 10
2
20 -40
20 – 45
22 – 50
± 5%
Nº 40
0,42
10 – 30
10 – 32
8 – 26
± 5%
Nº 80
0,18
5 – 20
8 – 20
4 – 16
± 3%
Nº 200
0,075
1-8
3–8
2 - 10
± 2%
4,0 – 7,0
camada de
ligação
(Binder)
4,5 – 7,5
camada de
ligação e
rolamento
4,5 – 9,0
camada de
rolamento
± 0,3%
Asfalto solúvel
no CS2(+)
76
• Determinação das percentagens de cada material componente da mistura, exceto o
CAP, que somadas perfazem 100%. A granulometria da mistura poderá variar dentro de
uma faixa de trabalho, que nada mais é do que a granulometria escolhida acrescida ou
decrescida do valor da tolerância de cada peneira. A faixa de trabalho deverá se
enquadrar dentro da faixa granulométrica adotada
• Determinação das massa específicas reais dos agregados, Brita 1, Brita 0 e Pó de
pedra.
• Determinação da massa específica real do ligante
• Cálculo da massa específica real da mistura de agregados (dag):
dag. =
100
% Brita1 % Brita 0 % Pódepedra
+
+
drBrita1 drBrita 0 drPódepedra
Equação 3.4
Sendo:
- % Brita 1, % Brita 0 e %Pó-de-pedra: Percentual de cada material utilizado.
- dr: massa específica real, conforme item anterior.
• Determinação da massa específica aparente da mistura agregado/ligante (da): Obtida
diretamente através da pesagem ao ar e imersa do corpo de prova.
• Cálculo da massa específica teórica da mistura agregado/ligante (dt):
dt =
100
Equação 3.5
%CAP 100 − %CAP
+
db
dag
Sendo:
db – Massa específica do betume
dag – massa especifica do agregado
%CAP – Percentagem de CAP na mistura
• Vazios (Vv) (%)
dag
Vv = (1 −
) ⋅ 100
dt
Equação 3.6
77
• Vazios cheios com betume (VCB)(%):
VCB =
%CAP
⋅ dag
db
Equação 3.7
• Vazios do agregado mineral (VAM) (%):
VAM = Vv + VCB
Equação 3.8
• Relação Betume Vazios (RBV) (%):
RBV =
VCB
⋅ 100
VAM
Equação 3.9
• Com as quantidades de cada material, confeccionar os corpos-de-prova (três para cada
teor), aquecer as misturas com 10ºC a 15ºC acima da temperatura do ligante, que deve
ser a temperatura na qual o ligante apresente uma viscosidade Saybol-Furol de
85±10segundos. A temperatura de compactação deve ser a temperatura em que o ligante
apresente viscosidade entre 125 e 155sSF.
• Os teores de asfalto devem variar de 0,5%.
• Resfriamento, desmoldagem e medições das dimensões (diâmetro e altura) dos corpos
de prova.
• Determinação da estabilidade e fluência Marshall
• Os parâmetros Vv, RBV, Resistência à Tração e VAM devem se enquadrar nos
valores especificados nas Tabelas 3.3. e 3.4.
• Confecção dos gráficos:
- % Vazios x % CAP
- RBV x % CAP
- Estabilidade x % CAP
- Fluência x % CAP
78
• Determinação do teor de betume, verificando os menores e maiores teores que
atendam simultaneamente, a todas as exigências de vazios, RBV, estabilidade e
fluência.
Tabela 3.3 - Características da Mistura
Características
Método de
ensaio
Camada
de
Rolamento
Camada
de
Ligação
(Binder)
Porcentagem de vazios, %
DNER-ME 043
3a5
4a6
Relação betume/vazios
DNER-ME 043
75 – 82
65 - 72
Estabilidade, mínima, (Kgf)
(75 golpes)
DNER-ME 043
500
500
Resistência à Tração por
Compressão Diametral
estática, mínima, MPa
DNER-ME 043
0,65
0,65
Tabela 3.4 Vazios do Agregado Mineral
VAM – Vazios do Agregado Mineral
Tamanho Nominal Máximo do
agregado
VAM Mínimo
%
#
mm
1 ½”
38,1
13
1”
25,4
14
3/4”
19,1
15
1/2”
12,7
16
3/8”
9,5
18
79
3.4
ESTUDO DE TRÁFEGO
O estudo de tráfego é uma das etapas mais importante no desenvolvimento de um
projeto de restauração rodoviária, um erro nesta fase pode acarretar em projetos
deficientes estruturalmente ou até mesmo em soluções superdimensionadas. As
atividades desenvolvidas para este fim encontram-se citadas a seguir:
- Contagem Volumétrica e Classificatória de Veículos;
- Determinação do Volume Médio Diário de Tráfego;
- Projeção do Tráfego;
- Cálculo do Numero “N”.
3.4.1 Contagem Volumétrica e Classificatória de Veículos
A contagem volumétrica e classificatória de veículos deve abarcar o tráfego médio da
rodovia durante todo o ano, devendo ser planejada para que seja executada em dias
médios de tráfego, ou, de preferência que seja realizado durante toda a semana. Merece
atenção o tráfego sazonal, que porventura se utiliza da rodovia pesquisada, devendo ser
identificado e quantificado, de modo a não mascarar a projeção da pesquisa para o
trafego anual. Com os dados obtidos na contagem determina-se o Volume Médio Diário
de Tráfego.
3.4.2 Projeção do Tráfego
Para projeção do tráfego durante o período de projeto, deve ser adotada uma taxa de
crescimento, em percentagem por ano. Com isto é possível efetuar a projeção do tráfego
do ano de abertura ao trafego até o final do período de projeto, geralmente de 10 anos
3.4.3 Cálculo do Número “N”
O Número Equivalente “N”, necessário ao dimensionamento do pavimento de uma
rodovia, é definido pelo número de repetições equivalentes de um eixo-padrão de 80 kN
(18.000 lb ou 8,2 tf), durante o período de vida útil do projeto.
80
Na determinação do Número “N” são considerados certos fatores relacionados com a
composição do tráfego e referidos a cada categoria de veículos, definida em função da
carga transportada e do número de eixos dos veículos.
Seus valores anuais e acumulados durante o período de projeto são calculados com base
nas projeções do tráfego, sendo necessário para isso o conhecimento qualitativo e
quantitativo da composição presente e futura dos veículos. Esse conhecimento é obtido
por meio das pesagens, pesquisa origem-destino, contagens volumétricas e
classificatórias e pesquisas de tendências da frota regional ou nacional. Como descrito
anteriormente a taxa de crescimento utilizada é definida pelo projetista em consonância
com o órgão contratante.
O número "N" é calculado pela seguinte expressão:
N = 365 × P ×VDM × Fv × Fr × D × d Equação 3.10
onde:
N = número equivalente de operações do eixo padrão;
P = período de projeto;
VDM = volume diário médio de tráfego;
Fv = fator de veículo;
Fr = fator climático regional;
D = porcentagem de veículos comerciais na faixa mais solicitada;
d = porcentagem de veículos por sentido.
Os Fatores de Veículos utilizados para o cálculo no Número “N” foram os preconizados
pela AASHTO e pelo USACE e são calculados segundo metodologia descrita a seguir.
O fator de veículos (Fv) é um multiplicador que permite a determinação do número de
eixos equivalentes ao eixo padrão a partir do volume de veículos que trafega durante o
período de projeto.
O fator de veículos é calculado a partir da seguinte expressão:
81
Fv = FE × FC Equação 3.11
onde:
FE = fator de eixo;
FC = fator de equivalência de carga.
Como não se dispõe de dados atualizados que representem as cargas atuantes no
referido trecho, a análise foi baseada na consideração de que a composição do fluxo de
veículos comerciais na faixa de projeto é de 100% (fator direcional 0,50) e
carregamento distribuído da seguinte forma: 25% dos veículos vazios, 70% dos veículos
com a carga máxima legal e 5% com a tolerância atualmente permitida em relação ao
Peso Bruto Total (PBT).
Ressalta-se que o grau de carregamento máximo por tipo de eixo permitido pela Lei da
Balança, permitido pelo Código de Trânsito Brasileiro (Lei nº 9.053. de 23.09.1997 –
resolução nº 12 de 06/02/1998), que corresponde a 6,0 tf no eixo simples dianteiro, e
10,0 tf, 17,0 tf e 25,5 tf para os eixos simples, tandem duplo e tandem triplo traseiros,
respectivamente.
Os fatores de equivalência à carga padrão de 8,2 tf foram determinados analiticamente,
considerando-se diversas situações dos veículos, com as cargas máximas legais por eixo
e vazios, utilizando-se dois métodos de cálculo preconizados pelo DNER, o do USACE
(United States Army Corps of Engineers) e o da AASHTO (American Association of
State Highway and Transportation Officials).
Por fim, no intuito de se considerar as variações de umidade dos materiais constituintes
do pavimento durante as diversas estações do ano (o que se traduz em variações da
capacidade de suporte dos materiais), multiplica-se o número equivalente de operações
do eixo padrão (ou parâmetro de tráfego) "N" por um coeficiente "Fr”, denominado
Fator Regional, que, na pista experimental da AASHTO, variou de 0,2 (ocasiões em que
prevalecem baixos teores de umidade) a 5,0 (ocasiões em que os materiais estão
praticamente saturados).
82
Entretanto, no Brasil não se dispõe de elementos experimentais para tal determinação,
mas de acordo com as recomendações do Departamento Nacional de Estradas de
Rodagem (DNER, 1996) pode-se adotar Fr = 1,0
3.5
LEVANTAMENTO DEFLECTOMÉTRICO
No estudo destinado ao conhecimento da capacidade estrutural de um pavimento, um
dos itens de maior relevância é o levantamento das deflexões recuperáveis. Este pode
ser efetuado através de vários equipamentos. Dentre estes, destacamos a viga
Benkelman e o Falling Weight Deflectometer, que passamos a descrever a seguir.
3.5.1
Viga Benkelman (DNER-ME 024/94)
A viga Benkelman como é conhecido este instrumento, tem seu uso difundido no meio
rodoviário entre outros, pelos seguintes motivos: economia, baixo preço de aquisição;
facilidade de operação, não necessitando grande especialização dos operadores e
robustez do equipamento. Seu uso está se disseminando para além da fase de projeto, há
uso no controle de execução de camadas, como por exemplo sub-base e base.
Foi idealizada pelo engenheiro A. C. Benkelman, do Bureau of Public Roads e utilizada
pela primeira vez nas pistas experimentais da “WASHO”, em 1953. É constituída
basicamente por uma parte fixa que é apoiada no pavimento por meio de três pés, sendo
um regulável, e onde se encontra instalado um medidor de deslocamento (extensômetro)
com precisão de 0,01mm. A outra parte é móvel, acoplada à parte fixa por meio de uma
articulação, ficando uma das extremidades, que é a ponta de prova, em contato com o
pavimento, no local onde se deseja medir a deflexão. A parte fixa, dispõe ainda de um
vibrador, cuja função é eliminar eventuais atritos entre as partes móveis durante a
operação de medida.
As medições das deflexões são efetuadas na seguinte seqüência:
83
• Inserção da ponta de prova entre os pneus do caminhão.
• Efetua-se a leitura inicial no extensômetro.
• Execução das leituras dos pontos intermediários.
• Leitura final quando o extensômetro estiver acusando uma velocidade de deformação
menor que 0,01 mm/min e o caminhão estiver a no mínimo 10m à frente.
A viga como qualquer instrumento mecânico que se deseja preciso, deve ser submetida
previamente a uma aferição, que indicará se está apta para o trabalho. Deve ser dada
atenção a precisão no carregamento do caminhão, com 8,2 tf simetricamente distribuída
no eixo traseiro, e à calibração dos pneus com pressão de 0,56 MPa (80lbs).
A deflexão do pavimento no ponto de prova é calculada por meio da formula:
D = ( L0 − Lf ) × K
Equação 3.12
Onde:
D – deflexão real, em centésimos de milímetros;
Lo – leitura inicial, em centésimos de milímetros;
Lf – leitura final, em centésimos de milímetros;
K – constante da viga (relação entre os braços);
R=
6250
Equação 3.13
2( Do − D 25)
Onde:
R – raio de curvatura, em metros;
Do – defexão real, em centésimos de milímetros;
D25 – deflexão a 25 cm do ponto de prova, em centésimos de milímetro.
3.5.2
Falling Weight Deflectometer (DNER PRO 273/96)
Os Levantamentos Deflectométricos para o dimensionamento, foram realizados com o
emprego do Falling Weight Deflectometer (FWD) Dynatest 8000 visto na Figura 3.2,
que é um deflectômetro de impacto projetado para simular o efeito de cargas de roda em
84
movimento. Isto é obtido pela queda de um conjunto de massas, a partir de alturas préfixadas, sobre um sistema de amortecedores de borracha, que transmitem a força
aplicada a uma placa circular apoiada no pavimento, conforme Figura 3.3 (Dynatest,
2006).
Figura 3.2 - Vista do Falling Weight Deflectometer (FWD) Dynatest 8000 E (Dynatest, 2006)
Figura 3.3 – Vista do esquema do levantamento com o FWD (Dynatest, 2006)
A carga do impulso pode ser variada, pela modificação da altura de queda ou da
configuração de massas utilizada. Na placa circular existe uma célula de carga que mede
85
a carga do impacto proveniente da queda do conjunto de massas; a duração do pulso de
carga varia de 0,25 a 0,30s, o que equivale aproximadamente a um veículo em
movimento a 70 km/h. O aparelho é montado sob um trailer que é conduzido durante a
realização dos ensaios por um automóvel com capacidade média de carga (Dynatest,
2006).
Os deslocamentos recuperáveis gerados na superfície do pavimento (bacia de deflexões)
são medidos por 7 geofones (transdutores de velocidade) instalados na placa de carga e
ao longo de uma barra metálica, podem ser observado nas figuras 3.4 e 3.5.
As distâncias dos geofones ao centro da placa de carga são fixadas visando maximizar a
acurácia em função da estrutura do pavimento ensaiado, procurando-se posicioná-los de
forma que as deflexões neles registradas reflitam a contribuição das diversas camadas
na deformabilidade total do pavimento e defina completamente a geometria da bacia.
