ARTIGO ORIGINAL
NASCIMENTO, Beatriz Almeida [1], SOUZA, Thays Gomes de [2], LIMA, Lívia Ramos [3]
NASCIMENTO, Beatriz Almeida. SOUZA, Thays Gomes de. LIMA, Lívia Ramos. Estudo da utilização de mistura de material fresado com aditivo rejuvenescedor como alternativa à substituição de camada de rolamento e/ou acostamento: Análise em trecho da BR-324. Revista Científica Multidisciplinar Núcleo do Conhecimento. Ano 05, Ed. 11, Vol. 06, pp. 64-90. Novembro de 2020. ISSN: 2448-0959, Link de acesso: https://www.nucleodoconhecimento.com.br/engenharia-civil/mistura-de-material
RESUMO
A necessidade de economia e a preocupação ambiental vem despertando no mundo a mudança em diversos aspectos. Em se tratando de pavimentação, onde os gastos são altíssimos e o impacto ambiental é altamente relevante, surge uma necessidade de encontrar alternativas cada vez mais viáveis. Uma delas é reutilizar o material fresado retirado de pavimentos com a vida útil já esgotada, por meio de rejuvenescimento com um aditivo resíduo do óleo de soja que recupera em até 95% suas propriedades. Um processo rápido, simples e econômico, que reduz o descarte do resíduo e de boa parte do bota fora do fresado. O artigo busca mostrar como se utiliza o aditivo e analisar os custos da fabricação do mesmo. A metodologia utilizada foi a pesquisa de campo, e a partir da observação direta de todas as etapas envolvidas no processo foi possível perceber que colocar em prática essa alternativa é uma ação que pode trazer grandes benefícios para o governo e para as concessionárias de rodovias. Observa-se também que o uso do material da própria empresa se torna mais viável economicamente pois não há necessidade de compra e de gastos para o descarte.
Palavras-chave: pavimento, aditivo, fresado, PMF (pré-misturado a frio).
1. INTRODUÇÃO
Uma questão que vem ganhando força no meio da pavimentação rodoviária atualmente é a sustentabilidade, especialmente a preocupação com a redução do uso de recursos naturais, pois sua disponibilidade fica cada vez mais escassa além de ser limitada. Outro fator, não menos importante, é a diminuição nos custos das obras, que são muito altos. No Brasil, em 2018, foram investidos R$ 7,5 bilhões em obras de pavimentação, sendo R$ 4,2 bilhões referentes apenas à manutenção da malha federal administrada pelo DNIT. (MINISTÉRIO DA INFRAESTRUTURA, 2019)
Geralmente, os governantes e engenheiros optam por executar um pavimento de asfalto betuminoso pela sua facilidade e rapidez na execução. Segundo a Norma DNIT 031/2004, os materiais constituintes do concreto asfáltico são agregados graúdo, agregado miúdo, material de enchimento filler e ligante asfáltico, os quais devem satisfazer às normas pertinentes e às especificações aprovadas pelo DNIT. Esse pavimento é composto por camadas abaixo dele que são, base, sub-base, reforço do subleito (quando preciso) e a regularização do solo. De acordo com Viana (2019) o revestimento asfáltico é a faixa superior designada a resistir diretamente às ações do trânsito e propagá-las de forma amenizada para as camadas abaixo, impermeabilizar o pavimento e também de melhorar as circunstâncias de rolamento. A base é a camada em que se constrói o revestimento e é atribuída a resistir aos esforços verticais originários dos veículos e dispor de forma adequada as camadas inferiores. A sub-base é a camada adicionada à base. O reforço do subleito é uma camada de espessura contínua, disposta por circunstâncias técnico econômicas acima da regularização do subleito, da qual função é impossibilitar espessuras superiores da camada de sub-base devido à baixa capacidade de suporte do subleito.
Contudo, o avanço tecnológico está despertando aos poucos nas pessoas uma identidade ambiental e consequentemente uma preocupação com os impactos ao meio ambiente, que são causados por quase todos os setores, entre eles a engenharia rodoviária, tanto na utilização de recursos para construção e manutenção de pavimentos quanto no descarte dos materiais substituídos que não terão reuso. (SACHET, 2007)
Na construção civil, especialmente na engenharia rodoviária, o uso de materiais alternativos utilizando produtos industriais, como os aditivos por exemplo, é extremamente significante devido a sua capacidade de utilizar esses materiais em grande escala, o que facilita o processo de reforma e diminui os custos dos pavimentos.
