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42ª RAPv - REUNIÃO ANUAL DE PAVIMENTAÇÃO
E
18ºENACOR – ENCONTRO NACIONAL DE CONSERVAÇÃO
RODOVIÁRIA
Foz do Iguaçu, PR - 18 a 21 de agosto de 2015
AVALIAÇÃO DE MISTURAS ASFÁLTICAS RECICLADAS MORNAS EM
LABORATÓRIO E USINA DE ASFALTO
Marcelo Zubaran 1; Laura Maria Goretti da Motta 2
RESUMO A comunidade acadêmica e a indústria da pavimentação asfáltica buscam aliar mecanismos teóricos e práticos para
racionalizar e reutilizar os insumos onerosos e não renováveis necessários para a construção de concretos asfálticos. Duas
tecnologias emergem no cenário da pavimentação como solução a estas demandas, mas que juntas carecem de método
específico: as misturas mornas e a reciclagem a quente. Este trabalho resume uma pesquisa feita para avaliar o
comportamento de misturas recicladas a quente em laboratório e misturas recicladas mornas em uma usina de asfalto
preparada para processar o RAP em módulo especial e promover a espuma asfáltica como técnica de mistura morna. Para
tanto, criaram-se projetos em laboratório com diferentes taxas de RAP e agente rejuvenescedor. Em usina foram
fabricadas duas misturas, uma de referência sem RAP e outra com 50% de RAP. Avaliaram-se as condições de contorno
durante a usinagem e foram monitoradas as temperaturas de usinagem e compactação das misturas recicladas mornas,
aplicadas dentro da Ilha do Fundão, UFRJ, na cidade do Rio de Janeiro. Avaliação volumétrica, mecânica e sobre o
envelhecimento do ligante asfáltico ao longo dos processos produtivos indicam viabilidade econômica, ambiental e
técnica da reciclagem morna mediante critérios de seleção de materiais e projetos e considerando as características dos
equipamentos utilizados.
PALAVRAS-CHAVE: (Misturas Asfálticas Recicladas Mornas, Reciclagem a Quente, Mistura Morna e Comportamento Mecânico)
ABSTRACT The academic community and the asphalt paving industry seek to combine theoretical and practical mechanisms
to reduce and reuse expensive and non-renewable materials required for the construction of Asphalt Concrete. Two
technologies grow in the scenario of asphalt pavement as a solution to those demands but when together, they still require
specific methodologies: Warm Mix Asphalt and Hot Recycling. This paper is part of a research that looks for evaluating
the performance of hot recycling mixtures in laboratory and warm recycling mixtures in an asphalt plant, prepared to
process the RAP in a special unit and to create foaming bitumen as a warm mix technology. Therefore, mix designs were
developed with different percentages of RAP and a rejuvenating agent. In plant, two different mixtures were developed,
one called reference mixture and another with 50% of RAP. The modeling work were evaluated during the production in
the asphalt plant and the production and application temperatures were monitored in the job site, at Ilha do Fundão, UFRJ,
in Rio de Janeiro. Volumetric, mechanical and binder aging during the production process were evaluated and indicate
economic, environmental and technical viability depending on the projects and material criteria, considering the materials
and equipment’s used.
KEY WORDS: (Warm Recycling Asphalt Mixtures, Hot Recycling, Warm Mix Asphalt and Mechanical Behavior)
INTRODUÇÃO
O concreto asfáltico ou concreto betuminoso usinado a quente – CA ou CBUQ - é a mistura de
agregados de vários tamanhos e CAP - Cimento Asfáltico de Petróleo – em proporções definidas em
um projeto baseado em características volumétricas e mecânicas requeridas para uso em
pavimentação, de acordo com o tipo de estrutura. Estes insumos são provenientes da natureza com
características intrínsecas dos processos naturais de formação e de industrialização, conferindo às
misturas asfálticas propriedades que dependem destas origens e do processamento. Os custos para
produção de CA são elevados por se tratar de grandes volumes necessários aos quilômetros de
estradas existentes e por construir, portanto é fundamental pensar na economia de agregados e de
CAP virgens.
Além disso, a fabricação do concreto asfáltico em usina resulta em impactos ambientais decorrentes
principalmente das temperaturas de usinagem. O ligante asfáltico, responsável por dar flexibilidade
e manter a mistura coesa, necessita de aquecimento para atingir a viscosidade necessária para a
mistura com os materiais pétreos que, por sua vez, precisam estar aquecidos e isentos de umidade
para obter adesão com o ligante. Assim, na tecnologia tradicional, o aquecimento a altas temperaturas
(tipicamente entre 150ºC e 160ºC) destes materiais é inevitável.
Misturas asfálticas sustentáveis têm sido estudadas há alguns anos no sentido de melhorar ou
substituir as técnicas tradicionais de misturas a quente. As principais tecnologias sustentáveis são as
misturas mornas ou WMA – Warm Mix Asphalt – a partir da redução das temperaturas de usinagem
e compactação e a reciclagem a quente em usina de asfalto com uso do resíduo da fresagem do
pavimento, conhecido como RAP - Reclaimed Asphalt Pavement - como um insumo, junto com
materiais virgens, na produção de misturas asfálticas. Ultimamente tem-se pesquisado o uso de RAP
em misturas mornas, sendo esta técnica a mais promissora por juntar as duas técnicas (mistura morna
e reciclagem) e permitir obter misturas com baixo custo, adequada qualidade e com produção factível
em usina convencional, popularmente chamada de “usina de asfalto”.