Neste estudo foram empregados os seguintes espaçamentos para os geofones: 0, 20, 30,
45, 65, 90 e 120 cm (Dynatest, 2006).
Tem-se então que o primeiro geofone mede a deflexão sob a ação da carga (Df1), o
segundo geofone mede a deformação do pavimento a 20 cm do ponto de aplicação da
carga (Df2) e assim sucessivamente.
No levantamento, utilizou-se uma carga de 40 kN, equivalente ao semi-eixo padrão
rodoviário das normas federais.
Figura 3.4 – Bacia de deflexão medida com o FWD (Dynatest, 2006)
86
Figura 3.5 – Bacia de deflexão medida com o FWD (Dynatest, 2006)
3.6 AVALIAÇÃO OBJETIVA DA SUPERFÍCIE DO PAVIMENTO (DNER 006, 007 e
008/2003 – PRO)
A “Avaliação Objetiva da Superfície de Pavimentos Flexíveis e Semi-rígidos” deve ser
realizada em todas as faixas de rolamento do trecho em questão, para a determinação
das ocorrências aparentes nas superfícies dos pavimentos asfálticos e as deformações
permanentes nas trilhas de rodas.
Devem ser demarcadas estações de avaliação, definidas como um retângulo de seis
metros de comprimento, no sentido do estaqueamento, dispostos três metros à ré e três à
vante da estaca, abrangendo a largura da faixa de rolamento. As superfícies avaliadas
situadas nas estacas pares estão localizadas na faixa da direita e as impares na faixa
esquerda, perfazendo uma distancia de vinte metros alternados em relação ao eixo da
pista, e quarenta metros na mesma faixa.
Os seguintes tipos de defeitos devem ser considerados na vistoria:
• Trincas Classe 1 (FC-1);
• Afundamento (ALP e ALT);
• Ondulação e Panelas (O e P);
• Exsudação (EX);
87
• Desgaste (D);
• Remendos (R);
O IGG (Índice de Gravidade Global) é o somatório dos Índices de Gravidade Individual
que são calculados da seguinte maneira:
• Freqüência relativa (fr):
fr =
fa × 100
n
Equação 3.14
onde:
fa – freqüência absoluta (número de ocorrências).
n – número de estações inventariadas
•
Índice de Gravidade Individual (IGI):
IGI = fr × fp
Equação 3.15
onde:
fp – fator de ponderação, conforme Tabela 3.5
Tabela 3.5 - Pesos para cálculo do IGG
Tipo
Defeito
Fator de Ponderação
1
FC-1
0,2
2
FC-2
0,5
3
FC-3
0,8
4
ALP e ATP
0,9
5
6
OeP
EX
1,0
0,5
7
D
0,3
8
R
0,6
88
• Índice de Gravidade Global (IGG):
IGG = ∑ IGI
3.7
Equação 3.15
DIAGNÓSTICO
Inicialmente, de posse dos elementos angariados durante a avaliação do pavimento,
procede-se a divisão do trecho em segmentos cujo comportamento estrutural pode ser
considerado como homogêneo e que, portanto, terão diagnósticos e tratamento analítico
individualizados.
A segmentação homogênea é realizada considerando-se como parâmetro de referência a
condição estrutural do pavimento como um todo, representada pela deflexão sob a ação
da carga. Nessa etapa, é utilizado o método das diferenças acumuladas, preconizado
pela AASHTO para a divisão de uma rodovia em segmentos homogêneos, que consiste
na seguinte seqüência de cálculo:
A. Calcula-se o valor médio para toda a rodovia do parâmetro a ser analisado;
B. Calcula-se a diferença entre o valor pontual e o valor médio;
C. Calculam-se os valores acumulados das diferenças;
D. Plota-se um gráfico onde a abscissa é a posição na rodovia e a ordenada apresenta os
valores acumulados das diferenças.
A variação do coeficiente angular da curva assim obtida indica uma mudança do
comportamento médio de um determinado segmento para outro, caracterizando
matematicamente as extremidades dos segmentos homogêneos.
A Tabela 3.6 e a Figura 3.6 apresentam um exemplo hipotético de determinação de
segmentos homogêneos conforme a metodologia descrita.
89
Tabela 3.6 – Exemplo de determinação de segmento homogêneo
Distância
0,0
Parâmetro
70
Parâmetro - Média
-10
Diferença Acumulada
-10
0,2
70
-10
-20
0,4
70
-10
-30
0,6
90
10
-20
0,8
90
10
-10
1,0
90
10
0
Média
80
Figura 3.6 – Exemplo de determinação de segmento homogêneo
Verifica-se, pelo gráfico acima, que o ponto de distância 0,4 é um limite de dois
segmentos de comportamento distintos. Verifica-se, também, que os segmentos entre os
pontos de distância 0 ao 0,4 e 0,4 ao 1,0 possuem comportamento semelhante do ponto
de vista do parâmetro analisado.
Com os segmentos homogêneos definidos, confeccionam-se duas tabelas, contendo os
parâmetros estruturais e funcionais do pavimento, determinados respectivamente a
partir do levantamento deflectométrico realizado com o FWD e do cadastro de defeitos
realizado em conformidade com a norma DNER-PRO 08/2003.
90
- Parâmetros Estruturais do Segmento
• Df1 – valor médio da deflexão medida sob a ação da carga, em 0,01 mm;
• Df2 – valor médio da deflexão medida a 20 cm da carga, em 0,01 mm;
• Df1 - Df4 – valor médio da diferença da deflexão medida sob a ação da carga e a
deflexão medida a 45 cm da carga, em 0,01 mm;
• Desvio – Desvio Padrão da deflexão medida sob a ação da carga, em 0,01 mm;
• Dc – Deflexão Característica (Df1 + Desvio), em 0,01 mm;
- Parâmetros Funcionais do Segmento
• FC-2 – Trincas classe 2, em porcentagem das estações de análise;
• FC-3 – Trincas classe 3, em porcentagem das estações de análise;
• FC-2 + FC-3 – Trincas classe 2 e 3 somadas, em porcentagem das estações de análise;
• Ondulação, em porcentagem das estações de análise;
• Panelas, em porcentagem das estações de análise;
• IGG – Índice de Gravidade Global;
• Degrau entre pista de rolamento e acostamento, em cm.
3.8
DIMENSIONAMENTO DO REFORÇO PELO MÉTODO DNER PRO
269/94 – TECNAPAV
Descreveremos sucintamente o método de dimensionamento da espessura de reforço
estrutural para um segmento homogêneo, proposta na norma DNER PRO 269/94 –
Tecnapav.
Para a realização desse estudo deve-se preliminarmente ter conhecimento do tráfego que
se utilizará da rodovia ao longo do período abrangido pelo projeto, além dos dados
91
relativos às estruturas dos pavimentos existentes, assim como do levantamento
deflectométrico.
Em apertada síntese, a metodologia utilizada nesta norma consiste na comparação entre
as deformações geradas pelo tráfego ao pavimento e as deformações admissíveis pelo
mesmo sem que haja sua ruptura.
Conforme visto, os dimensionamentos baseados na norma DNER PRO 269/94, estão
alicerçados nos princípios da Mecânica dos Pavimentos, de maneira a fornecer ao
pavimento analisado as características resilientes compatíveis com o tráfego esperado
ao longo de sua vida útil.
3.8.1
Cálculo da Deflexão Admissível
A deflexão admissível é a deflexão máxima que o pavimento pode suportar sem se
romper, devido à fadiga causada pela ação das cargas geradas pelo tráfego ao longo de
sua vida útil, isto é, até atingir o número “N” de projeto. É obtida através da seguinte
equação:
log Dadm = 3,148 − 0,188 log N
Equação 3.16
onde:
Dadm - Deflexão admissível;
N - Número “N” acumulado de projeto.
3.8.2
Cálculo da Espessura Efetiva do Revestimento
Um parâmetro importante de avaliação dos pavimentos é a espessura efetiva do
revestimento existente.
Ela é o cálculo da espessura em termos de um revestimento novo (com características e
propriedades idênticas às da camada em análise), que tenha o mesmo comportamento
92
mecânico da camada em estudo.
A espessura efetiva do revestimento é calculada pela seguinte equação:
hef = −5,737+
807,961
+ 0,972× I1 + 4,101×I 2 Equação 3.17
Dc
0 ≤ hef ≤ he
onde:
hef -Espessura efetiva (cm);
Dc -Deflexão característica (x 10 −2 mm);
he -Espessura existente (cm).
I1 e I2 - Constantes relacionadas às características resilientes da camada não granular da
estrutura de referência conforme Tabela 3.7, em função do grupo de solos, determinado
conforme Tabela 3.8.
Tabela 3.7 – Valores de I1 e I2
I1
I2
Tipo I
0
0
Tipo II
1
0
Tipo III
0
1
Tabela 3.8 – Grupos de Solos
S%
CBR
≤35
35 a 65
≥65
≥ 10
I
II
III
6a9
II
II
III
2a5
III
III
III
93
Sendo S = 100 −
P1
× 100
P2
Equação 3.18
Onde:
S(%) – Silte, em %
P1 – percentagem, em peso, de material cujas partículas tenham diâmetro inferior a
0,005mm, determinada na curva de distribuição granulométrica.
P2 – percentagem, em peso, de material cujas partículas tenham diâmetro inferior a
0,075mm, determinada na curva de distribuição granulométrica.
Os ensaios nas amostras coletadas através de sondagens realizadas no sub-leito do
segmento, classificaram-no como tipo III, portanto os valores de I1 e I2 são
respectivamente 0 e 1.
O método recomenda analisar o valor calculado da espessura efetiva em função do grau
de trincamento do revestimento asfáltico existente, desprezando-se o valor (hef=0) em
situações com FC-2+FC3 próximos a 80% ou FC-3 superior a 30%.
3.8.3
Cálculo da Espessura de Reforço em CBUQ
O dimensionamento do reforço em CBUQ, tem como finalidade obter a menor
espessura de camada em concreto asfáltico, que garanta ao pavimento quando em
serviço, atingir uma deflexão menor que a deflexão admissível, calculada no item 3.8.1.
A espessura de reforço é obtida através da seguinte equação:
HR = −19,015 +
238,14
Dadm
− 1,357.hef + 1,016.I 1 + 3,893.I 2
Equação 3.19
Nas situações de hef=0 por razões de elevado grau de trincamento, onde o fenômeno da
reflexão de trincas é predominante no desempenho da camada de reforço, a espessura
94
mínima recomendada pelas metodologias e normas vigentes no DNIT é da ordem de
HR=10,0cm, resguardando a necessidade de correções localizadas preliminares.
3.9
MODIFICAÇÃO DO ASFALTO, CONFECÇÃO E APLICAÇÃO DO
CONCRETO ASFÁLTICO
3.9.1 Modificação do Asfalto
Na confecção do presente trabalho foi utilizado o cimento asfáltico de petróleo CAP
50/70 puro, e o mesmo ligante modificado com teores variáveis de 0,5%; 1,0%; 1,5% e
2,0% de polímero RET. Foi adicionada também uma quantidade fixa, de 0,22% de
catalisador. Os percentuais citados são calculados sobre o cimento asfáltico de petróleo,
em peso.
O polímero utilizado foi o terpolímero elastomérico reativo (RET) de nome comercial
Elvaloy®, produzido pela Du Pont, que são fornecidos em sacos plásticos de 25 kg.
Conforme Tomé et al (2005), apresenta as seguintes características (Tabela 3.9):
Tabela 3.9 – Características do Terpolímero Elvaloy®
Características do Terpolímero Elvaloy®
Solubilidade em água
Desprezível
Odor
Moderado
Inflamabilidade
acima de 300ºC
Cor
Branco
Estabilidade química
até 240ºC
O catalisador utilizado é o ácido polifosfórico, fórmula química H3PO4 a 116%,
fornecido pela empresa Rhodia Poliamida e Especialidades Ltda. Segundo Leite et al
(2004), a adição de ácido polifosfórico melhora a susceptibilidade térmica do ligante e
95
por conseqüência, amplia a faixa de plasticidade do betume modificado além de, em
baixos teores de ácido fornecer produtos estáveis de alto ponto de amolecimento e
resistência à oxidação melhorada.
A Tabela 3.10 apresenta, conforme Tomé et al. (2005), algumas características físicoquimicas do catalizador.
Tabela 3.10 – Características físicas e químicas do catalisador
Características físico-quimicas do ácido polifosfórico
Estado físico
líquido
Forma
extremamente viscoso
Fusão
< -50ºC
Ebulição
550ºC
Massa Volumétrica
2.060 kg/m³, a 25ºC
pH
< 2 (solução aquosa a 1g/100ml)
Viscosidade
60.000mP a 25ºC
O procedimento de mistura é apresentado a seguir:
▪
Calcular a quantidade de Elvaloy e ácido polifosfórico a ser adicionada.
▪
Aquecimento do CAP a uma temperatura superior a 175ºC.
▪
Adicionar o polímero lentamente ao tanque.
▪
Agitar a mistura por aproximadamente uma hora, para homogeneização,
mantendo a temperatura superior a 180ºC.
▪
Verificar se o polímero está todo dissolvido no asfalto, caso não esteja,
aguardar até a completa diluição. Este procedimento visa evitar a formação
de grumos do polímero, que não se diluirá mais caso seja colocado em
contato com o acido polifosfórico.
▪
Inserir o ácido polifosfórico, teor de 0,22% em peso do asfalto.
▪
·Agitar por mais quatro horas até obter uma mistura CAP+polímero+ácido
perfeitamente homogenia.
96
3.9.2 Confecção e Aplicação do Concreto Asfáltico
A produção dos agregados, confecção e a aplicação do concreto asfáltico esteve a cargo
da empresa Servix Engenharia S.A., com o apoio da Dynatest Ltda no controle de
incorporação do polímero ao ligante.
A confecção da massa foi realizada em uma usina gravimétrica Cyber – UA-2 com
capacidade para produzir de sessenta a oitenta toneladas por hora. É composta de três
silos frios e três silos quentes.