Os estudos e pesquisas na área estão sendo focados em buscar eficiência e economia, procurando acatar às questões de projeto e mercado, ocasionando novidade constante. Em relação as estradas, a primeira questão a surgir é a execução da pavimentação asfáltica e sua viabilidade econômica. Esse estudo busca analisar uma alternativa a reforma da camada de revestimento da pavimentação com o intuito de torná-la mais econômica e “limpa”, utilizando uma mistura de fresado e aditivo rejuvenescedor para renovar o asfalto e reaplicá-lo.
1.1 OBJETIVOS
1.1.1 OBJETIVO GERAL
O artigo tem como objetivo geral explanar a aplicabilidade do aditivo rejuvenescedor em pavimentos asfálticos.
1.1.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS
- Analisar como conservar os pavimentos utilizando o aditivo.
- Realizar a análise econômica do uso do aditivo.
2. FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA
2.1 BREVE HISTÓRICO
A primeira rodovia pavimentada no Brasil (por método Macadame, onde o piso é composto por pequenas pedras comprimidas que se encaixam umas nas outras) foi inaugurada em 23 de junho de 1861 pelo imperador dom Pedro II, e liga Petrópolis-RJ a Juiz de Fora – MG. (ABDALA, 2011)
Hoje, a extensa malha rodoviária brasileira soma 1.563,6 mil quilômetros. Dessas estradas apenas 13,7% (cerca de 213,5 mil quilômetros) são pavimentadas. Da malha rodoviária federal 84,7% (65,5 mil quilômetros) são pavimentados.
As maneiras de construir pavimentos vêm evoluindo de maneira significativa nos últimos tempos, crescendo em volume de pavimento e técnicas construtivas. Essa evolução permitiu o aperfeiçoamento das técnicas e dos métodos na construção.
2.2 PAVIMENTO
Bernucci et al. (2008) define como pavimento uma estrutura de diferentes camadas montadas em uma superfície modificada através de terraplanagem, a sua finalidade é resistir aos esforços causados pelo tráfego de veículos e do clima, proporcionando aos usuários uma segurança e conforto durante a passagem dos veículos. Segundo ele, existem alguns tipos de pavimentos a serem executados de acordo com os projetos desenvolvidos. O pavimento asfáltico é o mais comum em nosso país, podendo ser observado nas vias de grande tráfego, ou como em avenidas urbanas com pouco movimento, em até mesmo estacionamentos de centros comerciais e semelhantes. O pavimento pode ser rígido, semirrígido ou flexível. Os pavimentos rígidos são formados por camadas que executam basicamente a tração, o seu revestimento tem uma grande rigidez comparado às outras camadas inferiores, na prática ele retém todas as tensões oriundas do carregamento que nele é aplicado.
De acordo com o Manual de Pavimentação (DNIT, 2008) os pavimentos semirrígidos caracterizam-se por uma base cimentada por algum aglutinante com propriedades cimentícias, como por exemplo, por uma camada de solo cimento revestida por uma camada asfáltica. Já os pavimentos flexíveis são aqueles que suas camadas, devido ao carregamento que recebem, sofrem deformações significativas.
2.3 PAVIMENTO FLEXÍVEL
O pavimento asfáltico é um pavimento flexível, constituído por uma base de brita ou de solo pedregulhoso, revestida por uma camada asfáltica. É uma estrutura com várias camadas. Essa camada asfáltica deve ser o mais impermeável possível e deve receber e distribuir as cargas dos veículos que trafegam sobre ela de forma aliviada e criteriosa. Especialmente, a camada superficial (camada de rolamento), que é o revestimento asfáltico e fica apoiada sobre as camadas de base, sub-base e reforço do subleito. (SILVA, 2015)
Muito utilizado nas vias públicas e o pavimento mais comum em nossas estradas, ruas, avenidas, rodovias e ruas.
Figura 1: Estrutura do pavimento flexível.
2.4 REVESTIMENTO
Pela própria definição, revestimento é a camada destinada a resistir ao desgaste imposto pela ação do tráfego.