Fora das fronteiras brasileiras, principalmente na América do Norte e Europa, misturas asfálticas mais
econômicas e com vantagens ambientais e operacionais avançaram significativamente na última
década. Conforme NAPA 2014, em 2013 mais de 30% das misturas asfálticas fabricadas nos Estados
Unidos da América apresentaram alguma tecnologia de mistura morna, sendo 87% das misturas
mornas a partir do processo de espuma asfáltica produzida em usina de asfalto. O mesmo relatório da
NAPA relata que a taxa de reciclagem de asfalto nos Estados Unidos é maior que 99% e 100% dos
contratistas reportaram uso de RAP em 2013. Na França em 2012 as misturas mornas já
representavam 7,5% de toda produção de misturas asfálticas no referido país. Na Noruega em 2012
as autoridades de inspeção dos trabalhadores do país procuraram acelerar o uso de misturas mornas.
Para atingir este objetivo, a administradora das rodovias norueguesas promoveu uma recompensa de
4 euros por tonelada de mistura asfáltica quando produzida a temperatura inferior a 25ºC em relação
a uma mistura convencional, assumindo a mesma qualidade da referência. Na Suíça está a caminho
a inclusão das tecnologias de misturas mornas nas normas locais. Outros países europeus como Suécia
e Turquia vêm apostando forte nas misturas mornas (EAPA; 2014).
No Brasil, a experiência é ainda pequena sobre asfalto morna e reciclagem a quente, de forma mais
generalizada no meio técnico e não se tem uma estatística oficial destas misturas já aplicada e dos
resultados obtidos, nem quais técnicas têm sido testadas. O Departamento Nacional de Infraestrutura
de Transporte - DNIT - disponibiliza uma norma para produção de misturas recicladas a quente em
usina (DNIT - ES 033/2005), porém não muito detalhada e não estabelece diretrizes para a aplicação
destas misturas, especialmente em associação à mistura morna. Sobre as misturas mornas, não há
ainda norma brasileira, ao que se saiba, que trate das várias tecnologias possíveis, muitas
desenvolvidas nos anos 1990 na Europa e com aplicações em crescimento acelerado nos últimos anos.
A presente pesquisa foi realizada a partir de um projeto cooperação entre a COPPE/UFRJ e a
Prefeitura Municipal da Cidade do Rio de Janeiro – PMCRJ. A primeira contribuiu com a execução
dos procedimentos laboratoriais e a segunda com a usina, localizada no bairro do Caju na cidade do
Rio de Janeiro, e o local de aplicação.
O objetivo deste trabalho é avaliar o comportamento volumétrico e mecânico de misturas recicladas
a quente produzidas em laboratório com diferentes taxas de RAP e misturas morna e reciclada morna
fabricadas em usinas de asfalto, comparando-as com uma mistura de referência, produzida com base
na tecnologia tradicional. Pretendeu-se também avaliar o comportamento reológico dos ligantes
virgens (antes e após o ensaio de envelhecimento RTFOT) e os ligantes extraídos das misturas
fabricadas em usina de asfalto. As avaliações foram relativas à mistura de referência (sem RAP)
visando identificar as variações de características decorrentes das tecnologias de reciclagem a quente
e morna e avaliação absoluta relacionada com a aplicabilidade destas tecnologias em condições reais.
Também objetiva-se contribuir para a criação futura de um método que permita estabelecer
parâmetros tangíveis para produção de misturas recicladas mornas em usina de asfalto com
espumação para aplicação como revestimento asfáltico, considerando as características dos
equipamentos e materiais disponíveis.
MATERIAIS
Agregados - Origem e Propriedades Físicas
Os agregados utilizados neste projeto são de origem granito e foram coletados nas dependências do
canteiro de obras da PMCRJ. As características físicas dos agregados estão na tabela 1. Tipicamente
os agregados disponíveis na região do estado do Rio de Janeiro são ácidos, conferindo dificuldade de
adesividade com o ligante asfáltico. A PMCRJ não utiliza aditivo melhorador de adesividade nem cal
hidratada, materiais estes que normalmente reduzem o dano da mistura pela umidade.
Tabela 1: Resultados dos ensaios de massa específica e absorção dos agregados utilizados nas
misturas asfálticas dos projetos desta pesquisa.
Agregado Procedimento Massa Específica
real [g/cm³]
Massa Específica
Aparente [g/cm³]
Absorção [%]
Graúdo DNER ME 081/98 2,731 2,669 0,85
Intermediário DNER ME 081/98 2,747 2,629 1,63
Fino ASTM C128/01 2,625 2,625 -
Como se trata de uma usina descontínua tipo gravimétrica, os agregados foram coletados nos silos
quentes da usina para realização dos ensaios físicos e construção das curvas granulométricas. A
granulometria dos agregados está na tabela 2.
