pavimentação asfaltica - petrobras - versão completa.pdf

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Author: francisco-raumundo-da-silva

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  • Liedi Bariani Bernucci

    Jorge Augusto Pereira CerattiJorge Barbosa Soares

    Laura Maria Goretti da Motta

    Formao Bsica para Engenheiros

    PAVIMENTAOASFLTICA

  • Rio de Janeiro

    2008

    Liedi Bariani Bernucci

    Laura Maria Goretti da Motta

    Jorge Augusto Pereira Ceratti

    Jorge Barbosa Soares

    Pavimentao asflticaFormao bsica para engenheiros

    3. Reimpresso

    2010

  • PATROCINADORES

    Petrobras Petrleo Brasileiro S. A.

    Petrobras Distribuidora

    Abeda Associao Brasileira das Empresas Distribuidoras de Asfaltos

    Copyright 2007 Liedi Bariani Bernucci, Laura Maria Goretti da Motta,

    Jorge Augusto Pereira Ceratti e Jorge Barbosa Soares

    P338 Pavimentao asfltica : formao bsica para engenheiros / Liedi Bariani Bernucci... [et al.]. Rio de Janeiro : PETROBRAS: ABEDA,2006.504 f. : il.

    Inclui Bibliografias.Patrocnio PETROBRAS

    1. Asfalto. 2. Pavimentao. 3. Revestimento asfltico. 4. Mistura.I. Bernucci, Liedi Bariani. II. Motta, Laura Maria Goretti da. III. Ceratti,Jorge Augusto Pereira. IV. Soares, Jorge Barbosa.

    CDD 625.85

    COORDENAO DE PRODUO

    Trama Criaes de Arte

    PROJETO GRFICO E DIAGRAMAO

    Anita Slade

    Sonia Goulart

    DESENHOS

    Rogrio Corra Alves

    REVISO DE TEXTO

    Mariflor Rocha

    CAPA

    Clube de Idias

    IMPRESSO

    Grfica Imprinta

    Ficha catalogrfica elaborada pela Petrobras / Biblioteca dos Servios Compartilhados

  • APRESENTAO

    Tendo em vista a necessidade premente de melhoria da qualidade das rodovias brasileiras e a importncia da ampliao da infra-estrutura de transportes, a Pe-trleo Brasileiro S.A., a Petrobras Distribuidora S.A. e a Associao Brasileira das Empresas Distribuidoras de Asfaltos Abeda vm investindo no desenvolvimento de novos produtos asflticos e de modernas tcnicas de pavimentao. Para efeti-vamente aplicar estes novos materiais e a recente tecnologia, preciso promover a capacitao de recursos humanos.

    Assim, essas empresas, unidas em um empreendimento inovador, conceberam uma ao para contribuir na formao de engenheiros civis na rea de pavimenta-o: o Proasfalto Programa Asfalto na Universidade. Este projeto arrojado foi criado para disponibilizar material didtico para aulas de graduao de pavimentao visan-do oferecer slidos conceitos tericos e uma viso prtica da tecnologia asfltica.

    Para a elaborao do projeto didtico, foram convidados quatro professores de renomadas instituies de ensino superior do Brasil. Iniciou-se ento o projeto que, aps excelente trabalho dos professores Liedi Bariani Bernucci, da Universidade de So Paulo, Laura Maria Goretti da Motta, da Universidade Federal do Rio de Janei-ro, Jorge Augusto Pereira Ceratti, da Universidade Federal do Rio Grande do Sul, e Jorge Barbosa Soares, da Universidade Federal do Cear, resultou no lanamento deste importante documento.

    O livro Pavimentao Asfltica descreve os materiais usados em pavimentao e suas propriedades, alm de apresentar as tcnicas de execuo, de avaliao e de restaurao de pavimentao. A forma clara e didtica como o livro apresenta o tema o transforma em uma excelente referncia sobre pavimentao e permite que ele atenda s necessidades tanto dos iniciantes no assunto quanto dos que j atuam na rea.

    A Universidade Petrobras, co-editora do livro Pavimentao Asfltica, sente-se honrada em participar deste projeto e cumprimenta os autores pela importante ini-ciativa de estabelecer uma bibliografia de consulta permanente sobre o tema.