É a camada mais nobre do pavimento, devendo a sua execução ser procedida de detalhados ensaios de dosagem e acompanhada por rigorosos ensaios de controle. (SENÇO, 2001, p. 149)
Os esforços que atuam no revestimento são os esforços longitudinais, os esforços transversais, as pressões de impacto, os esforços de sucção e os esforços tangenciais.
2.5 CIMENTO ASFÁLTICO DE PETRÓLEO (CAP)
Comumente conhecido como asfalto, utilizado em pavimentações, ele é obtido da destilação do petróleo é também conhecido como cimento asfáltico de petróleo (CAP), apresentando características físicas que asseguram o desempenho aos diversos tipos de esforços solicitados em um pavimento. No Brasil, utiliza-se a denominação CAP para designar esse produto semi-sólido a baixas temperaturas, visco elástico à temperatura ambiente e líquido a altas temperaturas, e que se enquadra em limites de consistência para determinadas temperaturas estabelecidas. (BERNUCCI, 2008)
Segundo Senço (2001), é o mais nobre dos revestimentos flexíveis.
O asfalto é um material antigo e que possui diversas funcionalidades, uma das principais delas é o uso na pavimentação. A pavimentação asfáltica é a forma de revestimento mais utilizada no mundo e isso se dá por diversos fatores:
Proporciona forte união dos agregados, agindo como um ligante que permite flexibilidade controlável; é impermeabilizante, é durável e resistente à ação da maioria dos ácidos, dos álcalis e dos sais, podendo ser utilizado aquecido ou emulsionado, em amplas combinações de esqueleto mineral, com ou sem aditivos. (BERNUCCI, 2008, p. 25)
No Brasil, a grande maioria dos revestimentos asfálticos são formados por agregados minerais e ligantes asfálticos, numa combinação e dosagem feitas de acordo com as necessidades e solicitações do projeto completo. Esse material pode ser fabricado em usina ou até mesmo no próprio local de aplicação, para tratamentos superficiais.
De acordo com Senço (2001), pode ser definido como o revestimento flexível resultante da mistura a quente, em usina apropriada.
Assim, ele é composto por agregados minerais graúdos, como pedra britada, agregados finos e filler (material proveniente dos agregados graúdos, exemplo são o pó calcário, cal hidratada e cimento Portland).
Ao longo de sua utilização os agregados de uma mistura envelhecida costumam manter as suas características físicas e de resistência mecânica, porém o ligante asfáltico perde alguns de seus componentes e sofre certo enrijecimento. Para recuperar a flexibilidade do ligante pode ser feita a reciclagem a quente ou a frio. Para isso é usado um produto (agente rejuvenescedor) que repõe as frações maltênicas do ligante envelhecido, recuperando a estabilidade estrutural de misturas asfálticas a partir da união entre as partículas de agregados. (BERNUCCI, 2008)
2.6 PATOLOGIAS
No âmbito dos pavimentos as principais patologias são provenientes do tempo de vida útil, os frequentes e grandes esforços dos veículos, ações das intempéries e outras complicações geram deformações plásticas ou permanentes no pavimento que podem se manifestar por meio de trincas do tipo “couro de jacaré”, buraco, remendo etc. Esses fatores fazem necessária a manutenção do pavimento para que o mesmo esteja sempre transitável e em boas condições para o transporte seguro, confortável e econômico das cargas e dos passageiros. (CNT, 2018)
A sua durabilidade depende de fatores antes da sua execução. Primeiramente um bom projeto. A verificação do local onde vai ser implantada deve ser analisada para se estabelecer as camadas que vão receber o asfalto e deve-se também observar o trafego de veículos no local, assim as camadas devem ser muito bem executadas, com verificação de qualidade dos materiais e a mão de obra.
Caso ocorra erro na sua execução, as patologias aparecerão rapidamente e o seu tempo de vida será encurtado, sendo solicitado sempre reparos.
Figura 2: Trinca tipo couro de jacaré.
Figura 3: Remendo.
Figura 4: Buraco.
2.7 CONSERVAÇÃO/RESTAURAÇÃO
“Devido à importância econômica e ao valor patrimonial representado pelas rodovias, a conservação dos pavimentos rodoviários deve ser atualmente a preocupação mais séria e urgente do setor.” (SACHET, 2007, p. 13)
Os pavimentos são empregados e duram um certo tempo, durante esse período o desgaste acontece de forma gradual, assim deve se observar o que causou esse desgaste, como o tempo de vida, material de ruim qualidade, o aumento do tráfego de veículos, entre outros.