Tabela 2: Granulometria dos agregados virgens utilizados nos projetos desta pesquisa.
PASSANTES [%]
PENEIRA [mm] Graúdo Intermediário Fino
3/4' 19,1 100,0 100,0 100,0 1/2" 12,7 49,4 100,0 100,0
3/8" 9,5 21,4 96,1 100,0
Nº.4 4,76 5,0 18,4 97,0
Nº.8 2,38 0,7 3,2 74,0
Nº.16 1,18 0,4 2,3 54,0
Nº.30 0,59 0,3 1,9 40,0
Nº. 50 0,3 0,2 1,4 28,0
Nº.100 0,15 0,1 0,8 16,0
Nº.200 0,075 0,1 0,5 7,0
Material Fresado - RAP
O material fresado da pesquisa é proveniente de uma importante avenida da cidade de Rio de Janeiro
chamada popularmente de Linha Vermelha, cujo nome oficial é Av João Goulart. O RAP foi
armazenado nas dependências do canteiro de obras da Usina da Prefeitura e separado exclusivamente
para a pesquisa, conforme figura 1. A fresagem ocorreu durante a preparação da cidade para a Copa
do Mundo de futebol de 2014, e a condição do trecho estava ainda relativamente boa. Apesar de
trincada, estava sem remendos, o que facilitou para que o RAP fosse mais uniforme.
Figura 1: Armazenamento do RAP utilizado na presente pesquisa.
É fundamental armazenar o material fresado em local coberto a fim de evitar excesso de pó e umidade
que podem ser limitantes para o processo de reciclagem a quente quando presente em grande
proporção. Como o sistema de beneficiamento do RAP não estava instalado durante o período desta
pesquisa, focou-se em obter um RAP de boa qualidade e isto foi garantido como mostram os ensaios
de granulometria e teor de ligante do fresado. As amostras de RAP apresentaram pequenas variações
nas características. Foram coletadas 9 amostras, porém duas foram descartadas por não estarem em
conformidade com as demais amostras por terem sido coletadas muito na borda da pilha. A tabela 3
resume as granulometrias do RAP, após extração do ligante, e os teores de CAP das mesmas amostras.
Tabela 3: Resumo das granulometrias e teor de CAP das amostras de RAP.
Peneira Amostras – Passantes [%]
# [mm] 2 3 4 5 7 8 9 Média
3/4' 19,1 100,0 100,0 100,0 100,0 100,0 100,0 100,0 100,0 1/2" 12,7 90,7 91,1 90,0 91,2 90,4 91,3 88,9 90,5
3/8" 9,5 86,2 83,8 84,7 85,8 84,5 86,0 83,5 84,9
No.4 4,76 64,7 66,3 66,5 66,2 62,9 65,5 64,0 65,2
No.8 2,38 52,0 51,5 50,3 49,9 46,6 47,9 49,7
No.16 1,18 38,0 37,2 37,3 37,6 34,8 36,6 35,8 36,8
No.30 0,59 29,6 28,9 29,3 29,5 27,4 28,6 28,2 28,8
No. 50 0,3 22,2 20,6 21,9 21,6 19,9 20,4 21,2 21,1
No.100 0,15 13,2 11,2 12,7 12,2 11,6 11,3 12,5 12,1
No.200 0,075 7,4 4,7 6,3 6,4 5,9 5,4 6,1 6,0
Teor de CAP [%] 5,2 4,97 4,68 5,08 4,82 4,92 5,03 4,96
A curva granulométrica utilizada nos projetos com RAP é a curva média entre as amostras da tabela
3. O teor de ligante do RAP considerado para os projetos é de 4,96%, valor médio encontrado das
amostras representativas. Durante a coleta das amostras e ensaios com o fresado foram retirados todos
os torrões com dimensão maior que 5 centímetros.
Foram extraídas amostras do ligante do RAP utilizando o ensaio ABSON conforme AASHTO R 59.
Esta extração foi realizada em uma amostra somente, pela empresa IMPERPAV. Este ligante
apresentou sinais de severo envelhecimento, conforme tabela 4. Assim, tornou-se fundamental o uso
de agente rejuvenescedor para melhorar as propriedades dos ligantes das misturas com fresado.
Tabela 4: Características do ligante recuperado do RAP pelo procedimento ABSON.
Material Penetração
[0,1 mm]
Ponto de Amolecimento
[°C]
Viscosidade [cP]
135 °C 150°C 177°C
Ligante
recuperado
0,5 78,1 5228 2227 518
Ligante Asfáltico - Origem e Propriedades
Dois diferentes tipos de ligantes virgens foram utilizados na presente pesquisa, um ligante CAP 30/45
atualmente utilizado em praticamente todas as misturas asfálticas produzidas no estado do Rio de
Janeiro e um agente rejuvenescedor denominado AR-75.