Para armazenamento do CAP dispunha-se de quatro tanques, sendo que dois são para o
produto puro, o terceiro comporta o CAP polimerizado e o quarto, que contém o
mecanismo de mistura é utilizado para a adição do polímero ao asfalto e também para
estocagem do produto até sua transferência para o terceiro tanque.
A sistemática adotada para a execução dos serviços foi a seguinte:
▪
Fresagem do revestimento original devido ao alto grau de trincamento
apresentado.
▪
Remoção do material fresado.
▪
Varredura mecânica e remoção do pó com ar comprimido.
▪
Execução de pintura de ligação com emulsão RR-1C.
▪
Aplicação de camada de bloqueio de trincas em CBUQ com espessura media de
dois centímetros.
▪
Execução da camada de reforço em concreto betuminoso usinado a quente com
polímero, com espessura de cinco centímetros.
Deve-se enfatizar que o asfalto modificado por polímero tem a particularidade de ser
aquecido a uma temperatura superior a 170ºC, praticamente o teto do aquecimento do
CAP comum que é de 177ºC, para se atingir uma viscosidade que proporcione um bom
envolvimento do ligante no agregado. A temperatura do agregado deve ser igual ou
superior a 165ºC.
97
Os equipamentos utilizados nos trabalhos de preparo, espalhamento e compactação da
mistura são os seguintes:
▪
Fresadora
▪
Vassoura mecânica rebocável.
▪
Compressor de ar com manqueiras.
▪
Caminhão espargidor.
▪
Vibro-acabadora Cyber AS 114 CR.
▪
Rolo liso de pneus Muller AP 26
▪
Rolo tandem Muller VAP 55 VA
▪
Caminhões basculantes.
O início dos trabalhos do trecho experimental se deu no dia 05 de dezembro de 2007 e
devido ao trabalho de adição do polímero ao ligante, que é demorado, executava-se um
teor a cada dia. O serviço iniciava-se em uma determinada faixa, e quando pronta,
aguardava-se o resfriamento, invertia-se o tráfego, preparava a outra faixa, aplicava a
massa e findo o segmento deslocavam-se as máquinas para início no segmento seguinte
no próximo dia. A cronologia dos serviços assim como os locais estão apresentados na
Tabela 3.11.
Tabela 3.11 – Cronologia dos serviços e localização dos segmentos
Estacas
Data de Execução
Teor de Polímero
Início
Fim
05/12/2007
0,0
2113 + 4,00
2128
06/12/2007
0,5
2089
2113 + 4,00
07/12/2007
1,0
2069 + 12,00
2089
08/12/2007
1,5
2051
2069 + 12,00
10/12/2007
2,0
2032
2051
98
Objetivando à densidade de projeto, iniciava-se a compactação da mistura logo após o
espalhamento, executando sete passadas com o rolo liso de pneus a uma pressão de
80lbs, até não haver marcas dos pneus na massa recém espalhada, repete-se a operação
com 100lbs e 120lbs. Conseguia-se fechar a compactação com quinze passadas em
média. Em seqüência procedia-se a rolagem com o rolo tandem que realiza duas
passadas sem vibração e duas vibrando a uma freqüência de 50 hz.
99
CAPÍTULO 4 - ESTUDO DE CASO: TRECHO EXPERIMENTAL
O presente capítulo aborda as atividades de dimensionamento do reforço, estudos em
laboratório, confecção, aplicação, controle e monitoramento do concreto asfáltico no
trecho experimental da BR 116.
4.1 ESTUDOS EM LABORATÓRIO
4.1.1
Estudos em Agregados
Os agregados utilizados no trecho experimental provinham da pedreira P-1 (Pescador),
situada a 6,8 km da estaca 1456, lado esquerdo. Esta pedreira já foi utilizada
anteriormente em serviços de pavimentação na mesma rodovia apresentando bons
resultados. Sua natureza mineralógica é gnáissica, apresentando-se em alguns pontos
descoberta ou sob uma capa de solo com espessura média de 5m. A vegetação existente
é de cerrado ralo.
O material pétreo em estado bruto foi coletado na pedreira, preparado e submetido aos
seguintes ensaios:
• Abrasão Los Angeles
• Avaliação de Durabilidade pelo Emprego de Solução de Sulfato de Sódio
Para os ensaios seguintes, os materiais foram coletados na descarga do misturador da
usina, para cada silo quente, procedimento que constou de inúmeras descargas, até se
obter uma constância das amostras. Este procedimento teve como objetivo principal,
fornecer dados seguros e representativos destinados à confecção do projeto de concreto
betuminoso usinado a quente.
100
• Granulometria
As granulometrias dos materiais estão apresentadas nas Tabelas 4.1, 4.2 e 4.3.
Tabela 4.1 – Granulometria Brita 1
GRANULOMETRIA
BRITA 1
Peneiras
mm
Poleg. / Nº.
19,1
12,7
9,5
4,8
2,0
0,42
0,18
0,075
3/4”
1/2”
3/8”
4
10
40
80
200
% Passante
100
63,3
30,0
6,5
3,0
1,8
1,3
0,8
Tabela 4.2 – Granulometria Brita 0
GRANULOMETRIA
BRITA 0
Peneiras
Mm
Poleg / Nº.
19,1
3/4”
12,7
1/2”
9,5
3/8”
4,8
4
2,0
10
0,42
40
0,18
80
0,075
200
101
% Passante
100
100
100
27,4
6,0
2,6
1,6
0,8
Tabela 4.3 – Granulometria Pó-de-pedra
GRANULOMETRIA
Pó de pedra
Peneiras
% Passante
Mm
Poleg / Nº.
19,1
3/4”
100
12,7
1/2”
100
9,5
3/8”
100
4,8
4
100
2,0
10
81,0
0,42
40
36,6
0,18
80
17,7
0,075
200
7,4
A Tabela 4.4 apresenta um resumo dos resultados dos ensaios efetuados nos agregados
utilizados.
Tabela 4.4 – Resumo dos Ensaios em Agregados
QUADRO RESUMO DOS ENSAIOS
Ensaio
Resultado
Especificação
41%
<50%
1,26%
<12%
Equivalente de areia
81%
>55%
Índice de forma
0,59
>0,5
Abrasão Los
Angeles
Durabilidade
O desgaste medido pelo ensaio de abrasão Los Angeles seria o item que poderia
despertar preocupação, apesar de se enquadrar na especificação vigente. Ocorre que,
esta pedreira começou a ser utilizada há mais de trinta anos em obras de restauração na
própria BR 116, e com excelentes resultados, provando a qualidade de seus materiais
pétreos.
102
4.1.2
Estudos em Ligantes
A adição do polímero foi realizada em tanques especiais conforme mostrado na Figura
4.1, dotados de equipamentos providos de duas hélices de eixo vertical, que produzem a
mistura do polímero e do ácido ao asfalto.
Figura 4.1 – Tanque misturador de polímero e CAP
Após a total incorporação do polímero ao ligante, para garantia da qualidade, o mesmo
foi submetido aos seguintes ensaios:
• Penetração
Nos ensaios realizados, apresentados na Figura 4.2, observamos que há um aumento da
penetração para teores de polímero de 0,5% para 1,0%, reduzindo o incremento do teor
1,0% para 1,5% que é o ponto de máxima penetração. A partir deste ponto ocorre uma
diminuição da penetração, que conforme Negrão (2006), provavelmente seja devido à
saturação do ligante pelo polímero, isto é, o polímero não encontra mais asfaltenos
disponíveis para reagir quimicamente, passando a atuar como um enrijecedor do ligante.
103
58,0
Penetração (0,1mm)
57,0
56,0
55,0
54,0
53,0
52,0
0,0
0,5
1,0
1,5
2,0
2,5
Teor de Polímero (%)
Figura 4.2 – Penetração x Teor de Polímero
• Ponto de Amolecimento
A Figura 4.3 apresenta o gráfico com os pontos de amolecimento encontrados:
Ponto de Amolecimento (ºC)
65,0
63,0
61,0
59,0
57,0
55,0
53,0
51,0
49,0
47,0
45,0
0,0
0,5
1,0
1,5
2,0
2,5
Figura 4.3 – Ponto de Amolecimento x Teor de Polímero
Os valores encontrados indicam um aumento do ponto de amolecimento para todos os
teores estudados. Neste quesito, há um efeito benéfico proporcional ao teor de polímero
104
adicionado, tendo em vista que quanto maior o ponto de amolecimento, maior a
resistência à deformação permanente.
• Recuperação Elástica
Este item é uma das maiores contribuições da adição de polímero ao ligante asfáltico. O
retorno elástico de um cimento asfáltico puro é praticamente nulo, se comparado ao
encontrado nos ensaios realizados, que variou de 53,4% a 85%, verificando-se uma
melhora na flexibilidade e na elasticidade.
Analisando-se os dados apresentados na Figura 4.4, observou-se um ganho de valores
de elasticidade até o teor de 1,5% de polímero adicionado e um pequeno incremento até
2,0% que é o apogeu de recuperação elástica observada. Este comportamento deve ter a
mesma causa do aumento da penetração, que é a falta de asfaltenos disponíveis para
reagirem com o polímero (Negrão, 2006), provocando uma saturação de polímeros
puros no ligante e que não atuam na recuperação elástica.
Recu p eração E lástica (% )
87,0
85,0
82,0
82,0
77,0
72,0
72,0
67,0
62,0
57,0
53,4
52,0
0,0
0,5
1,0
1,5
2,0
Figura 4.4 – Recuperação Elástica x Teor de Polímero
105
2,5
• Viscosidade Brookfield
Os valores das viscosidades Brookfield encontrados para cada teor de polímero são
apresentados na Tabela 4.5, assim como os gráficos correspondentes (Figura 4.5). Da
análise dos mesmos, depreende-se que todos os teores de polímero propiciaram ganhos
de viscosidade, sendo que se acentuaram os ganhos nos teores de 1,5% e 2,0% de
polímero para uma determinada temperatura.
Tabela 4.5 – Viscosidade Brookfield
Viscosidade Brookfield (mPa.s)
Teor de
Polímero
0,5
1,0
1,5
2,0
135ºC
150ºC
536,7
730,0
1.137,5
1.500,0
175ºC
325,0
433,3
791,7
975,0
106,7
119,2
218,3
270,0
1650
Viscosidade Brookfield (mPa.s).
1450
1250
1050
850
650
450
250
50
130
135
140
145
150
155
160
165
Temperatura (ºC)
0,5%
1,0%
1,5%
2,0%
Figura 4.5 – Viscosidade Brookfield x Temperatura
106
170
175
180
• Índice de Susceptibilidade Térmica
O Índice de Susceptibilidade Térmica (IST) de Pfeiffer e Van Doormaal ou Índice de
Penetração (IP) pode variar segundo as especificações brasileiras entre -1,5 a +0,7 para
cimentos asfálticos de petróleo convencionais. Tal limitação se deve ao fato de que
asfaltos que apresentam valores maiores que (+1) indicam asfaltos oxidados, ou seja,
pouco sensíveis a elevadas temperaturas e quebradiços quando a temperatura é baixa e
valores menores que (-2) indicam asfaltos muito sensíveis a altas temperaturas, ou seja,
amolecem rapidamente (Pinto, 1997)(a).
Os valores do Índice de Susceptibilidade Térmica estão apresentados na Tabela 4.6, e
como pode se verificar, os dados referentes aos teores de polímero de 0,5% e 1,0% se
enquadram nas especificações, enquanto os teores de 1,5% e 2,0% estão fora dos
limites da referida norma.
Tabela 4.6 – Índice de Susceptibilidade Térmica
Índice de Susceptibilidade
Térmica
0,0
-1,053
0,5
-1,082
1,0
+0,408
1,5
+1,377
2,0
+ 2,127
Conforme Negrão, (2006), os asfaltos modificados por polímeros do tipo RET são
menos sensíveis a elevadas temperaturas do que os asfaltos convencionais e que, valores
superiores a 0,7 de IST para asfaltos modificados, não representam um problema, já que
estes asfaltos são menos sensíveis a elevadas temperaturas sem serem quebradiços
quando a baixas temperaturas.
107
Na Figura 4.6 são apresentados os gráficos de penetração e temperatura para cada teor
de polímero estudado.
1000
log (Pen)
100
10
1
10
15
0,5%
20
25
30
Temperatura (ºC)
1,0%
35
1,5%
40
2,0%
Figura 4.6 – log. Penetração x Temperatura
Um fator que merece destaque e que deve ser objeto de estudos é quanto ao calculo do
Índice de Susceptibilidade Térmica. Na equação de calculo do IST (Equação 3.3), o
coeficiente angular da reta que melhor se ajusta aos pontos obtidos dos ensaios de
penetração x temperatura, tem enorme influência no resultado, principalmente se
levarmos em conta a pequena margem de variação permitida de -1,5 a +0,7 (para
asfaltos convencionais).
IST =
20 − 500 × tgα
Equação 3.3
1 + 50 × tgα
Na Tabela 4.7 são apresentados os valores do coeficiente angular calculado através do
método dos mínimos quadrados (Equação 3.2) utilizando-se as penetrações obtidas nas
temperaturas de 15, 20, 25, 30 e 35oC, e através da equação de Pfeifer e Van Doormaal
(Equação 3.1).
108
Tabela 4.7 – Coeficiente Angular
Teor de
Polímero
(%)
Coeficiente Angular
0,5
0,0465
Método dos
Mínimos
Quadrados
0,0595
1,0
0,0363
0,0549
1,5
0,0313
0,0621
2,0
0,0285
0,0505
Método de Pfeifer
e Van Doormaal
A premissa de Pfeifer e Van Doormaal, é que no ponto de amolecimento a penetração
apresenta o valor 800 (0,1mm). Os coeficientes angulares calculados por cada método
são discrepantes, portanto, deve-se definir um modo único de se calcular o IST, para
que se comparem coisas iguais, ou seja, os resultados encontrados sejam calculados
com a mesma metodologia da especificação.
4.1.3
Projeto do CBUQ
O projeto do concreto betuminoso usinado a quente, tem como intuito principal definir
as quantidades de cada material, agregado e ligante, que será utilizado na produção do
concreto asfáltico a ser empregado no reforço do pavimento. Deve atender às exigências
das normas pertinentes e apresentar uniformidade.