Um estudo deve ser realizado para definir o tipo de restauração, cada tipo de patologia requer uma especificidade de procedimento.
Uma das técnicas utilizadas pelo DNIT para restaurar pavimentos deteriorados e solucionar problemas no asfalto é a fresagem, onde é feito o corte e a retirada da parte deteriorada, utilizando um equipamento chamado fresadora, e depois feita a nova camada sob esse corte. Esse material retirado no corte pode ser reaproveitado, chamado de RAP (recycled asphalt pavement), misturado com os agentes rejuvenescedores e outros aditivos se necessário. A reciclagem pode ser feita a quente, ou a frio. No caso da reciclagem a frio, são utilizados os agentes rejuvenescedores emulsionados. (BERNUCCI, 2008)
2.8 ADITIVO REJUVENESCEDOR
Dentre os diversos agentes rejuvenescedores presentes no mercado de pavimentação, destacou-se uma alternativa ecológica e sustentável que apresentou eficácia em sua utilização, conforme abordado por Osmari (2016) o uso do resíduo de óleo vegetal como agente rejuvenescedor de ligante asfáltico é uma solução eficaz e “verde”. Através de estudos e ensaios constatou-se que o uso do mesmo foi satisfatório na recuperação das características originais do ligante envelhecido pois reduziu sua viscosidade e rigidez e aumentou o seu ângulo de fase a níveis semelhantes aos do ligante virgem.
2.9 PRÉ-MISTURADO A FRIO (PMF)
O PMF é um composto feito em temperatura ambiente em usina adequada, composta de agregado mineral graduado, material de enchimento (filler) e de emulsão asfáltica de petróleo (EAP), espalhada e comprimida a frio. Ele pode ser empregado como revestimento, base, regularização ou reforço de pavimento. (DNER – ES 317/97)
As misturas dos PMFs podem ser feitas em vários tipos de usinas e até mesmo em betoneiras comuns, em caso de manutenção de pavimentos em uso.
Segundo Santos (2002):
São inúmeras as vantagens de se trabalhar com os PMF, principalmente quando são utilizados os asfaltos emulsionados como ligante. Exemplos: utilização de equipamentos de custo inferior aos das misturas a quente; utilização do agregado úmido, o que facilita o envolvimento do agregado pelo ligante; como não há necessidade de aquecer os agregados, evita-se a poluição do meio ambiente e os riscos de incêndio, explosões e acidentes de trabalho; facilidade para preparação da massa e sua execução; dependendo do tipo de asfalto emulsionado, são facilmente estocáveis, o que facilita a sua utilização para os diversos tipos de serviço. (SANTOS, 2002, p. 20)
O estudo de Filho (2005) sobre a viabilidade da reconstrução do aeroporto de Pouso Alegre/MG por procedimentos de reciclagem a frio “in situ”, atesta que esse método é sim vantajoso em diversos aspectos: ambientalmente, pois o material existente é reutilizado, o que diminui a quantidade de material novo, consequentemente diminui as detonações e o descarte do material antigo; diminuição do tempo de construção, pois é um processo mais ágil e rápido; o que acarreta na melhoria do custo-benefício, nesse caso o valor da obra foi reduzido em 27% se comparado com o projeto inicial (que utilizaria técnicas convencionais de restauração de pavimento).
3. PROCEDIMENTOS METODOLÓGICOS
O trabalho foi realizado por meio de uma fundamentação teórica geral em torno da área estudada e da pesquisa de campo, que consiste em ir ao local do estudo analisar tudo, buscar e reunir informações.
Nesse caso, foi observado de perto o objeto do estudo que é o uso do aditivo em pavimentos asfálticos em uma área específica, e a partir disso foi possível reunir informações mais concretas sobre o assunto. Feita a observação, foi possível ter mais clareza se será viável ou não a aplicabilidade do material em questão em pavimentos asfálticos, e, assim, se será vantajoso para as concessionárias de rodovias e/ou para o governo.