O CAP 30/45 apresentou penetração igual a 30 mm-¹, no limite da especificação ANP e DNIT
095/2006 – ME. O ensaio de penetração foi realizado conforme Método de Ensaio DNIT 155/2010 –
ME. Este ligante foi fornecido pela empresa Stratura Asfalto S/A tendo sido refinado na REPLAN,
em Paulínia, estado de São Paulo. A priori um ligante menos viscoso como o CAP 50/70 seria mais
apropriado para esta aplicação por reduzir o módulo de resiliência e a resistência a tração das misturas
com RAP, porém não havia disponibilidade deste produto durante a pesquisa. Saleh (2004) há uma
tendência de melhores condições de espumação com o uso de ligantes mais moles.
O agente rejuvenescedor AR-75 vem sendo utilizado nas misturas recicladas desenvolvidas pela
PMCRJ. Os valores de viscosidade nas temperaturas de 135°C, 150°C e 177°C dos dois ligantes estão
expostos na tabela 5. As viscosidades foram ensaiadas no laboratório da COPPE com o viscosímetro
rotacional Brooksfield.
Tabela 5: Características dos ligantes virgens utilizados neste estudo.
Ligante Penetração
[0,1 mm]
Ponto de
Amolecimento [°C]
Viscosidade
a 135°C [cP]
Viscosidade
a 150°C [cP]
Viscosidade
a 177°C [cP]
CAP 30/45 30 53,3 444 213,9 76,7
AR 75 248 - 25,5 14,9 6,5
Para os projetos em laboratório, o CAP 30/45 foi aquecido a 155°C, ponto correspondente a 190 cP.
O AR-75 foi aquecido a 140°C para os projetos em laboratório, conforme orientação da PMCRJ.
MÉTODOS
Produção das Misturas em Laboratório
Foram desenvolvidos cinco projetos de misturas asfálticas em laboratório com os materiais descritos.
O primeiro projeto é constituído somente de materiais virgens (agregados e CAP 30/45). O segundo
projeto contempla aproximadamente 30% de RAP na mistura. Os projetos 3, 4 e 5 contemplam
aproximadamente 50% de RAP nas misturas. As porcentagens de RAP foram calculadas em peso
sobre o total de cada mistura. As misturas produzidas em laboratório receberam um código para
facilitar a identificação, conforme tabela 6.
Tabela 6: Nomenclatura dos projetos de misturas asfálticas produzidos em laboratório.
Projeto Agregado Novo [%] RAP [%] AR-75 [%] CAP 30/45 [%]
P0 100 0% 0% 100% P30 70 30% 60% 40%
P50-100 50 50% 100% 0%
P50-80 50 50% 80% 20%
P50-50 50 50% 50% 50%
O objetivo de produzir três projetos com 50% de RAP foi avaliar diferentes dosagens de AR-75 e
CAP 30/45 nas misturas, tendo como referência os ensaios mecânicos de Resistência à Tração por
compressão diametral – RT - e o Módulo de Resiliência - MR. As tabelas 7, 8 e 9 mostram
respectivamente a proporção dos materiais dos projetos, dos ligantes e a economia de CAP virgem
em cada mistura.
Tabela 7: Proporção dos materiais nos teores de projeto.
Projeto RAP [%] Graúdo [%] Intermediário [%] Fino [%] CAP Virgem Total [%]
P0 0,00% 16,20% 26,68% 52,42% 4,70%
P30 29,80% 10,86% 22,00% 33,45% 3,87%
P50-100 49,86% 7,82% 20,04% 20,04% 2,23%
P50-80 49,76% 7,81% 20,00% 20,00% 2,43%
P50-50 49,73% 7,80% 19,99% 19,99% 2,48%
Tabela 8: Proporção dos ligantes nos teores de projeto.
Projeto CAP 30/45
[%]
AR-75 [%] CAP Envelhecido do RAP [%] CAP Total [%]
P0 4,70% 0,00% 0,00% 4,70% P30 1,55% 2,32% 1,48% 5,35%
P50-100 0,00% 2,23% 2,47% 4,70%
P50-80 0,49% 1,94% 2,47% 4,90%
P50-50 1,24% 1,24% 2,47% 4,95%
Tabela 9: Economia de ligante virgem total em cada projeto.
Projeto Economia de CAP Virgem [%]
P0 0,0% P30 17,7%
P50-100 52,6%
P50-80 48,3%
P50-50 47,2%
As curvas granulométricas dos projetos atenderam aos limites da faixa ASTM com tamanho máximo
nominal de 12,5mm. Não foi possível enquadrar as curvas em faixa mais grossa por conta da
granulometria dos agregados disponíveis para este estudo. As curvas granulométricas dos projetos
P0, P30 e P50 foram desenvolvidas em paralelo, ou seja, a definição de cada curva dependeu das
demais, esforço este para manter a semelhança entre todas as curvas. A figura 2 exibe as curvas
granulométricas dos projetos desenvolvidos.
Figura 2: Curvas granulométricas do projeto de referência e dos projetos com 30% e 50% de RAP.