• Granulometria
Primeiramente definiu-se que o traço deveria se enquadrar na faixa C da especificação
DNIT 031/2006-ES. A etapa seguinte foi, a partir da granulometria de cada material,
conforme apresentado nas Tabelas 4.1, 4.2 e 4.3, determinar a quantidade de cada
agregado que enquadrasse a mistura na faixa pretendida conforme Tabela 4.8.
109
Tabela 4.8 – Granulometria dos Agregados em Separado e da Mistura
Percentagem que passa
Peneiras
Brita – 1
Brita – 0
25,0
Pó de Pedra
mm
Nº
25,0
19,1
¾”
100
25,0
100,0
25,0
12,7
½”
63,3
15,8
100,0
9,5
3/8”
30,0
7,5
4,8
4
6,5
2,0
10
0,42
Mistura
Faixa de
Faixa C
Trabalho
- DNIT
50,0
100,0
100,0
50,0
100,0
100
25,0
100,0
50,0
90,8
83,8 – 97,8
80 -1 00
100,0
25,0
100,0
50,0
82,5
75,5 – 89,5
70 – 90
1,6
27,4
6,9
100,0
50,0
58,5
53,5 – 63,5
44 – 72
3,0
0,8
6,0
1,5
81,0
40,5
42,8
37,8 – 47,8
22 – 50
40
1,8
0,5
2,6
0,7
36,6
18,3
19,4
14,4 – 24,4
8 – 26
0,18
80
1,3
0,3
1,6
0,4
17,7
8,9
9,6
6,6 – 12,6
4 – 16
0,075
200
0,8
0,2
0,8
0,2
7,4
3,7
4,1
2,1- 6,1
2 – 10
100
A Figura 4.7 apresenta as curvas granulométricas da mistura e da faixa C-DNIT.
0,075
0,18
0,42
2
4,8
9,5
12,7
3/8"
1/2"
19,1
100,0
90,0
80,0
PORCENTAGEM PASSA (%)
70,0
60,0
50,0
40,0
30,0
20,0
10,0
0,0
200
80
10
40
4
3/4"
PENEIRAS
Mistura
Faixa C - DNIT Mínimo
Faixa C - DNIT Máximo
Trabalho Mínimo
Trabalho Máximo
Figura 4.7 – Curvas granulométricas: Mistura, Faixa de Trabalho e Faixa C-DNIT
110
• Cálculo das características Marshall
Com os percentuais de cada material componente da mistura estabelecido, passou-se ao
cálculo das características Marshall da mistura, de modo a verificar se atendiam às
especificações. O cimento asfáltico utilizado na dosagem foi o cimento asfáltico de
petróleo CAP 50-70 puro, proveniente da Refinaria Gabriel Passos (REGAP) situada
em Betim/MG. Para o estudo do traço foram confeccionados corpos de prova com os
seguintes teores de CAP: 4,0%; 4,5%; 5,0% e 5,5%.
Na Tabela 4.9 são apresentados os resultados das características Marshall para cada teor
de ligante estudado.
Tabela 4.9 – Quadro Resumo das Características Marshall
Quadro Resumo das Características Marshall
Densidades
%CAP
Vv (%)
VCB
VAM
RBV
Estab.
Fluência
(%)
(%)
(%)
(kN)
(mm)
Aparente
Teórica
(g/dm³)
(g/dm³)
4,0
2.341
2.463
4,96
9,27
14,23
65,15
12,4
2,39
4,5
2.354
2.445
3,72
10,49
14,20
73,84
13,2
3,17
5,0
2.343
2.427
3,45
11,60
14,05
77,06
12,2
3,81
5,5
2.335
2.409
3,07
12,72
15,79
80,54
12,0
4,34
Nas Figuras 4.8, 4.9, 4.10, 4.11 e 4.12 são apresentados, respectivamente, os gráficos
com os valores de Densidade Aparente, Vazios, Relação Betume Vazios, Estabilidade e
Fluência versus Teor de Betume.
111
Densidade Aparente (kg/dm³) .
2,360
2,355
2,350
2,345
2,340
2,335
2,330
3,50
4,00
4,50
5,00
5,50
Teor de Betume (%)
Figura 4.8 – Densidade Aparente x Teor de betume
5,00
Vazios (%)
4,50
4,00
3,50
3,00
2,50
3,50
4,00
4,50
5,00
Teor de Betume (%)
5,50
Relação Betume Vazios (%) .
Figura 4.9 – Vazios x Teor de betume
84
82
80
78
76
74
72
70
68
66
64
62
60
3,50
4,00
4,50
5,00
5,50
Teor de Betume (%)
Figura 4.10 – Relação Betume Vazios x Teor de betume
112
13,4
Estabilidade (kN) .
13,2
13,0
12,8
12,6
12,4
12,2
12,0
11,8
3,50
4,00
4,50
5,00
5,50
Teor de Betume (%)
Figura 4.11 – Estabilidade x Teor de betume
5,0
Fluência (mm) .
4,5
4,0
3,5
3,0
2,5
2,0
3,50
4,00
4,50
5,00
5,50
Teor de Betume (%)
Figura 4.12 – Fluência x Teor de betume
De posse dos gráficos anteriores, definiu-se como de 4,6% o teor de betume do traço. A
seguir foram confeccionados novos corpos de prova com o referido teor para
comprovação das suas características, que são apresentadas a seguir.
113
- Características Finais do Traço:
· Percentagem de materiais (em peso):
Brita 1: 23,8% (em peso)
Brita 0: 23,8% (em peso)
Pó de pedra: 47,8% (em peso)
CAP 50/70: 4,6%
· Características Marshall
Estabilidade (kN): 12,8
Fluência (mm): 3,22
Vazios (%): 3,65
Relação Betume Vazios – RBV (%): 74,57
Densidade aparente (kg/dm³): 2,352
114
4.2
TRECHO EXPERIMENTAL
Foi selecionado um segmento na rodovia BR 116/MG (Figura 4.13) compreendido entre
as estacas 2032 e 2128 com nítida deficiência estrutural, características geométricas em
rampa e planta, suaves, boa drenagem, onde foram executados reforços em concreto
asfáltico com teores de polímeros variáveis, de 0% a 2,0%.
Figura 4.13 – Localização do Trecho Experimental
Os estudos executados abrangeram desde os levantamentos de dados do tráfego,
avaliação do pavimento, dimensionamento do reforço, confecção e aplicação da massa
asfáltica, controles e ensaios de desempenho do pavimento restaurado.
4.2.1 Estudo de Tráfego
A quantificação e qualificação do tráfego que se utilizava desta rodovia, foi realizada
através de contagem dos veículos executada em um período consecutivo de três dias, na
115
estaca 1456. A Tabela 4.10 apresenta a média dos três dias de contagem nos dois
sentidos de trafego.
Tabela 4.10 - Contagem de Tráfego
4.2.2
Tipo de Veículos
VMD
Carros/Utilitários
1734
Ônibus
91
2C
396
3C
982
4C
2
2S1
4
2S2
191
2S3
759
3S2
7
3S3
223
2C2
3
2C3
4
3C3
3
3C4
92
Total
4491
Dimensionamento do Reforço e Ensaios
• Cálculo do número N
No cálculo do número N adotou-se uma taxa de crescimento do tráfego de 3,0 % ao
ano. O fator climático regional sugerido pelo IPR/DNER é 1,0 (DNER, 1996) e a
distribuição do trafego entre as faixas de trafego de 50%. Na ausência de dados
estatísticos de pesagem, adotou-se que 25% dos veículos trafegam vazios, 70% no
limite de carga por eixo e 5% com excesso legal permitido sem transbordo.
116
Nas Tabelas 4.11 e 4.12 e 4.13 são apresentados, respectivamente, os cálculos do Fator
de Veículos, Crescimento da Frota e do Número N para um período de projeto de 10
anos.
Tabela 4.11 - Cálculos dos Fatores de Veículos (FV)
Tipo
Nº de
eixos
Ônibus
2
2C
2
3C
3
4C
4
2S1
3
2S2
4
2S3
5
3S2
5
3S3
6
2C2
4
2C3
5
3C3
6
3C4
7
Total –VMD
Comercial
VMD
91
396
982
2
4
191
759
7
223
3
4
3
92
2.757
Distribuição
FV
FV
(%)
AASHTO USACE (1) x (2) (1) x (3)
(1)
(2)
(3)
2,410
2,707
3,30
0,73
0,82
21,689 77,132
14,36
1,51
5,37
80,498 210,149
35,62
2,26
5,90
0,103
0,480
0,07
1,42
6,61
0,589
0,853
0,15
4,06
5,88
23,555 60,896
6,93
3,40
8,79
93,051 261,534
27,53
3,38
9,50
0,566
2,321
0,25
2,23
9,14
17,795
79,753
8,09
2,20
9,86
0,655
0,954
0,11
6,02
8,77
0,846
1,272
0,15
5,83
8,77
0,506
0,993
0,11
4,65
9,13
8,276 32,802
3,34
2,48
9,83
FV
2,505
7,318
Médio
Tabela 4.12 – Crescimento da Frota ao Longo do Período de Projeto
Ano
AE
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Ônibus
91
94
97
100
103
106
109
112
115
118
122
Volume por tipo de veiculo
Caminhões Caminhões Caminhões SemiReboques
Leves
Médios
Pesados reboques
396
982
2
1.184
102
408
1.011
2
1.220
105
420
1.041
2
1.257
108
433
1.072
2
1.295
111
446
1.104
2
1.334
114
459
1.137
2
1.374
117
473
1.171
2
1.415
121
487
1.206
2
1.457
125
502
1.242
2
1.501
129
517
1.279
2
1.546
133
533
1.317
2
1.592
137
117
Tabela 4.13 – Cálculo do Número N
NP - AASHTO
Ano
NP - USACE
No Ano
Acumulado
No Ano
AE
1,26E+06
-
3,68E+06
1
1,30E+06
1,30E+06
3,79E+06
3,79E+06
2
1,34E+06
2,63E+06
3,91E+06
7,70E+06
3
1,38E+06
4,01E+06
4,02E+06
1,17E+07
4
1,42E+06
5,43E+06
4,14E+06
1,59E+07
5
1,46E+06
6,88E+06
4,27E+06
2,01E+07
6
1,50E+06
8,39E+06
4,40E+06
2,45E+07
7
1,55E+06
9,94E+06
4,53E+06
2,91E+07
8
1,59E+06
1,15E+07
4,66E+06
3,37E+07
9
1,64E+06
1,32E+07
4,80E+06
3,85E+07
10
1,69E+06
1,49E+07
4,95E+06
4,35E+07
AASHTO
1,49E+07
USACE
4,35E+07
Número
Projeto
N
de
Acumulado
• Avaliação Objetiva da Superfície do Pavimento (DNIT 006/2003-PRO)
O segmento experimental foi submetido a uma inspeção, onde foram inventariadas e
classificadas as ocorrências aparentes e as deformações permanentes nas trilhas de
rodas.
As planilhas de inventário do pavimento são apresentadas no Anexo deste trabalho. O
IGG (Índice de Gravidade Global) é o somatório dos Índices de Gravidade Individual
que são calculados da seguinte maneira:
Na Tabela 4.14 é apresentado o cálculo do IGG (Índice de Gravidade Global),
considerando que de acordo com a norma, no item 9 quando a média for menor a trinta,
o IGI tem o valor de 4/3 da média, quando a variância for menor ou igual a cinqüenta o
IGI desta é o valor da variância.
118
Tabela 4.14 – Cálculo do IGG
Freqüência
absoluta
considerada
Freqüência
Relativa
Fator
de
Ponde
ração
Índice de
Gravidade
Individual
Item
Natureza do defeito
Freqüência
absoluta
1
Trincas isoladas FI,
TTC, TTL, TLC, TLL,
TRR
17
7
7,2
0,2
1
2
(FC-2) J, TB
73
60
61,9
0,5
31
3
(FC-3) JE, TBE
30
30
31
0,8
25
4
ALP, ATP
-
-
-
0,9
-
5
OeP
9
-
9,3
1,0
9
6
EX
-
-
0,5
-
7
D
1
-
1
0,3
0,3
8
R
14
-
14,4
0,6
9
9
Média aritmética dos
valores médios das
flechas medidas em mm
nas TRI e TER
TRE=3
TRI=2,7
2,9
4/3
3,9
10
Média aritmética das
variâncias das flechas
medidas em ambas as
trilhas
TREv
=1,4
TRIv =1,3
1,35
1
1,3
IGG
80,5
A Figura 4.14 mostra a situação do pavimento antes do reforço, com trincamento generalizado.
Figura 4.14 - Pavimento original antes do reforço.
119
De acordo com a Tabela 4.15, que classifica o pavimento em função do IGG, o
pavimento do segmento experimental, com IGG igual a 80,5 se enquadra na categoria
RUIM.
Tabela 4.15 - Classificação do pavimento em função do IGG
Conceitos
Limites
Ótimo
0<IGG≤20
Bom
20<IGG≤40
Regular
40<IGG≤80
Ruim
80<IGG≤160
Péssimo
IGG>160
• Deflectometria
O estudo deflectométrico visando ao dimensionamento do reforço do pavimento no
segmento experimental, foi realizado através do Falling Weight Deflectometer cujos
resultados são apresentados na Tabela 4.16.
Tabela 4.16 – Deflexões do segmento
Média e Desvio Padrão das Deflecções Medidas (x10-2 mm)
•
Afast. 0
Afast. 20
Afast. 30
Afast. 45
Afast. 65
Afast. 90
Afast. 120
-
Df1
Df2
Df3
Df4
Df5
Df6
Df7
Df1-Df4
Dmédia
54,33
38,37
29,09
18,67
10,39
6,17
4,21
35,67
σ
22,39
16,85
12,72
8,94
4,92
3,34
2,28
15,31
Cálculo do Reforço
- Deflexão admissível (Dadm)
log Dadm = 3,148 − 0,188 × log Np
Equação 3.16
Sendo Np o numero “N” acumulado de projeto.