A Mistura do Material fresado Beneficiado com o aditivo ANOVA 1300 (que é fabricado com o resíduo do óleo de soja) é uma mistura executada à temperatura ambiente, espalhada e compactada a frio. Este material pode ser empregado como camada de revestimento para acostamentos, ruas laterais e remendos superficiais. Através de uma visita técnica no galpão e em trechos de concessão da VIABAHIA, concessionária de rodovias S.A., na BR-324, foi possível acompanhar de perto todo o processo de fabricação e aplicação da mistura.
3.1 PROCESSO
Primeiramente o fresado é extraído por processo de fresagem de pavimentos asfálticos. Esse material é transportado em um caminhão para o local onde será feito todo o procedimento, triturado e agrupado em uma pilha para que possa dar início ao processo de restauração com o ANOVA 1300.
Figura 5: Material fresado sendo despejado e empilhado.
O material é peneirado para ser reutilizado com o aditivo, o material passante na peneira de ¾” segue o processo e o retido vai para descarte pois não serve para ser reutilizado com o aditivo.
Figura 6: Peneiramento do material fresado.
Após o processo de peneiramento do material ele ficará espalhado em cima de uma lona (para não ganhar umidade do solo), em local coberto, até atingir a umidade ideal para o processo que é <= 1,5%.
Figura 7: Material fresado sendo espalhado para a secagem.
É feita a mistura do fresado com cerca de 1% do aditivo ANOVA 1300 até garantir total mistura (cerca de 20 a 30 minutos na betoneira). A porcentagem do aditivo pode variar a depender da porcentagem de CAP presente no material fresado, que é obtido através de ensaios laboratoriais e está descrita na figura 9. A porcentagem de CAP está variando entre 4% a 5%.
Figura 8: Porcentagens de ANOVA 1300 em massa de CAP.
Figura 9: Processo de mistura do material fresado com o aditivo na betoneira.
Após a mistura o material já sai com aparência totalmente diferente e é feito o ensacamento da produção em sacos de capacidade de 25 kg, que são empilhados para a cura. O período de cura é de 2 a 15 dias, ou seja, já é permitido o uso a partir do 2º dia de descanso do material, porém, geralmente é usado por volta do 5º dia de descanso, onde já está com uma cura adequada. Nesse ponto, o material já está disponível para a aplicação.
Figura 10: Material saído da betoneira.
Figura 11: Material ensacado.
A aplicação do material é muito semelhante à do CAP novo, a diferença é que que o rolo compactador não pode ser lubrificado no processo de aplicação do material com o ANOVA 1300, pois o lubrificante reage com o aditivo.
Figura 12: Aplicação do material.
Figura 13: Compactação do material.
O material com o ANOVA 1300 foi aplicado para a análise em um trecho de 20 metros de acostamento na BR-324, e observado após uma semana, a diferença era imperceptível a olho nu. Foi informado que no dia da aplicação a máquina acabadora estava com problemas na mesa, e por conta disso a aplicação não saiu com a espessura esperada no bordo do acostamento, gerando assim algumas fissuras. Porém, nos locais onde foi usado CBUQ ocorreu a mesma patologia, ou seja, não foi algo exclusivo da região onde possuía o material fresado com aditivo.
Figura 14: Material fresado + ANOVA 1300 e CBUQ lado a lado.
3.2 DETERMINAÇÕES TÉCNICAS:
Durante a produção da mistura, o controle das características do material fresado deve ser executado, com 2 determinações no material estocado por jornada de 8 horas de trabalho, abrangendo as seguintes determinações:
a) granulometria, conforme NBR NM 248(13);
b) extração de asfalto, preferencialmente conforme ASTM D 6307(14) ou DNER ME 053(15), ou ensaio de extração por refluxo Soxhlet de 1.000 ml, conforme ASTM D 2172(16);
c) teor de umidade método expedito da frigideira.
O controle das características da Mistura do Material fresado Beneficiado com (ANOVA 1300) deve abranger:
a) extração de asfalto, preferencialmente conforme ASTM D 6307(14) ou DNER ME 053(15), ou ensaio de extração por refluxo Soxhlet de 1.000 ml, conforme ASTM D 2172(16), dois ensaios por jornada de 8 horas de trabalho, amostras coletas com intervalo de 4 horas;
b) granulometria da mistura com material resultante das extrações da alínea a, conforme NBR NM 248(13);
c) Estabilidade e fluência Marshall (96 horas a 25 °C em água ou em temperatura ambiente controlada);
d) ensaio Marshall, conforme NBR 12891(7): moldagem de três corpos de prova para determinação do teor de vazios, estabilidade: um ensaio por jornada de 8 horas de trabalho;
e) Determinação da resistência à tração por compressão diametral DNIT 136/2010;
f) Resistência antes e depois do condicionamento em água (96 horas a 25 °C em água ou em temperatura ambiente controlada).