Para a produção das misturas, no laboratório da COPPE, foi utilizado o misturador modelo
BBMAX80 e os corpos de prova foram moldados no compactador giratório Superpave, com 1200
gramas cada CP. As amostras foram envelhecidas por 2 horas em estufa, conforme AASHTO M 323,
na temperatura de compactação, de acordo com a curva de temperatura versus viscosidade do ligante
em questão. Para cada teor de ligante, foi separada uma amostra de 2500 gramas para verificação da
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0,01 0,1 1 10 100
Pass
an
tes
[%]
Granulometria [mm]
PROJ. 50% RAP
INF 12,5 mm SP
SUP 12,5 mm SP
MISTURA REFERÊNCIA
MISTURA 30% RAP
massa específica máxima medida (Gmm) pelo método Rice seguindo a norma ABNT 15619. As
características volumétricas das misturas estão exibidas na tabela 10.
Tabela 10: Características volumétricas das misturas e critérios da AASHTO M 323-13.
TMN = 12,5mm
Característica AASHTO M 323-13 P0 P30 P50-80 VV [%] 4% 4,0 4,0 4,0
VAM [%] >14% 13,10 14,50 14,65
RBV [%] 65% A 78% 70 72 75
F/B 0,6 A 1,2 0,85 0,82 0,94
Como forma de verificar indiretamente o envelhecimento das misturas com RAP e definir os teores
de AR-75 nas misturas recicladas, foram realizados ensaios de MR e RT, conforme proposição de
Castro Neto (2000), ainda como critério de definição dos projetos. Os resultados de RT e MR das
misturas em laboratório estão colocados na tabela11.
Tabela 11: RT e MR das misturas nos teores de projeto.
Projeto RAP [%] AR 75 [%] CAP 30/45 [%] Projeto [%] RT [MPa] MR [MPa]
P0 0% 0% 100% 4,70 2,56 9600 P30 30% 60% 40% 5,35 1,94 7000
P50-100 50% 100% 0% 4,70 2,71 11000
P50-80 50% 80% 20% 4,90 2,54 10550
P50-50 50% 50% 50% 4,95 2,71 12700
Possivelmente por conta da baixa penetração do ligante CAP 30/45, observa-se valores elevados tanto
de RT como de MR. Para a produção em usina de asfalto, escolheu-se além das misturas de referência
e com 30% de RAP a mistura P50-80. A última apresentou RT e MR inferiores ás demais com 50%
de RAP e mais próximos da mistura de referência (P0). Verifica-se que a mistura com 30% de RAP
e 60% de AR obteve os menores valores de RT e MR, mostrando a efetividade do ligante agente
rejuvenescedor para tornar menos rígida as misturas com RAP.
Fabricação das Misturas em Usina de Asfalto
Duas misturas desenvolvidas em laboratório foram produzidas na Usina de Asfalto da PMCRJ, as
denominadas P0 e P50-80. A usina da PMCRJ apresenta sistemas para produção de misturas
recicladas a quente para até 50% de RAP e sistema de asfalto morno espumado. Desta forma, os
mesmos projetos fabricados a quente em laboratório foram usinados a temperaturas inferiores
utilizando a tecnologia de espuma asfáltica.
De acordo com Chowdhury e Button (2008) e Klincevicius et al. (2010), normalmente o processo de
espuma não requer mudança no projeto da mistura. Assim, as misturas P0 e P50-80 após usinadas
foram denominadas P0’ e P50-80’ por conta da técnica de mistura morna aplicada nestes projetos.
Conforme Ronchetti et al., 2011, a espuma asfáltica é resultado da mistura do Cimento Asfáltico de
Petróleo quente com água, sob determinadas condições de temperatura e pressão. A figura 3 ilustra
esquematicamente a formação da espuma asfáltica em câmara de expansão em usina.
Figura 3: Formação da Espuma Asfáltica em câmara de expansão (Ronchetti et al., 2011).
A figura 4 mostra a usina de asfalto gravimétrica (a) e o módulo de dosagem e aquecimento do RAP
(b) utilizados para a fabricação das misturas em campo. A figura 5 mostra a produção sem fumaça
(a), o aspecto da mistura reciclada morna (b) e a temperatura de aquecimento da mistura (c)
correspondente ao 3º caminhão. A tabela 12 mostra as temperaturas dos materiais e as de usinagem e
compactação das misturas.
(a) Usina gravimétrica (b) Módulo do RAP
Figura 4: Usina utilizada para fabricação das misturas.
(a) Sem fumaça na produção (b) Aspecto da mistura (c) Temperatura
Figura 5: Produção da mistura reciclada morna na usina PMCRJ em 09 de outubro de 2014.
Tabela 12: Temperaturas por caminhão no experimento da usinagem desta pesquisa.
Caminhão [n] 1º 2º 3º 4º 5º 6º
% de RAP 50% 50% 50% 50% 0% 0% Misturas asfáltica espumada Sim Sim Sim Sim Sim Sim
Agregados virgens [°C] 163 146 132 140 129 129
Temperatura do CAP [°C] 140 140 140 140 138 140
Temperatura do RAP [°C] 108 94 117 110 - -
Temperatura de mistura [°C] 135 120 125 125 130 130
Temperatura de compactação [°C] 125 115 115 115 100 120
Ensaios Mecânicos
As misturas asfálticas projetadas em laboratório foram novamente fabricadas nos teores de projeto e
avaliadas mecanicamente conforme ensaios listados na tabela 13. Quanto às misturas fabricadas em
usina de asfalto, favorecido pela proximidade entre o Laboratório de Pavimentos da COPPE e o local
de aplicação, foram coletadas amostras no caminhão e imediatamente compactadas para realização
dos ensaios de RT e MR, conforme tabela 13.