    Petrleo Brasileiro S.A. PetrobrasPetrobras Distribuidora S.A. AsfaltosAbeda Associao Brasileira das Empresas Distribuidoras de Asfaltos

  • PREFCIO 7

    1 Introduo 9

    1.1 PAVIMENTO DO PONTO DE VISTA ESTRUTURAL E FUNCIONAL 9

    1.2 UM BREVE HISTRICO DA PAVIMENTAO 11

    1.3 SITUAO ATUAL DA PAVIMENTAO NO BRASIL 20

    1.4 CONSIDERAES FINAIS 22

    BIBLIOGRAFIA CITADA E CONSULTADA 24

    2 Ligantes asflticos 25

    2.1 INTRODUO 25

    2.2 ASFALTO 26

    2.3 ESPECIFICAES BRASILEIRAS 58

    2.4 ASFALTO MODIFICADO POR POLMERO 59

    2.5 EMULSO ASFLTICA 81

    2.6 ASFALTO DILUDO 96

    2.7 ASFALTO-ESPUMA 97

    2.8 AGENTES REJUVENESCEDORES 99

    2.9 O PROGRAMA SHRP 100

    BIBLIOGRAFIA CITADA E CONSULTADA 110

    3 Agregados 115

    3.1 INTRODUO 115

    3.2 CLASSIFICAO DOS AGREGADOS 116

    3.3 PRODUO DE AGREGADOS BRITADOS 124

    3.4 CARACTERSTICAS TECNOLGICAS IMPORTANTES DOS AGREGADOS PARA PAVIMENTAO ASFLTICA 129

    3.5 CARACTERIZAO DE AGREGADOS SEGUNDO O SHRP 150

    BIBLIOGRAFIA CITADA E CONSULTADA 154

    SUMRIO

  • 4 Tipos de revestimentos asflticos 157

    4.1 INTRODUO 157

    4.2 MISTURAS USINADAS 158

    4.3 MISTURAS IN SITU EM USINAS MVEIS 185

    4.4 MISTURAS ASFLTICAS RECICLADAS 188

    4.5 TRATAMENTOS SUPERFICIAIS 191

    BIBLIOGRAFIA CITADA E CONSULTADA 200

    5 Dosagem de diferentes tipos de revestimento 205

    5.1 INTRODUO 205

    5.2 DEFINIES DE MASSAS ESPECFICAS PARA MISTURAS ASFLTICAS 207

    5.3 MISTURAS ASFLTICAS A QUENTE 217

    5.4 DOSAGEM DE MISTURAS A FRIO 253

    5.5 MISTURAS RECICLADAS A QUENTE 256

    5.6 TRATAMENTO SUPERFICIAL 263

    5.7 MICRORREVESTIMENTO E LAMA ASFLTICA 269

    BIBLIOGRAFIA CITADA E CONSULTADA 281

    6 Propriedades mecnicas das misturas asflticas 287

    6.1 INTRODUO 287

    6.2 ENSAIOS CONVENCIONAIS 288

    6.3 ENSAIOS DE MDULO 290

    6.4 ENSAIOS DE RUPTURA 308

    6.5 ENSAIOS DE DEFORMAO PERMANENTE 316

    6.6 ENSAIOS COMPLEMENTARES 327

    BIBLIOGRAFIA CITADA E CONSULTADA 332

    7 Materiais e estruturas de pavimentos asflticos 337

    7.1 INTRODUO 337

    7.2 PROPRIEDADES DOS MATERIAIS DE BASE, SUB-BASE E REFORO DO SUBLEITO 339

    7.3 MATERIAIS DE BASE, SUB-BASE E REFORO DO SUBLEITO 352

    7.4 ALGUMAS ESTRUTURAS TPICAS DE PAVIMENTOS ASFLTICOS 365

    BIBLIOGRAFIA CITADA E CONSULTADA 369

    8 Tcnicas executivas de revestimentos asflticos 373

    8.1 INTRODUO 373

    8.2 USINAS ASFLTICAS 373

  • 8.3 TRANSPORTE E LANAMENTO DE MISTURAS ASFLTICAS 384

    8.4 COMPACTAO 389

    8.5 EXECUO DE TRATAMENTOS SUPERFICIAIS POR PENETRAO 393

    8.6 EXECUO DE LAMAS E MICRORREVESTIMENTOS ASFLTICOS 397

    8.7 CONSIDERAES FINAIS 401

    BIBLIOGRAFIA CITADA E CONSULTADA 402

    9 Diagnstico de defeitos, avaliao funcional e de aderncia 403

    9.1 INTRODUO 403

    9.2 SERVENTIA 405

    9.3 IRREGULARIDADE LONGITUDINAL 407

    9.4 DEFEITOS DE SUPERFCIE 413

    9.5 AVALIAO OBJETIVA DE SUPERFCIE PELA DETERMINAO DO IGG 424