4. RESULTADOS E DISCUSSÕES
Figura 15: Resultado de ensaios de laboratório com o material.
Nesta tabela, constam os resultados dos ensaios citados anteriormente realizados com o material fresado vindo da cidade de Jequié, beneficiado com 1% do (ANOVA 1300). Essa mistura foi aplicada em trechos da BR-324. A empresa ainda não possui parâmetros aceitáveis definidos, os ensaios são realizados para estudo e definição futura.
Figura 16: Composição de preços para a produção do material (60 sacos).
Figura 17: Composição de preços para a produção do material (150 sacos).
Figura 18: Composição de preços para a produção do material (250 sacos).
Nestas tabelas, consta a composição de preços para a produção desse material para 60, 150 e 250 sacos por dia. Sendo que 250 sacos por dia é a produção máxima possível para uma betoneira e para a mão de obra da equipe suprir as necessidades. Para ultrapassar os 250 sacos, além de contratar novos trabalhadores, seria necessária uma nova betoneira. Observa-se também que não há custos para a aquisição do fresado, considerando que é utilizado o fresado disponível nas obras da VIABAHIA, nesse caso, vindo de Jequié (DMT 220km, Jequié-Feira de Santana-BA).
Um fator importante é que no custo da produção, quanto maior a quantidade de sacos, mais barata a produção do material, visto que a mão de obra é fixa até a capacidade máxima de produção, que é de 250 sacos. Ou seja, é mais vantajoso que seja produzida a capacidade máxima, para obter lucro na mão de obra, pois será pago o mesmo valor. Por isso quanto maior for a produção, menor será o custo unitário.
5. CONSIDERAÇÕES FINAIS
O produto é um aditivo de alto desempenho desenvolvido para misturas asfálticas de reparo a frio, o que facilita seu preparo (in loco) que é feito de maneira simples. Além da praticidade, é econômico e “eco friendly” e tem grande potencial para ser utilizado nas reformas das vias, gerando uma redução de custos e diminuindo o impacto ambiental do descarte dos materiais. Destaca-se que o uso do fresado disponível da VIABAHIA se torna mais viável economicamente, principalmente de um local mais próximo de onde o material será fabricado e aplicado, evitando movimentações a longas distâncias que deixam a obra mais custosa.
O mesmo vem apresentando bons resultados nos pavimentos onde vem sendo utilizado e é uma alternativa viável na reforma dos pavimentos asfálticos.
Vista então, a grande importância de uma alternativa sustentável e econômica na pavimentação, destaca-se o uso da mistura do material fresado com o aditivo ANOVA 1300, que possui uma implantação viável, eficiente e econômica.
REFERÊNCIAS
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BERNUCCI, Liedi Bariani. et al. Pavimentação asfáltica: Formação básica para engenheiros. Rio de Janeiro: PETROBRAS: ABEDA, 2008. p. 7-475.
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DNIT. Norma DNIT 031/2004 – ES Pavimentos flexíveis – Concreto asfáltico – Especificação de serviço. 2004.
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SACHET, Taís. Controle Tecnológico de Obras Rodoviária Envolvendo a Reciclagem In Situ de Bases Granulares de Pavimentos Asfálticos. 2007. Programa de Pós Graduação – Universidade de Passo Fundo, Passo Fundo, 2007. Disponível em: <http://tede.upf.br:8080/jspui/handle/tede/223>. Acesso em: 20 abr. 2020.
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[1] Graduanda em Engenharia Civil.
[2] Graduanda em Engenharia Civil.
[3] Orientadora. Especialização em Engenharia Rodoviária: Do Estudo De Viabilidade Ao Projeto Executivo. Graduação em Engenharia Civil. Graduação em Enfermagem.
Enviado: Outubro, 2020.
Aprovado: Novembro, 2020.