Tabela 13: Ensaios mecânicos realizados em cada tipo de mistura.
Laboratório
- Teor de Projeto
Usina de Asfalto
Ensaio Mecânico P0 P30 P50-80 P0' P50-80' Resistência à Tração X X X X X
Módulo de Resiliência X X X X X
Dano por Umidade Induzida X X X
Flow Number X X X
A seguir a descrição dos ensaios mecânicos realizados na presente pesquisa.
Resistência à Tração
O procedimento do ensaio é descrito pelas normas ABNT NBR 15087-04 e DNIT ME 136-10. O
ensaio se dá pela aplicação de um esforço de compressão no plano diametral vertical de corpos-de-
prova cilíndricos, na taxa de 0,8 ± 0,1 mm/s. Tal deformação gera tensões de tração perpendiculares
a este diâmetro, que levam as amostras à ruptura. A resistência a esta ruptura é conhecida por
resistência à tração (RT) (Medina e Motta, 2005).
Módulo de Resiliência
O ensaio de módulo de resiliência (MR) é tipicamente realizado através da aplicação de cargas
repetidas em uma freqüência de 1 Hz (carregamento de 0,1 s e repouso de 0,9 s) no plano diametral
vertical de corpos-de-prova cilíndricos. Esta carga gera uma tensão de tração transversal ao plano de
aplicação da carga e sensores do tipo Linear Variable Differential Transformer (LVDT) medem a
deformação diametral recuperável na direção correspondente à tensão gerada (deslocamento
horizontal). Nesta pesquisa, o procedimento da norma DNIT ME 135-10 foi adotado.
Dano por Umidade Induzida
A susceptibilidade das misturas ao dano por umidade induzida foi avaliada através do ensaio Lottman
modificado (AASHTO T283-07). Diversos estudos têm adotado este teste por causa da sua
simplicidade. O ensaio avalia as propriedades de adesividade ligante-agregado em misturas asfálticas,
considerando o efeito deletério da água em suas propriedades mecânicas (Specht, 2004).
A AASHTO T283-07 recomenda a moldagem de no mínimo seis corpos-de-prova, que devem
apresentar um volume de vazios de 7% ± 1%. As amostras são rompidas em testes de RT. Os corpos-
de-prova são divididos em dois grupos, RT1 e RT2, que contêm, respectivamente, amostras sem e
com condicionamento com ciclo de congelamento e degelo. A razão entre RT2 e RT1 é denominada
Resistência Retida à Tração (RRT = RT2 / RT1). Um valor mínimo de RRT de 80% tem sido
tipicamente recomendado para a geração de misturas resistentes ao dano induzido por umidade.
Flow Number
Para a avaliação da resistência das misturas a deformações permanentes, o parâmetro escolhido foi o
chamado Flow Number (FN). O ensaio através do qual o FN é determinado consiste da aplicação de
pulsos de carga cíclica na direção axial de amostras cilíndricas. Os ciclos são aplicados em uma
frequência de 1 Hz (carregamento de 0,1 s e repouso de 0,9 s). Este ensaio não é ainda normatizado
no Brasil, e para realizá-lo utilizou-se o Procedimento da Rede de Asfalto, descrito no Manual de
Trechos Monitorados.
Aplicação
A aplicação ocorreu no Largo Wanda de Oliveira, na Ilha do Fundão, Cidade Universitária da UFRJ,
cidade do Rio de Janeiro. A figura 6 mostra o espalhamento da mistura sem fumaça (a) e a
compactação (b) referente a mistura reciclada morna.
(a) Sem fumaça na produção (b) Aspecto da mistura
Figura 6: Aplicação da mistura reciclada morna P50-80’.
RESULTADOS E DISCUSSÕES
Os resultados da avaliação reológica dos ligantes asfálticos (virgens e extraídos das misturas), os
resultados mecânicos das misturas produzidas em laboratório e usina de asfalto, conforme tabela 13
e o grau de compactação são abordados nos itens a seguir.
Análise das Características Reológicas dos Ligantes Asfálticos
As características reológicas do ligante virgem 30/45 (antes a após RTFOT) utilizado nas misturas e
do CAP extraído da mistura de referência (morna) fabricada em usina estão expostos na tabela 14.
Tabela 14: Características do ligante virgem e do extraído após usinagem.
CAP 30/45 Virgem CAP 30/45 [RTFOT] CAP extraído - P0'
Ponto de Amolecimento [°C] 53,3 - 56,7 Penetração [0,1 mm] 30 - 19
Viscosidade a 135° C [cP] 444 689 705
Viscosidade a 150° C [cP] 212 319 329
Viscosidade a 177° C [cP] 79 104 109
Observa-se que a viscosidade nas três temperaturas medidas dos ligantes virgens após RTFOT e o
usinado são semelhantes, mostrando que o envelhecimento da mistura morna em usina foi semelhante
ao envelhecimento de 2 horas em estufa preconizada pelo Superpave.