120
logDadm=3,148-0,188 x log 4,35x 10 7
Dadm=51,52 . (0,01mm)
- Espessura Efetiva do Revestimento (hef)
hef = −5,737 +
807 ,961
+ 0,972 .I 1 + 4,101 .I 2 Equação 3.17
Dc
Onde:
Equação 4.1
Dc = Dm + σ
Dc –Deflexão característica
Dm – Deflexão média
σ – Desvio padrão
Dc = 54,33+22,39
Dc = 76,72 (0,01mm)
I1 e I2 - Constantes relacionadas às características resilientes do sub-leito,
determinadas conforme item 3.8.2.
hef = −5,737 +
807,961
+ 0,972 × 0 + 4,101× 1
76,72
hef = 8,89 cm
- Espessura de Reforço em CBUQ (HR)
HR = −19,015 +
HR = −19,015 +
238,14
Dadm
238,14
51,52
− 1,357.hef + 1,016.I 1 + 3,893.I 2
Equação 3.19
− 1,357 × 8,89 + 1,016 × 0 + 3,893 × 1
HR = 5,98 cm
As temperaturas médias do CAP, confecção da massa (caminhão usina), espalhamento e
compactação da mistura são apresentadas na Tabela 4.17. A trabalhabilidade da massa,
121
assim definida como a “fluidez” no espalhamento e qualidade da emenda longitudinal é
diretamente proporcional ao teor de polímero.
Tabela 4.17 – Temperaturas do CAP e CBUQ
Segmento (Estacas) Teor de
Polímero
2113 + 4,00 a 2128 0,00%
2089 a 2113 + 4,00 0,50%
2069 + 12,00 a 2089 1,00%
2051 a 2069+ 12,00 1,50%
2032 a 2051
2,00%
CAP
165
181
174
175
179
Temperaturas médias (ºC)
Caminhão Caminhão
Compactação
Usina
Pista
131
158
157
132
167
163
138
164
162
141
165
160
139
171
168
Na Tabela 4.18 estão apresentadas as deflexões de projeto medidas em 2006 e as
realizadas em outubro de 2008, assim como as reduções das deflexões em relação ao
projeto. As deflexões de projeto foram obtidas através do Falling Weight Deflectometer
(FWD) e as de outubro/2008 através da viga Benkelman. Para efeito de comparação as
deflexões de projeto foram ajustadas pelo fator 0,9786 que é a relação entre deflexões
medidas com a viga Benkelman e as obtidas com o FWD conforme Ramos et al (2006).
Tabela 4.18 – Quadro de Deflexões
Teor de
Polímero
Segmento
Estacas
0,00%
0,50%
1,00%
1,50%
2,00%
2113 + 4,00 a 2128
2089 a 2113 + 4,00
2069 + 12,00 a 2089
2051 a 2069+ 12,00
2032 a 2051
Deflexões (0,01mm)
Projeto
out/08
Média
σ
Média
σ
49,46
27,65
35,18
14,08
54,05
11,11
31,00
15,43
71,62
14,68
38,81
16,08
68,36
12,71
39,89
16,37
57,56
9,88
36,51
15,5
Redução
(%)
28,87
42,65
45,82
41,64
36,57
A Figura 4.15 mostra o levantamento deflectométrico efetuado com a Viga Benkelman.
122
Figura 4.15 Medição das deflexões com Viga Benkelman
O gráfico da Redução da Deflexão x Teor de Polímero é apresentado na Figura 4.16.
Observa-se que houve maior redução na deflexão para o teor de polímero de 1,0% onde
houve um decréscimo de 45,8%; para os teores de 0,5% e 1,5% houve uma diminuição
de 42,6% e 41,6% respectivamente; e de 36,5% para 2,0% de polímero. Este
comportamento provavelmente é causado pelo efeito do polímero provocar um aumento
da elasticidade no asfalto, diminuindo sua resistência à deformação à medida que se
aumenta o teor de polímero.
O menor efeito sobre as deflexões foi exercido pelo asfalto puro com 28,8% de redução,
explicitando os efeitos positivos da modificação do asfalto com polímero, inclusive no
dimensionamento de reforços, já que há uma maior redução da deflexão em relação ao
asfalto convencional, possibilitando a redução da espessura de reforço a ser utilizado,
implicando em serviços de menor custo.
123
50
Redução da Deflexão (%).
45
40
35
30
25
20
0,00%
0,50%
1,00%
1,50%
2,00%
2,50%
Figura 4.16 – Redução da Deflexão x Teor de polímero
Na Tabela 4.19 estão apresentados os resultados dos ensaios de granulometria e teor de
betume assim como a faixa granulométrica a ser respeitada. Foram executados no
mínimo treze ensaios em cada segmento de modo a ter-se uma representatividade
estatística. Analisando-se os dados da tabela verifica-se que há uma dispersão muito
pequena em relação à média, indicando uma excelente qualidade da massa, fundamental
para uma pesquisa, dando segurança na análise dos demais itens pesquisados.
Tabela 4.19 – Granulometria e Teor de Betume
Teor de
Polimero
(% )
0
0,5
1
1,5
2
Estacas
(Inicio /
Fim)
2113+4,00 Média
2128
σ
2089
Média
2113+4,00
σ
2069+12,00 Média
2089
σ
2051
Média
2069+12,00
σ
2032
Média
2051
σ
Faixa de Trabalho
Máx.
Mín.
3/4 "
1/2 "
GRANULOMETRIA
Peneira
3/8 "
4
10
100
100
100
100
100
100
100
91,33
1,15
91,15
1,13
91,48
0,83
91,56
1,15
91,49
0,9
97,8
83,8
81,57
1,59
81,95
1,61
82,67
0,79
82,56
1,4
81,53
1,31
89,5
75,5
124
58,49
0,58
58,82
0,73
58,25
0,67
58,35
0,58
59,11
0,54
63,5
53,5
42,83
1,27
43,11
1,04
42,84
1,68
43,27
0,98
43,55
0,69
47,8
37,8
40
80
200
19,46
0,42
19,89
0,96
19,54
0,62
19,64
0,42
20,15
0,87
24,4
14,4
9,57
0,46
9,69
0,51
9,77
0,45
9,88
0,46
10,21
0,5
12,6
6,6
3,57
0,4
3,76
0,23
3,71
0,17
3,84
0,15
3,86
0,24
6,1
2,1
Teor de
Betume
4,6
0,01
4,6
0,02
4,6
0,02
4,6
0,02
4,6
0,02
4,9
4,3
Na Tabela 4.20 constam os resultados referentes às características Marshall da massa
aplicada, conforme cada teor de polímero. Analogamente à granulometria e teor de
betume, há uma variação insignificante em relação à média dos ensaios configurando
uma homogeneidade da mistura.
Os dois fatos acima descritos, isto é, a constância dos parâmetros do concreto asfáltico
utilizado, produzem uma segurança nos outros fatores analisados na pesquisa, pois
pode-se afastar a priori a influencia da massa asfáltica nas demais variáveis
investigadas.
Tabela 4.20 – Características Marshall
Teor de
Polimero
(% )
0
0,5
1
1,5
2
Estacas
(Inicio /
Fim)
2113+4,00 /
2128
2089 /
2113+4,00
2069+12,00 /
2089
2051 /
2069+12,00
2032 /
2051
Limites
Média
σ
Média
σ
Média
σ
Média
σ
Média
σ
Máx.
Mín.
Densid.
Aparente
(g/dm³)
2.358
2
2.358
2
2.358
1
2.358
1
2.358
2
-
Vazios
(% )
3,36
0,06
3,38
0,07
3,4
0,04
3,38
0,08
3,37
0,07
5
3
VAM (% ) RBV (% )
14,12
0,08
14,13
0,06
14,15
0,05
14,12
0,08
14,1
0,08
15
76,16
0,32
76,07
0,4
76
0,25
76,11
0,47
76,37
0,98
82
75
Estabil.
(kg)
Fluência
(0,01")
1.421
30
1.355
39
1.282
28
1.286
27
1.270
18
500
9,4
1,22
9,88
1,16
11,84
2,18
10,95
1,55
12,09
1,98
-
O grau de compactação, apresentado na Tabela 4.21, foi medido em amostras extraídas
com sonda rotativa e foi executado em duas etapas. A primeira foi implementada logo
após a aplicação da massa na pista em dezembro de 2007, a segunda dez meses após a
execução do reforço, em outubro de 2008. Conforme se observa nos resultados
mostrados houve um aumento na segunda etapa do grau de compactação dos trechos
com teores de 2,0%; 1,5% e 1,0%; fator causado pelo tráfego.
Os corpos de prova utilizados para verificação do grau de compactação em dezembro de
2007 foram utilizados na realização dos ensaios de resistência à tração por compressão
125
diametral, módulo de resiliência e vida de fadiga. Os corpos-de-prova retirados em
outubro de 2008 foram submetidos aos ensaios de resistência à tração por compressão
diametral e módulo de resiliência.
Tabela 4.21 – Grau de Compactação
Grau de compactação
dez/07
out/08
Média
σ
Média
σ
2,00%
2032 a 2051
96,9
2,2
99,3
0,9
1,50% 2051 a 2069+ 12,00 96,2
1,9
100
1,1
1,00% 2069 + 12,00 a 2089 96,4
2,02
98,7
0,9
0,50% 2089 a 2113 + 4,00
97,8
2,13
97,7
0,5
0,00% 2113 + 4,00 a 2128
100
0,88
99,1
1,5
Especificação: ≥ 97%
Teor de
Polímero
Segmento
Estacas
Um dos parâmetros mecanísticos usados para prever e limitar o trincamento precoce em
camadas de misturas asfalticas é a resistência à tração no revestimento. A consideração
desse valor é de fundamental importância para projetos de recuperação e de pavimentos
novos. A capacidade de resistir a esforços de tração deve ser bastante superior às
tensões de tração a que os revestimentos vão ser submetidos quando em serviço (Moura
e Bernucci, 2004).
Este ensaio mede o valor da resistência que o material oferece quando submetido a
compressão, rompendo por tração, conforme Medina (1997), este ensaio é conhecido
por ensaio brasileiro, e foi desenvolvido por Lobo Carneiro para ensaios em concreto de
cimento portland.
Na Tabela 4.22 estão apresentados os resultados dos ensaios de resistência á tração por
compressão diametral.
126
Tabela 4.22 – Resistência à Tração por Compressão Diametral (NBR 15087/2004)
Teor de
Polímero
Resistência à Tração a 25ºC (MPa)
Segmento
Estacas
Dez 2007
Outubro 2008
2,0%
2032 a 2051
Média
1,16
Média
1,27
1,5%
2051 a 2069+ 12,00
1,20
1,31
1,0%
2069 + 12,00 a 2089
0,94
1,15
0,5%
2089 a 2113 + 4,00
1,10
1,31
0,0%
2113 + 4,00 a 2128
1,04
1,12
Especificação: mínimo 0,65
Segundo os dados acima apresentados, houve um ganho médio de 12,5% na resistência
à tração nos corpos-de-prova que utilizavam asfalto modificado com polímero em
relação ao asfalto sem polímero.
Na Tabela 4.23 estão apresentados os dados relativos aos ensaios de módulo de
resiliência. Foram executados oito ensaios para os corpos-de-prova de dezembro/2007 e
cinco para os de outubro/2008. Foram eliminados os resultados que não se inseriam na
faixa Média ± σ, sendo então recalculada a média e o desvio-padrão.
Tabela 4.23 – Módulo de Resiliência
Teor de
Polímero
Módulo de Resiliência (MPa)
Segmento (Estacas)
Dezembro 2007
Outubro 2008
Acréscimo
Média
Média
(%)
2,0%
2032 a 2051
3020
5190
71,8
1,5%
2051 a 2069+ 12,00
3371
5916
75,5
1,0%
2069 + 12,00 a 2089
3234
4601
42,2
0,5%
2089 a 2113 + 4,00
3889
4073
4,7
0,0%
2113 + 4,00 a 2128
3554
5612
57,9
127
Observa-se que os resultados de módulo de resiliência dos corpos-de-prova feitos com
asfalto modificado com polímero são próximos aos confeccionados com asfalto puro,
denotando que o polímero não altera o comportamento em termos de módulo de
resiliência.
A Tabela 4.24 contém os valores dos ensaios de vida de fadiga. Os resultados estão
apresentados por teor de polímero, o que facilita a análise dos resultados.
Tabela 4.24– Vida de Fadiga x Nível de Tensão x Teor de Polímero
VIDA DE FADIGA
Teor de
Polímero
0,0%
0,5%
1,0%
1,5%
2,0%
Nível de
Tensão
Deformação
Específica
Resiliente
Diferença de
Tensões
(MPa)
Número de
Aplicações
10%
0,0000273
0,40
5882
20%
0,0000546
0,80
1676
30%
0,0000819
1,20
560
40%
0,0001092
1,60
392
10%
0,0000278
0,44
4522
20%
0,0000556
0,88
1327
30%
0,0000834
1,32
527
40%
0,0001113
1,76
420
10%
0,0000299
0,38
17329
20%
0,0000599
0,77
3531
30%
0,0000898
1,15
1458
40%
0,0001197
1,54
991
10%
0,0000334
0,44
5608
20%
0,0000667
0,89
3157
30%
0,0001001
1,33
1461
40%
0,0001335
1,78
1257
10%
0,0000343
0,42
17268
20%
0,0000686
0,85
9134
30%
0,0001029
1,27
2210
40%
0,0001373
1,70
460
128
A Figura 4.17 apresenta as linhas de tendências dos números de aplicações e diferenças
de tensões para os teores de polímeros estudados.
Figura 4.17 – Diferença de Tensões (MPa) x Número de Aplicações
Os valores apresentados referentes ao número de aplicações, mostram que há um ganho
substancial na vida de fadiga quando se utiliza o polímero RET como modificador do
asfalto em relação ao asfalto convencional. Este fato é de suma importância, pois, em
última análise, traduz a vida do pavimento quando em serviço.