Na obra foi realizada uma mistura entre os ligantes AR-75 e o CAP 30/45 na proporção 80% e 20%,
respectivamente, na tentativa de igualar as condições do ligante da mistura P50-80 produzida em
laboratório. A tabela 15 mostra conjuntamente as características dos ligantes CAP 30/45, ligante
misturado (80/20) antes e após o RTFOT e o CAP extraído da mistura reciclada morna (P50-80’).
Tabela 15: Características dos ligantes virgens (CAP 30/45 e o misturado (80/20) antes e após
RTFOT) e do extraído da mistura P50-80’ após usinagem.
CAP
30/45
Virgem
CAP (80/20)
Virgem
CAP (80/20)
após RTFOT
CAP extraído -
P50-80'
Ponto de Amolecimento [°C] 53,3 - - 59,5 Penetração [0,1 mm] 30 - - 18
Viscosidade a 135° C [cP] 445 207 289 805
Viscosidade a 150° C [cP] 212 110 147 364
Viscosidade a 177° C [cP] 79 44 55 118
A figura 7 exibe as curvas de temperatura versus viscosidade dos ligantes CAP 30/45 virgem e após
RTFOT, do AR-75 virgem e após RTFOT, do CAP misturado em obra 80/20 antes e após RTFOT e
os ligantes extraídos das misturas morna (usinada referência) e reciclada morna.
Figura 7: Curva temperatura versus viscosidade dos ligantes da pesquisa.
0
200
400
600
800
135 155 175
Vis
osi
dad
e [c
P]
Temperatura [°C]CAP 30/45-VIRGEM CAP 30/45 - RTFOTAR-75 - VIRGEM AR-75 - RTFOTMIST.CAP (80/20) - VIRGEM MIST.CAP (80/20) - RTFOTUSINADA REF USINADA 50% RAP
O ligante extraído da mistura reciclada morna P50-80’ apresentou consistência semelhante ao do
extraído da mistura P0’, com ponto de amolecimento 2,8°C acima da mistura morna, penetração foi
1 [0,1mm].
Análise das Características Mecânicas das Misturas
Resistência a Tração
Os projetos produzidos em laboratório nos teores de projeto e os fabricados em usina foram
submetidos a ensaios de resistência a tração por compressão diametral. Os resultados estão colocados
na figura 8.
Figura 8: Valores médios das RT de todas as misturas em laboratório e usina.
Nota-se que as misturas fabricadas em usina apresentaram RT inferiores as misturas produzidas em
laboratório. Correlacionando a rigidez como o envelhecimento a curto prazo do ligante asfáltico, estes
resultados indicam que a usinagem com asfalto espumado provocou menor envelhecimento do que
as duas horas de tratamento de curto prazo utilizadas prévia à moldagem dos corpos de prova como
é usual hoje nos projetos Superpave e estipulado na norma ABNT NBR 15897 de preparo de corpos
de prova a quente.
Módulo de Resiliência
As misturas em laboratório no teor de projeto e as fabricadas em usina também foram submetidas ao
ensaio de módulo de resiliência. A figura 9 mostra os resultados de MR das misturas.
1,8
2,4
3,0
0 1 2 3 4 5
Res
istê
nci
a à
tra
ção M
édia
[MP
A]
Volume de Vazios Médio [%]LAB - P0 (*) LAB - P30-60 (*) LAB - P50-80 (*)USINA - P0' USINA - P50-80'
Figura 9: Valores médios das MR das misturas fabricadas em laboratório e usina.
Dano por Umidade Induzida
As misturas produzidas em laboratório foram submetidas ao ensaio Lottman ou Dano por Umidade
Induzida. Os resultados estão expostos na figura 10.
Figura 10: Resultados do ensaio Lottman.
A pesquisa de Zhao et al. (2012) mostrou resultados superiores em resistência retida a tração de
misturas com 30%, 40% e 50% de RAP em relação as misturas de referência e a mistura morna sem
RAP fabricadas em usina. No presente trabalho também foi observado que as misturas com RAP
apresentaram menor susceptibilidade à água do que a mistura a quente de referência, em laboratório.
Como os agregados do RAP já estão recobertos por uma película de ligante envelhecido, a parcela de
agregados do RAP não contribui em alguma dificuldade de adesividade dos agregados virgens. Isto
justifica o maior valor de resistência retida a tração da mistura com 30% de RAP em relação a
referência. Já a mistura com 50% de RAP obteve valor de RRT levemente superior a referência a
abaixo da mistura com 30% de RAP.
7000
9000
11000
0 2 4 6
Mód
ulo
de
Res
iliê
nci
a [
MP
A]
Volume de Vazios [%]LAB - P0 (*) LAB - P30-60 (*) LAB - P50-80 (*)USINA - P0' USINA - P50-80'
0%
20%
40%
60%
80%
100%
RR
T
P0 P30 P50-80
Flow Number
As misturas produzidas em laboratório foram submetidas ao ensaio de deformação permanente
através do ensaio Flow Number. Os resultados estão expostos na figura 11.
Figura 11. Número de ciclos do FN das misturas fabricadas em laboratório.
Conforme Nascimento (2008), uma rodovia de médio volume de tráfego requer um número de ciclos
no FN superior a 300 e uma rodovia de alto volume de tráfego o número de ciclos deve ser superior
a 750. A mistura de referência obteve número de ciclos abaixo do recomendado para rodovia de
médio volume de tráfego (FN igual a 255). A mistura com 30% de RAP obteve número de ciclos
10% superior (FN igual a 280) a mistura sem RAP, mas também ficou abaixo de 300 ciclos. Já a
mistura com 50% de RAP obteve número de ciclos pelo FN igual a 835, superior ao mínimo
recomendado por Nascimento (2008) para uma rodovia de alto volume de tráfego. Desta forma, a
inserção do RAP aumentou a resistência ao cisalhamento das misturas asfálticas, principalmente
quando se introduz 50% de RAP na mistura, mesmo utilizando um ligante novo com 80% de agente
rejuvenescedor.
Avaliação do Grau de Compactação
Após 45 dias da aplicação das misturas, corpos de prova foram extraídos da pista em trechos
correspondentes às misturas P0’ e P50-80’ para posterior avaliação das massas específicas. Para tanto,
foi utilizada uma sonda rotativa.
Para a aplicação, utilizou-se uma da acabadora, um rolo combinado (tandem na frente e pneus atrás)
de pequeno porte com peso total de aproximadamente 4.000 Kg e com vibração, seguido do rolo
estático de pneus. A figura 12 mostra o grau de compactação das misturas fabricadas em usina.
0
150
300
450
600
750
900
Flo
w N
um
ber
[nº
cicl
os]
P0 p30 P50-80
Figura 12: Grau de compactação versus temperatura de compactação.
Não se observa diferença entre o grau de compactação das misturas (P0’ e P50-80’). Também
aparentemente não houve relação entre a temperatura de compactação e o grau de compactação.
Ressalta-se que não houve esforço anormal durante a compactação pelos rolos compactadores, cujos
pesos operacionais são bastante baixos, principalmente o rolo combinado com peso total de apenas
4.000 kg. Com exceção do trecho correspondente ao 4º caminhão, todos os pontos obtiveram grau de
compactação entre 97% e 101%, ficando de acordo com a especificação de serviço do DNIT - ES
031(2006) – mesmo a compactação ocorrendo em temperaturas mais baixas. Os períodos entre
usinagem e compactação foram curtos de forma que a viscosidade do ligante durante a compactação
possivelmente esteve abaixo do patamar padrão para os ligantes virgens utilizados, fruto da espuma
remanescente. Desta forma parece haver concordância com o relato de Fritzen et al. (2012) que o
efeito da espuma permanece ativo durante um longo período de tempo, razão pela qual permite maior
trabalhabilidade da mistura durante a compactação, mesmo em temperaturas inferiores.
CONCLUSÕES
A seguir são listadas as principais conclusões observadas:
- Observa-se que quanto maior a porcentagem de RAP e de agente rejuvenescedor em relação ao total
de ligante virgem, maior é a mistura completa entre os ligantes, obtendo mistura completa no projeto
em laboratório P50-100.
- As misturas fabricadas em usina apresentaram menor rigidez que as fabricadas em laboratório, a
partir dos resultados de RT e MR.
- Todas as misturas obtiveram dano por umidade induzida abaixo do recomendado. Entretanto, as
misturas com RAP reduziram a susceptibilidade das misturas a ação deletéria da água, principalmente
a mistura P30.
- A inserção de RAP aumentou a resistência ao cisalhamento das misturas, principalmente a com 50%
de RAP, através da análise das misturas em laboratório e ensaiadas pelo procedimento Flow Number.
- As viscosidades dos ligantes extraídos das misturas usinadas foram semelhantes às obtidas após
ensaio RTFOT nos ligantes virgens, ficando todos os valores dentro dos limites de envelhecimento
especificado.
95
97
99
101
110 115 120 125 130
Gra
u d
e C
om
pact
açã
o [
%]
Temperatura de Compactação [°C]
P50-80' P0'
- A mistura reciclada morna (P50-80’) foi usinada a temperaturas entre 135°C e 120°C, resultando
assim em redução na temperatura de usinagem de até 45°C. A mistura morna sem RAP (P0’) foi
produzida a 130°, resultando em uma redução de 35°C durante a usinagem.
- O projeto em laboratório P30 mesmo com 30% de RAP mostrou menor rigidez que a própria mistura
de referência, também de laboratório. O AR-75 melhorou as características do ligante total da mistura.
- As misturas recicladas apresentaram todas as características volumétricas conforme a norma
estabelecida nesta pesquisa, mostrando facilidade no projeto em laboratório.
AGRADECIMENTOS
Os autores agradecem a Prefeitura Municipal da Cidade do Rio de Janeiro pela viabilização do projeto
em usina de asfalto e pelo fornecimento de materiais utilizados na pesquisa. Agradecimentos
especiais aos colegas do laboratório de Geotecnia/Pavimentos da COPPE/UFRJ pelo suporte durante
todas as etapas desta pesquisa.
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