4.2.3 Fotografias do Trecho Experimental
As Figuras 4.18, 4.19, 4.20, 4.21, 4.22, 4.23, 4.24, 4.25, 4.26 e 4.270 mostram os
trabalhos de aplicação do reforço em concreto asfáltico no trecho experimental, assim
como as instalações de confecção da massa e os produtos utilizados na modificação do
asfalto.
129
Figura 4.18 - Aplicação da massa e execução da emenda longitudinal.
Figura 4.19 - Compactação inicial com rolo de pneus.
130
Figura 4.20 - Compactação da massa com dois rolos de pneus.
Figura 4.21 - Compactação da emenda longitudinal com rolo liso.
131
Figura 4.22 - Vista geral do trecho experimental após reforço.
Figura 4.23 - Vista do trecho experimental pronto.
132
Figura 4.24 - Usina gravimétrica Cyber-UA-2 com capacidade de 60 a 80 t/h.
Figura 4.25 - Tanque de adição e equipamento misturador do polímero.
133
Figura 4.26 - Embalagem do polímero RET Elvaloy® utilizado.
Figura 4.27 - Embalagem do ácido polifosfórico, utilizado como catalizador.
134
Figura 4.28 Local de extração de alguns corpos-de-prova utilizados.
135
CAPÍTULO 5 - CONCLUSÕES E SUGESTÕES PARA PESQUISAS FUTURAS
5.1 CONCLUSÕES
5.1.1
Estudo de ligantes
● Penetração
Houve um aumento no resultado do ensaio de penetração até o teor de 1,5% de
polímero. A partir deste teor o valor da penetração começa a decrescer.
● Ponto de amolecimento
Há um aumento contínuo no ponto de amolecimento para todos os teores estudados,
perfazendo uma razão quase linear de incremento. Este parâmetro está diretamente
relacionado à deformação permanente das misturas asfálticas, sendo que quanto maior
seu valor, maior a resistência à deformação permanente.
● Recuperação elástica
Houve uma variação entre 53,4 e 85% entre os teores estudados, sendo que à medida
que se aumenta o teor de polímero adicionado, há uma diminuição da razão de aumento
da recuperação elástica, tendendo ao máximo para o teor de 2,0% de polímero. Como a
recuperação elástica do ligante puro é praticamente zero, verifica-se que há um
substancial ganho na qualidade dos concretos asfálticos confeccionados com ligantes
modificados por polímero, aumentando a flexibilidade e elasticidade dos mesmos.
● Viscosidade
Todos os teores de polímero geraram aumentos de sua viscosidade, sendo que se
acentuaram os ganhos nos teores de 1,5 e 2,0% de polímero para uma determinada
temperatura.
● Índice de Susceptibilidade Térmica
Os teores de polímero de 0,5 e 1,0% ocasionaram índice de susceptibilidade térmica
dentro dos valores aceitáveis para cimento asfáltico de petróleo comum, que varia de
+0,7 a -1,5. Os demais teores não se enquadram dentro da especificação.
136
5.1.2
Trecho Experimental
● Deflexões
As deflexões medidas em outubro de 2008, tiveram uma redução significativamente
maior nos segmentos reforçados com asfalto modificado por polímero. O teor que mais
reduziu a deflexão foi o de 1,0%, com redução de 45,8% seguido do teor de 0,5% com
redução de 42,6%, 1,5% reduzindo em 41,6% e 2,0% com 36,5% de diminuição. O
asfalto puro foi o que menos efeito teve na redução da deflexão com 28,8%. Estes
resultados demonstram claramente a vantagem de se utilizar o asfalto modificado com
polímero RET, abrindo a possibilidade de redução da espessura do reforço a ser
utilizado.
● Resistência á Tração por Compressão Diametral
Os valores obtidos nos segmentos onde se utilizou asfaltos modificados foram em
média 12% superiores aos obtidos no segmento onde se utilizou asfalto puro, indicando
a ação benéfica do polímero.
● Módulo de Resiliência
Os valores observados para o módulo de resiliência dos asfaltos modificados por
polímeros se mostraram próximos, ou até menores em alguns teores, dos obtidos com
asfalto puro, indicando que não há influência do polímero sobre o mesmo.
● Vida de Fadiga
Em todos os níveis de tensão estudados, o numero de aplicações obtidos nos asfaltos
modificados com teores de polímero igual ou superior a 1%, houve ganho superior a
110% em relação à vida de fadiga do asfalto puro, evidenciando o efeito do polímero
RET na mistura. O teor de 0,5% não produziu melhoria.
● Conclusão Final
Este trabalho comprovou de modo inequívoco as vantagens de se utilizar asfaltos
modificados com o polímero RET. Sendo o objetivo principal dessa dissertação, avaliar
137
o efeito do teor de polímero RET no desempenho da mistura asfáltica em serviços de
restauração rodoviária, verificou-se que o teor de 1,0% de polímero foi o que melhores
resultados gerais apresentou, suplantando todos os teores na redução da deflexão; na
vida de fadiga , obteve melhor desempenho que os teores de 0% e 0,5%, sendo
suplantado pelo teor de 1,5% somente para diferença de tensões superiores a 0,95 MPa.
O único teor que apresenta vida de fadiga superior ao de 1,0%, em todo o espectro
analisado é o de 2,0%, mas tendendo a ser inferior à aquele para diferença de tensão
acima de 1,6MPa. Sintetizando, o uso de teores de polímero superiores a 1,0% não
implicará necessariamente em ganhos de desempenho.
138
5.2 SUGESTÕES PARA PESQUISAS FUTURAS
A seguir, exporemos algumas sugestões para futuras pesquisas.
● Dar continuidade ao monitoramento do trecho experimental, medindo regularmente
ao longo do tempo as deflexões, retirar através de sonda rotativa corpos-de-prova para
realização dos ensaios de módulo de resiliência, resistência á tração e vida de fadiga,
além de se proceder ao levantamento de todos os defeitos existentes e trilhas de rodas de
maneira a se verificar o comportamento do reforço executado ao longo do tempo;
● Pesquisar o efeito do percentual do ácido polifosfórico no asfalto modificado por
terpolímero elastomérico reativo;
● Pesquisar qual tipo de polímero se mostra mais vantajoso técnica e economicamente.
● Efetuar a revisão dos atuais métodos ou desenvolver nova metodologia de
dimensionamento de pavimentos, tendo em vista a utilização de materiais como os
asfaltos modificados por polímero, que, como demonstrou a presente pesquisa,
apresentam desempenho superior aos asfaltos convencionais, possibilitando a
diminuição da espessura da camada de revestimento betuminoso.
● Proceder a estudos para elaboração de especificação técnica para asfalto modificado
com polímero do tipo RET.
139
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146
27ª
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147
ANEXOS
I
ANEXO I
GRANULOMETRIA E TEOR DE BETUME
PENEIRAS
05/12/2007
Dia
06/12/2007
Média
σ
Média
σ
3/4
1/2
3/8
4
10
40
80
200
100,00
100,00
100,00
100,00
100,00
100,00
100,00
100,00
100,00
100,00
100,00
100,00
100,00
100,00
100,00
100,00
0,00
91,50
92,00
91,60
90,80
92,10
89,90
92,10
93,30
91,70
90,60
92,80
90,90
90,70
91,60
90,80
91,49
0,90
80,20
79,60
81,40
81,10
81,60
80,30
83,40
82,40
83,30
81,50
81,90
84,00
79,80
81,40
81,00
81,53
1,31
60,00
58,70
58,80
59,30
59,40
58,90
59,00
59,30
58,40
59,10
58,50
58,80
60,40
58,80
59,30
59,11
0,54
44,10
42,00
43,90
43,10
42,80
43,00
44,10
44,00
43,70
43,90
44,40
43,20
44,60
43,30
43,20
43,55
0,69
22,40
20,40
19,80
19,60
19,30
19,10
20,20
19,60
20,10
19,60
20,40
20,20
21,70
20,20
19,70
20,15
0,87
11,20
10,60
10,60
9,90
10,10
9,60
9,80
10,10
10,40
9,60
9,70
10,10
11,10
10,30
10,00
10,21
0,50
3,70
3,50
3,90
3,80
3,70
3,80
4,00
3,70
3,80
3,90
3,60
4,30
4,40
3,90
3,90
3,86
0,24
100,00
100,00
100,00
100,00
100,00
100,00
100,00
100,00
100,00
100,00
100,00
100,00
100,00
100,00
100,00
100,00
100,00
-
90,60
89,20
92,20
91,50
92,90
91,60
90,80
93,10
94,10
90,90
91,60
90,50
92,50
91,10
91,40
90,90
91,56
1,15
81,00
79,50
83,60
81,10
83,20
84,20
81,10
83,60
85,30
83,20
82,70
83,50
82,80
81,70
82,30
82,20
82,56
1,40
58,40
57,10
59,00
58,20
58,80
59,10
58,80
58,40
58,90
57,90
58,00
58,50
58,70
57,60
57,40
58,80
58,35
0,58
43,80
40,50
44,10
42,40
43,70
44,00
41,80
43,10
44,00
43,10
44,00
44,40
43,60
42,80
43,20
43,80
43,27
0,98
20,20
19,00
19,80
19,50
19,80
19,60
19,90
20,10
20,10
19,40
19,70
19,90
19,70
19,00
18,70
19,90
19,64
0,42
9,60
8,80
10,10
10,10
9,90
10,30
9,80
10,00
10,60
9,80
10,30
10,30
10,20
9,40
9,10
9,80
9,88
0,46
3,90
3,80
3,70
3,90
4,10
3,80
4,00
3,80
4,10
3,70
3,90
4,00
3,80
3,60
3,60
3,80
3,84
0,15
II
PENEIRAS
07/12/2007
Dia
08/12/2007
Média
σ
10/12/2007
Média
σ
Média
σ
3/4
1/2
3/8
4
10
40
80
100
-
91,50
92,60
93,10
90,90
92,10
91,10
90,60
91,10
90,10
91,40
90,60
91,70
92,20
91,70
91,48
0,83
83,90
82,80
82,40
83,00
83,60
82,50
81,80
83,30
83,00
81,80
80,90
83,10
82,40
82,90
82,67
0,79
56,60
58,30
57,90
58,80
58,40
59,10
58,40
58,90
57,40
58,10
57,80
59,00
58,30
58,50
58,25
0,67
38,80
43,40
39,30
44,10
43,90
44,20
43,50
43,00
43,10
43,00
44,10
42,80
42,80
43,70
42,84
1,68
17,90
19,10
19,70
19,90
20,20
19,90
19,40
19,00
19,60
20,20
20,30
19,60
19,30
19,40
19,54
0,62
9,00
9,30
10,20
10,00
10,30
9,80
9,40
10,10
9,70
10,30
10,40
9,40
9,40
9,50
9,77
0,45
3,30
3,70
3,90
3,80
3,80
3,60
3,70
3,90
3,70
3,90
3,70
3,50
3,80
3,60
3,71
0,17
100,00
100,00
100,00
100,00
100,00
100,00
100,00
100,00
100,00
100,00
100,00
100,00
100,00
100,00
-
90,30
88,90
91,70
90,90
92,80
91,60
90,90
89,70
91,20
92,80
91,70
90,50
92,00
91,15
1,13
81,20
77,90
82,60
82,80
83,10
82,50
83,00
80,00
80,50
82,50
82,80
83,40
83,10
81,95
1,61
59,60
60,50
59,30
58,90
58,80
57,80
58,80
58,30
57,70
59,10
58,60
58,70
58,60
58,82
0,73
43,90
44,20
43,40
42,90
41,90
43,00
44,10
40,80
41,90
42,80
43,70
44,20
43,60
43,11
1,04
20,60
22,50
20,70
19,60
19,00
19,60
20,10
19,10
18,80
19,60
19,50
19,90
19,60
19,89
0,96
9,70
10,80
9,90
9,80
9,40
10,10
10,00
9,00
9,00
9,40
9,60
10,10
9,20
9,69
0,51
3,80
4,00
3,60
3,90
3,60
4,20
3,80
4,00
3,70
3,70
3,60
3,70
3,30
3,76
0,23
100,00
100,00
100,00
100,00
100,00
100,00
100,00
100,00
100,00
100,00
100,00
100,00
100,00
100,00
100,00
-
88,90
90,80
89,80
91,30
92,90
91,10
90,80
91,20
91,10
91,70
91,10
92,10
92,90
92,90
91,33
1,15
77,30
81,30
79,70
82,40
82,20
82,30
81,20
83,40
82,30
82,90
80,20
82,30
82,70
81,80
81,57
1,59
58,50
57,90
58,00
58,60
57,70
58,90
59,20
59,00
59,00
58,60
57,50
58,10
59,40
58,50
58,49
0,58
42,30
43,10
43,00
44,00
39,10
43,80
42,90
43,10
44,10
43,90
41,60
42,60
43,00
43,10
42,83
1,27
19,80
20,00
19,60
19,90
19,50
19,50
19,40
19,10
19,70
19,50
18,50
19,40
19,80
18,80
19,46
0,42
9,20
9,60
9,00
10,10
10,00
9,50
9,70
10,40
9,70
9,70
8,70
9,80
9,50
9,10
9,57
0,46
3,10
3,50
3,40
3,70
3,80
3,60
3,70
4,30
3,60
3,90
3,30
3,80
3,70
2,60
3,57
0,40
100
100
100
100
100
100
100
100
100
100
100
100
100
100
III
200
ANEXO Il
CARACTERÍSTICAS MARSHALL
Dia
D.Ap.
(g/dm³)
Vazios
(%)
VAM (%) RBV (%)
Estab.
(kg)
Fluencia
(0,01")
% Bet.
3,40
3,40
3,30
3,40
3,30
3,40
3,30
3,20
3,40
3,40
3,40
3,30
3,40
3,50
3,40
3,37
14,10
14,20
14,10
14,10
14,10
14,10
14,00
13,90
14,10
14,10
14,20
14,10
14,10
14,20
14,10
14,10
75,90
76,10
76,60
75,90
79,60
75,90
76,40
77,00
75,90
75,90
76,50
76,60
75,90
75,40
75,90
76,37
1.266,00
1.277,00
1.270,00
1.283,00
1.265,00
1.275,00
1.289,00
1.277,00
1.301,00
1.254,00
1.217,00
1.272,00
1.270,00
1.264,00
1.266,00
1.269,73
9,40
12,50
12,50
9,40
12,50
12,50
9,40
12,50
9,40
15,60
15,60
12,50
12,50
12,50
12,50
12,09
4,59
4,61
4,61
4,59
4,62
4,59
4,60
4,58
4,60
4,59
4,61
4,64
4,59
4,57
4,60
4,60
1,68
0,07
0,08
0,98
18,47
1,98
0,02
2.357,00
2.358,00
2.357,00
2.359,00
2.356,00
2.359,00
2.357,00
2.359,00
2.359,00
2.361,00
2.358,00
2.359,00
2.357,00
2.357,00
2.358,00
2.357,00
Média 2.358,00
3,40
3,50
3,40
3,30
3,50
3,30
3,40
3,30
3,30
3,20
3,40
3,30
3,50
3,40
3,40
3,40
3,38
14,10
14,20
14,10
14,00
14,30
14,00
14,20
14,10
14,10
14,00
14,10
14,10
14,20
14,10
14,20
14,10
14,12
75,90
75,40
75,90
76,40
75,50
76,40
76,10
76,60
76,60
77,10
75,90
76,60
75,40
75,90
76,10
75,90
76,11
1.252,00
1.299,00
1.297,00
1.333,00
1.241,00
1.308,00
1.266,00
1.264,00
1.275,00
1.256,00
1.268,00
1.291,00
1.277,00
1.308,00
1.313,00
1.330,00
1.286,13
12,50
9,40
9,40
9,40
12,50
12,50
12,50
12,50
12,50
12,50
12,50
9,40
9,40
9,40
9,40
9,40
10,95
4,59
4,57
4,60
4,59
4,62
4,59
4,61
4,63
4,62
4,63
4,60
4,61
4,58
4,60
4,62
4,60
4,60
0,08
0,08
0,47
1,55
0,02
05/12/2007
2.357,00
2.358,00
2.360,00
2.357,00
2.360,00
2.357,00
2.359,00
2.363,00
2.358,00
2.357,00
2.358,00
2.359,00
2.357,00
2.357,00
2.358,00
Média 2.358,33
06/12/2007
σ
σ
1,22
IV
26,98
07/12/2007
Dia
Média
08/12/2007
σ
Média
10/12/2007
σ
Média
σ
D.Ap.
(g/dm³)
2.358,00
2.359,00
2.359,00
2.358,00
2.358,00
2.359,00
2.358,00
2.357,00
2.358,00
2.357,00
2.358,00
2.356,00
2.358,00
2.357,00
2.357,86
0,86
Vazios
Estab. Fluencia
VAM (%) RBV (%)
(%)
(kg)
(0,01")
3,50
14,20
75,40 1.317,00
9,40
3,40
14,10
75,90 1.296,00
12,50
3,40
14,20
76,10 1.297,00
9,40
3,40
14,20
76,10 1.275,00
12,50
3,40
14,10
75,90 1.288,00
12,50
3,30
14,10
76,60 1.210,00
12,50
3,40
14,10
75,90 1.286,00
12,50
3,40
14,20
76,10 1.288,00
15,60
3,40
14,10
75,90 1.279,00
12,50
3,40
14,20
76,10 1.247,00
12,50
3,40
14,10
75,90 1.320,00
9,40
3,40
14,20
76,10 1.275,00
15,70
3,40
14,20
76,10 1.297,00
9,40
3,40
14,10
75,90 1.269,00
9,40
3,40
14,15
76,00 1.281,71
11,84
0,04
0,05
0,25
27,86
2,18
% Bet.
4,57
4,59
4,61
4,62
4,59
4,61
4,58
4,63
4,59
4,62
4,58
4,63
4,61
4,61
4,60
0,02
2.357,00
2.360,00
2.356,00
2.356,00
2.358,00
2.356,00
2.361,00
2.357,00
2.358,00
2.359,00
2.361,00
2.358,00
2.358,00
2.358,08
1,75
3,40
3,30
3,50
3,40
3,40
3,50
3,30
3,40
3,40
3,30
3,30
3,40
3,40
3,38
0,07
14,20
14,10
14,20
14,20
14,20
14,20
14,10
14,10
14,10
14,10
14,00
14,10
14,10
14,13
0,06
76,10
76,60
75,40
76,10
76,10
75,40
76,60
75,90
75,90
76,60
76,40
75,90
75,90
76,07
0,40
1.317,00
1.330,00
1.308,00
1.357,00
1.359,00
1.451,00
1.342,00
1.406,00
1.368,00
1.315,00
1.348,00
1.344,00
1.364,00
1.354,54
39,05
9,40
9,40
9,40
9,40
12,50
9,40
9,40
9,40
9,40
12,50
9,40
9,40
9,40
9,88
1,16
4,61
4,62
4,60
4,63
4,62
4,58
4,61
4,60
4,59
4,61
4,60
4,60
4,58
4,60
0,02
2.357,00
2.357,00
2.358,00
2.361,00
2.358,00
2.360,00
2.357,00
2.357,00
2.359,00
2.360,00
2.359,00
2.361,00
2.355,00
2.358,00
2.358,36
1,74
3,40
3,40
3,40
3,30
3,40
3,30
3,40
3,40
3,30
3,30
3,30
3,30
3,50
3,40
3,36
0,06
14,20
14,20
14,20
14,10
14,10
14,10
14,20
14,10
14,00
14,00
14,10
14,00
14,20
14,20
14,12
0,08
76,10
76,10
76,10
76,60
75,90
76,10
76,10
75,90
76,40
76,40
76,60
76,40
75,40
76,10
76,16
0,32
1.404,00
1.420,00
1.392,00
1.376,00
1.468,00
1.387,00
1.415,00
1.391,00
1.423,00
1.410,00
1.475,00
1.449,00
1.442,00
1.438,00
1.420,71
30,40
9,40
9,40
9,40
9,40
9,40
9,40
9,40
12,50
9,40
9,40
6,30
9,40
9,40
9,40
9,40
1,22
4,62
4,61
4,61
4,60
4,59
4,63
4,61
4,60
4,59
4,59
4,61
4,59
4,59
4,62
4,60
0,01
V
ANEXO III
LEVANTAMENTO DEFLECTOMÉTRICO
MEDIDAS DE DEFLEXÕES - VIGA BENKELMAN
TRECHO: BR 116 KM 310 - KM 378
DATA: 13/10/08
ESTACA
TEMP
LEITURAS
LADO TR
INT FRAC
REV AMB L 0 L 25 L 50 L 75 L 100 L 150
2032
10
2033
10
2034
10
2035
10
2036
10
2037
10
2038
10
2039
10
2040
10
2041
10
2042
10
2043
10
2044
10
2045
10
2046
10
2047
10
2048
10
2049
10
2050
10
2051
LD
LD
LD
LD
LD
LD
LD
LD
LD
LD
LD
LD
LD
LD
LD
LD
LD
LD
LD
LD
LD
LD
LD
LD
LD
LD
LD
LD
LD
LD
LD
LD
LD
LD
LD
LD
LD
LD
LD
Ext.
EXT
EXT
EXT
EXT
EXT
EXT
EXT
EXT
EXT
EXT
EXT
EXT
EXT
EXT
EXT
EXT
EXT
EXT
EXT
EXT
EXT
EXT
EXT
EXT
EXT
EXT
EXT
EXT
EXT
EXT
EXT
EXT
EXT
EXT
EXT
EXT
EXT
EXT
300
300
300
300
300
300
300
300
300
300
300
300
300
300
300
300
300
300
300
300
300
300
300
300
300
300
300
300
300
300
300
300
300
300
300
300
300
300
300
299
298
299
298
296
299
299
295
295
299
299
299
298
299
296
299
299
297
299
297
299
299
299
299
299
299
300
299
297
297
299
297
297
296
300
298
300
297
300
297
297
295
295
295
297
298
294
294
295
297
297
296
298
295
297
297
296
296
296
298
297
297
297
298
299
300
297
295
295
297
294
295
295
298
297
296
295
298
295
295
293
293
293
295
297
290
292
297
295
295
294
297
294
295
294
295
294
295
297
295
295
295
298
298
300
295
294
293
296
292
294
292
297
295
295
292
297
VI
293
290
290
291
290
293
295
285
291
291
293
293
293
296
293
293
290
294
292
294
295
293
294
294
298
297
300
293
292
292
295
290
292
290
295
293
292
296
296
291
288
288
290
287
290
293
282
291
290
292
292
293
295
291
292
289
293
291
288
294
293
293
293
298
297
300
292
290
291
294
289
290
288
293
292
291
295
293
L 200
290
287
287
289
286
289
291
279
291
287
288
288
293
295
290
291
289
293
290
288
292
292
293
293
298
297
300
291
288
290
294
287
289
287
292
291
290
289
293
L 300 L. F.
290
286
287
289
285
289
290
279
291
286
287
287
293
295
289
291
289
293
290
288
290
292
293
293
298
297
300
290
287
289
294
287
289
286
290
290
289
289
292
290
286
287
289
285
289
290
279
291
286
287
287
293
295
289
291
289
293
290
288
290
292
293
293
298
297
300
290
287
289
294
287
289
286
290
290
289
289
292
L0 – L.F.
DEFL.
CALC.
10
14
13
11
15
11
10
21
9
14
13
13
7
5
11
9
11
7
10
12
10
8
7
7
2
3
0
10
13
11
6
13
11
14
10
10
11
11
8
40
56
52
44
60
44
40
84
36
56
52
52
28
20
44
36
44
28
40
48
40
32
28
28
8
12
0
40
52
44
24
52
44
56
40
40
44
44
32
DATA: 13/10/08
ESTACA
TEMP
LEITURAS
DEFL.
L0 – L.F.
CALC.
INT FRAC LADO TR REV AMB L 0 L 25 L 50 L 75 L 100 L 150 L 200 L 300 L. F.
2051
10
2050
10
2049
10
2048
10
2047
10
2046
10
2045
10
2044
10
2043
10
2042
10
2041
10
2040
10
2039
10
2038
10
2037
10
2036
10
2035
10
2034
10
2033
10
2032
LE
LE
LE
LE
LE
LE
LE
LE
LE
LE
LE
LE
LE
LE
LE
LE
LE
LE
LE
LE
LE
LE
LE
LE
LE
LE
LE
LE
LE
LE
LE
LE
LE
LE
LE
LE
LE
LE
LE
Ext
Ext
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Ext
Ext
Ext
Ext
Ext
Ext
Ext
Ext
Ext
Ext
Ext
Ext
Ext
Ext
Ext
Ext
Ext
Ext
Ext
Ext
Ext
Ext
Ext
Ext
300
300
300
300
300
300
300
300
300
300
300
300
300
300
300
300
300
300
300
300
300
300
300
300
300
300
300
300
300
299
299
299
299
300
299
300
300
300
300
300
300
300
300
300
298
295
298
300
300
300
300
299
299
299
299
299
299
299
299
300
299
299
299
300
299
300
300
300
299
297
297
297
300
297
300
300
299
299
298
298
298
298
297
295
290
296
298
295
298
297
297
296
297
297
297
297
297
297
300
297
297
297
300
297
300
300
300
299
293
296
296
297
295
298
297
297
296
297
297
295
295
295
290
289
292
296
292
297
295
296
293
295
295
296
295
293
293
300
293
296
296
297
295
299
300
300
299
292
295
295
296
294
297
295
296
293
VII
297
297
290
290
290
288
288
291
292
291
295
292
295
291
291
293
295
293
291
291
300
292
295
295
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289
289
292
288
284
287
285
291
292
289
287
293
292
294
290
291
290
291
294
291
291
291
290
293
289
297
293
298
297
300
290
287
289
294
287
289
286
290
290
289
289
292
288
XV
L0 – L.F.
DEFL.
CALC.
16
13
15
9
8
11
13
7
8
6
10
9
10
9
6
9
9
9
10
7
11
3
7
2
3
0
10
13
11
6
13
11
14
10
10
11
11
8
12
64
52
60
36
32
44
52
28
32
24
40
36
40
36
24
36
36
36
40
28
44
12
28
8
12
0
40
52
44
24
52
44
56
40
40
44
44
32
48
ANEXO IV
INVENTÁRIO DA SUPERFÍCIE DO PAVIMENTO
INVENTÁRIO DO ESTADO DA SUPERFICIE DO PAVIMENTO
RODOVIA:
BR-116 MG
TRECHO:
Teófilo Otoni - Governador Valadares
Estaca
F
a
i
x
a
SEGMENTO: Km 310,00 ao Km 378,800
FC-2
Pista
FC-1
Tipo
OK FI TTC TLC J
Rev.
DNIT-PRO 06
(1)
(1)
(1)
(2)
FC-3
TB JE
E
AF O
P
EX D
R ALC ATC FB
(2)
(3)
(4)
(5)
(6)
(8)
(3)
(5)
(7)
2032
D
CBUQ
X
2033
E
CBUQ
X
X
2034
D
CBUQ
X
2035
E
CBUQ
X
2036
D
CBUQ
X
2037
E
CBUQ
X
2038
D
CBUQ
X
2039
E
CBUQ
2040
D
CBUQ
2041
E
CBUQ
2042
D
CBUQ
2043
E
CBUQ
2044
D
CBUQ
2045
E
CBUQ
2046
D
CBUQ
2047
E
CBUQ
2048
D
CBUQ
X
X
X
2049
E
CBUQ
X
X
X
2050
D
CBUQ
X
2051
E
CBUQ
2052
D
2053
E
2054
D
2055
X
X
Flecha
% de Área
mm
com trincas
TRI TRE FC-2 FC-3
4
4
80
20
2
2
100
0
2
4
80
20
2
2
80
0
2
4
80
0
2
2
70
0
2
4
80
20
2
2
0
70
X
2
4
30
0
X
X
X
X
X
X
X
2
2
10
0
X
X
X
2
2
20
0
X
X
2
2
0
20
2
2
0
50
4
3
0
0
2
2
0
0
2
2
20
0
2
5
50
20
4
4
0
90
3
3
90
0
X
2
2
80
0
CBUQ
X
2
2
80
0
CBUQ
X
2
2
80
0
CBUQ
X
2
2
80
0
E
CBUQ
X
2
2
60
0
2056
D
CBUQ
X
2
2
80
0
2057
E
CBUQ
X
2
2
90
0
2058
D
CBUQ
X
2
2
80
0
2059
E
CBUQ
X
4
4
0
80
2060
D
CBUQ
X
X
5
5
50
50
2061
E
CBUQ
X
2
2
90
0
2062
D
CBUQ
X
2
2
100
0
2063
E
CBUQ
X
2
2
80
0
2064
D
CBUQ
X
2
2
90
0
2065
E
CBUQ
X
5
4
50
50
2066
D
CBUQ
X
2
2
90
0
2067
E
CBUQ
X
2
2
80
0
2068
D
CBUQ
X
3
3
80
0
2069
E
CBUQ
X
3
3
80
0
2070
D
CBUQ
X
2
2
80
0
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
XVI
INVENTÁRIO DO ESTADO DA SUPERFICIE DO PAVIMENTO
RODOVIA:
BR-116 MG
TRECHO:
Teófilo Otoni - Governador Valadares
FC-1
FC-2
TTC TLC
J
TB JE
E
AF
O
P
EX
D
R ALC ATC FB
(2)
(2)
(3)
(4)
(5)
(5)
(6)
(7)
(8)
F
a
i
x
a
Pista
2071
E
CBUQ
X
2072
D
CBUQ
X
2073
E
CBUQ
2074
D
CBUQ
2075
E
2076
D
2077
E
CBUQ
2078
D
CBUQ
2079
E
CBUQ
2080
D
2081
E
2082
2083
2084
Estaca
DNIT-PRO 06
SEGMENTO: Km 310,00 ao Km 378,800
Tipo
Rev.
OK
FI
(1)
(1)
(1)
FC-3
(3)
Flecha
% de Área
mm
com trincas
TRI TRE FC-2
FC-3
4
4
100
0
4
3
80
20
X
3
3
80
0
X
3
5
100
0
CBUQ
X
3
3
100
0
CBUQ
X
2
3
90
0
4
2
0
80
X
2
4
100
0
X
2
2
100
0
CBUQ
X
2
4
100
0
CBUQ
X
4
4
50
50
D
CBUQ
X
2
2
100
0
E
CBUQ
X
2
2
80
0
D
CBUQ
X
2
3
100
0
2085
E
CBUQ
X
2
2
20
0
2086
D
CBUQ
X
2
4
100
0
2087
E
CBUQ
X
2
2
50
0
2088
D
CBUQ
X
X
4
6
50
50
2089
E
CBUQ
X
4
4
0
50
2090
D
CBUQ
X
X
4
4
50
50
2091
E
CBUQ
4
2
0
80
2092
D
CBUQ
X
2
2
100
0
2093
E
CBUQ
X
2
2
100
0
2094
D
CBUQ
X
3
3
50
50
2095
E
CBUQ
X
2
2
100
0
2096
D
CBUQ
X
X
3
3
50
50
2097
E
CBUQ
X
X
4
4
50
50
2098
D
CBUQ
X
2
2
100
0
2099
E
CBUQ
X
3
3
50
50
2100
D
CBUQ
X
2
4
100
0
2101
E
CBUQ
X
2
2
80
0
2102
D
CBUQ
X
2
4
80
0
2103
E
CBUQ
X
4
4
50
50
2104
D
CBUQ
X
2
4
100
0
2105
E
CBUQ
X
2
4
80
0
2106
D
CBUQ
X
2
4
80
0
2107
E
CBUQ
2
2
0
0
2108
D
CBUQ
X
2
4
100
0
2109
E
CBUQ
X
2
2
100
0
2110
D
CBUQ
X
2
2
100
0
2111
E
CBUQ
3
3
0
80
2112
D
CBUQ
X
2
2
80
0
2113
E
CBUQ
X
2
2
30
0
2114
D
CBUQ
X
2
2
70
0
2115
E
CBUQ
X
2
2
100
0
2116
D
CBUQ
2
2
0
0
2117
E
CBUQ
2
2
80
0
2118
D
CBUQ
2119
E
CBUQ
2120
D
CBUQ
2121
E
CBUQ
2122
D
CBUQ
X
X
2123
E
CBUQ
X
X
2124
D
CBUQ
X
X
2125
E
CBUQ
X
X
2126
D
CBUQ
2127
E
CBUQ
X
X
X
2128
D
CBUQ
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
2
2
0
0
X
2
2
0
20
X
X
6
6
100
0
X
X
2
2
80
0
X
5
5
0
70
X
X
X
X
X
X
X
X
X
XVII
2
4
0
0
5
5
0
30
2
2
0
0
8
8
0
80
10
7
0
40
4
8
0
70
ANEXO V
ENSAIOS DE MÓDULO DE RESILIÊNCIA, VIDA DE FADIGA E
RESISTÊNCIA À TRAÇÃO POR COMPRESSÃO DIAMETRAL
LABORATÓRIO DE PAVIMENTAÇÃO
FACULDADE DE ENGENHARIA - UFJF
Resultados de Ensaios
Interessado:
Material:
Local de Coleta:
CP
2033
2034
2038
2039
2043
2044
2048
2049
2052
2054
2056
2060
2061
2064
2066
2069
2071
2073
2076
2078
2081
2082
2086
2087
2090
2092
2095
2097
2100
2101
2104
2106
2110
2111
2115
2116
2120
2121
2125
2126
Dados dos Corpos-de-Prova
Módulos de Resiliência
Nº
Lado
Trilha
MR
(Mpa)
LD
LE
LD
LE
LD
LE
LD
LE
LE
LD
LE
LD
LE
LD
LE
LD
LE
LD
LE
LD
LE
LD
LE
LD
LE
LD
LE
LD
LD
LE
LD
LE
LD
LE
LD
LE
LD
LE
LD
LD
T.R.E.
T.R.E.
T.R.I.
T.R.I.
T.R.E.
T.R.E.
T.R.I.
T.R.I.
T.R.E.
T.R.E.
T.R.I.
T.R.I.
T.R.E.
T.R.E.
T.R.I.
T.R.I.
T.R.E.
T.R.E.
T.R.I.
T.R.I.
T.R.E.
T.R.E.
T.R.I.
T.R.I.
T.R.E.
T.R.E.
T.R.I.
T.R.I.
T.R.E.
T.R.E.
T.R.I.
T.R.E.
T.R.E.
T.R.E.
T.R.I.
T.R.I.
T.R.E.
T.R.I.
T.R.I.
T.R.E.
3448
2226
3117
4364
2420
3120
2605
3410
4701
3159
2929
2716
3442
3695
3242
3412
3516
2433
3001
3134
3283
3464
3006
3820
3485
3940
3647
3453
4846
4276
3800
4190
3400
4007
3275
3447
4050
3225
4425
3479
MR Médio
(Mpa)
Vida de Fadiga
Nível de
Tensão (%)
Deform. Espec.
Resiliente
Diferença de
Tensões (Mpa)
Nº de Aplicações
30
0,0001029
1,27
2210
40
20
0,0001373
0,0000686
1,70
0,85
460
9134
10
0,0000343
0,42
17268
40
0,0001335
1,78
1257
10
0,0000334
0,44
5608
20
0,0000667
0,89
3157
30
40
0,0001001
0,0001197
1,33
1,54
1461
991
30
0,0000898
1,15
1458
10
20
0,0000299
0,0000599
0,38
0,77
17399
3531
10
30
0,0000278
0,0000834
0,44
1,32
4522
527
20
0,0000556
0,88
1327
40
20
0,0001113
0,0000546
1,76
0,80
420
1676
10
30
0,0000273
0,0000819
0,40
1,20
5882
560
40
0,0001092
1,60
392
3089
3327
3207
3955
3664
XVIII
Interessado:
Material:
Local de Coleta:
Engº Márcio Gusmão
Corpos-de-Prova extraído de revestimento asfáltico (CBUQ) - 1ª Etapa
Rodovia BR-116/MG - Km 310 a 376
D ado s do s C o rpo s-de-P ro va
CP Nº
Lado
Trilha
Altura (Cm)
Diâmetro
(Cm)
2035A
2035B
2050A
2050B
2050C
2055A
2055B
2065A
2065B
2065B
2075A
2075B
2075C
2075D
2085A
2095A
2095B
2095C
2095D
2100A
2110A
2110B
2110C
2110D
2110E
LD
LE
LE
LE
LE
LD
LD
LE
LE
LE
LD
LD
LE
LE
LE
LE
LD
LD
LE
LE
LD
LE
LD
LE
LD
EXT
INT
EXT
INT
MEIO
EXT
INT
INT
EXT
MEIO
EXT
INT
EXT
INT
MEIO
EXT
EXT
INT
INT
MEIO
EXT
EXT
MEIO
INT
INT
5,47
5,49
4,75
6,06
5,49
5.53
5,01
5,73
4,73
4,90
4,72
5,42
5,35
5,11
4,60
5,30
4,79
4,19
5,64
6,59
5,38
4,38
4,84
3,42
4,99
9,07
9,04
9,05
9,01
9,06
9,09
9,03
8,99
9,06
9,11
8,99
9,02
9,01
9,03
9,06
8,95
9,13
9,06
9,07
9,01
9,07
9,04
9,06
9,02
9,09
M ó dulo s de R esiliência
Polímero
Densidade
(%)
2,359
2,353
2,326
2,307
2,330
2,379
2,356
2,374
2,335
2,316
2,328
2,307
2,344
2,293
2,331
2,288
2,292
2,299
2,295
2,318
2,290
2,385
2,310
2,342
2,333
XIX
2,0
1,5
1,0
0,5
Sem
Polímero
R esistência à T ração
MR
(Mpa)
MR Médio
RT Médio
RT (Mpa)
(Mpa)
(Mpa)
6143
5974
4183
5413
4127
6158
7111
3585
5983
5608
3392
5004
3979
4897
4526
3683
3342
3541
5728
5440
4302
6795
4730
5673
7122
1,31
1,25
1,30
1,24
1,39
1,29
1,63
1,20
1,44
1,32
1,53
1,02
1,10
1,21
1,27
1,24
1,35
1,40
1,27
1,04
0,85
1,04
1,28
1,43
1,04
5168
5689
4360
4347
5724
1,30
1,38
1,23
1,26
1,13
Interessado:
Material:
Local de Coleta:
Engº Márcio Gusmão
Corpos-de-Prova extraído de revestimento asfáltico (CBUQ) - 1ª/2ª Etapa
Rodovia BR-116/MG - Km 310 a 376
1ª Etapa
CP Nº
Leitura
(0,001")
K (Constante)
Força (Kg)
Diâmetro (Cm)
Altura (cm)
RT (Km/Cm²)
RT (Mpa)
2034
2043
2044
2054
2056
2066
2073
2078
2086
2095
2101
2104
2120
2121
2125
18
11
20
17
18
17
10
15
15
17
17
17
13
16
17
46,2755
46,2755
46,2755
46,2755
46,2755
46,2755
46,2755
46,2755
46,2755
46,2755
46,2755
46,2755
46,2755
46,2755
46,2755
833,0
509,0
902,4
786,7
833,0
763,5
439,6
671,0
671,0
763,5
763,5
786,7
601,6
717,3
763,5
9,11
9,16
9,12
9,14
9,11
9,18
9,15
9,07
9,10
9,14
9,16
9,16
9,18
9,06
9,12
5,06
4,17
5,33
4,96
4,86
5,15
3,24
4,72
4,99
4,87
4,91
4,84
4,63
4,76
5,17
11,50
8,49
11,81
11,05
11,98
10,27
9,44
9,98
9,40
10,93
10,81
11,28
9,01
10,59
10,32
1,15
0,85
1,18
1,10
1,20
1,03
0,94
1,00
0,94
1,09
1,08
1,13
0,90
1,06
1,03
CP Nº
Leitura
(0,001")
K (Constante)
Força (Kg)
Diâmetro (Cm)
Altura (cm)
RT (Km/Cm²)
RT (Mpa)
2035A
2035B
2050A
2050B
2050C
2055A
2055B
2065A
2065B
2065C
2075A
2075B
2075C
2075D
2085A
2095A
2095B
2095C
2095D
2100A
2110A
2110B
2110C
2110D
2110E
22
21
19
23
24
22
25
21
21
20
22
17
18
19
18
20
20
18
22
21
14
14
19
15
16
46,2755
46,2755
46,2755
46,2755
46,2755
46,2755
46,2755
46,2755
46,2755
46,2755
46,2755
46,2755
46,2755
46,2755
46,2755
46,2755
46,2755
46,2755
46,2755
46,2755
46,2755
46,2755
46,2755
46,2755
46,2755
1018,1
971,8
879,2
1064,3
1087,5
1018,1
1156,9
971,8
971,8
925,5
1018,1
786,7
833,0
879,2
833,0
925,5
925,5
833,0
1018,1
971,8
647,9
647,9
879,2
694,1
740,4
9,07
9,04
9,05
9,01
9,06
9,09
9,03
8,99
9,06
9,11
8,99
9,02
9,01
9,03
9,06
8,95
9,13
9,06
9,07
9,01
9,07
9,04
9,06
9,02
9,09
5,47
5,49
4,75
6,06
5,49
5,53
5,01
5,73
4,73
4,90
4,72
5,42
5,35
5,11
4,60
5,30
4,79
4,19
5,64
6,59
5,38
4,38
4,84
3,42
4,99
13,06
12,46
13,02
12,41
13,91
12,89
16,27
12,02
14,44
13,19
15,28
10,24
11,00
12,14
12,72
12,43
13,47
13,97
12,68
10,42
8,45
10,41
12,78
14,32
10,38
1,31
1,25
1,30
1,24
1,39
1,29
1,63
1,20
1,44
1,32
1,53
1,02
1,10
1,21
1,27
1,24
1,35
1,40
1,27
1,04
0,85
1,04
1,28
1,43
1,04
RT Médio (Mpa)
1,06
1,11
0,96
1,10
1,00
2ª Etapa
XX
RT Médio (Mpa)
1,30
1,38
1,23
1,26
1,13

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