    9.6 AVALIAO DE ADERNCIA EM PISTAS MOLHADAS 429

    9.7 AVALIAO DE RUDO PROVOCADO PELO TRFEGO 435

    BIBLIOGRAFIA CITADA E CONSULTADA 438

    10 Avaliao estrutural de pavimentos asflticos 441

    10.1 INTRODUO 441

    10.2 MTODOS DE AVALIAO ESTRUTURAL 443

    10.3 EQUIPAMENTOS DE AVALIAO ESTRUTURAL NO-DESTRUTIVA 445

    10.4 NOES DE RETROANLISE 453

    10.5 SIMULADORES DE TRFEGO 457

    10.6 CONSIDERAES FINAIS 460

    BIBLIOGRAFIA CITADA E CONSULTADA 461

    11 Tcnicas de restaurao asfltica 463

    11.1 INTRODUO 463

    11.2 TCNICAS DE RESTAURAO DE PAVIMENTOS COM PROBLEMAS FUNCIONAIS 466

    11.3 TCNICAS DE RESTAURAO DE PAVIMENTOS COM PROBLEMAS ESTRUTURAIS 468

    11.4 CONSIDERAES SOBRE O TRINCAMENTO POR REFLEXO 469

    BIBLIOGRAFIA CITADA E CONSULTADA 475

    NDICE DE FIGURAS 477

    NDICE DE TABELAS 486

    NDICE REMISSIVO DE TERMOS 490

    NDICE REMISSIVO DAS BIBLIOGRAFIAS 496

  • 7PREFCIO

    Este livro tem por objetivo principal contribuir para a formao do aluno na rea de pavimentao asfltica, dos cursos de Engenharia Civil de universidades e faculda-des do pas. O projeto deste livro integra o Programa Asfalto na Universidade, con-cebido em conjunto com a Petrobras e a Abeda, nossos parceiros e patrocinadores, para apoiar o ensino de graduao, disponibilizando material bibliogrfico adicional aos estudantes e aos docentes de disciplinas de infra-estrutura de transportes. Os autores acreditam que seu contedo possa ser tambm til a engenheiros e a tc-nicos da rea de pavimentao e, no aspecto de organizao do conhecimento, a ps-graduandos.

    A elaborao deste livro em muito assemelha-se construo de uma estrada, e os autores o vem como mais uma via na incessante busca de novos horizontes. Estradas preexistentes influenciam o traado de novas rodovias, assim como a pre-existncia de diversos materiais bibliogrficos contribuiu para o projeto deste livro. Os autores procuraram ao mximo trafegar por diversas referncias, devidamente reconhecidas no texto, e esto cientes de que muitos outros caminhos precisam ser percorridos para uma viagem mais plena.

    Como em qualquer projeto de engenharia, decises foram tomadas com vistas delimitao do trabalho. Foram enfocados tpicos julgados menos disponveis na li-teratura tcnica brasileira sobre materiais de pavimentao principalmente no que se refere aos ligantes asflticos e aos tipos e propriedades das misturas asflticas , tcnicas executivas e de avaliao de desempenho, bem como as diretrizes para a restaurao asfltica de pavimentos. Esses assuntos foram considerados pelos autores de grande valia para a construo do conhecimento sobre pavimentao na academia. Os autores reconhecem a limitao do escopo deste livro e recomendam fortemente que os estudantes busquem bibliografia complementar que enriquea seus conhecimentos, enveredando tambm pelos caminhos do projeto de dimensio-namento das estruturas de pavimentos e de restauraes, da mecnica dos pavi-mentos, da geotecnia, do projeto de trfego e de drenagem, das tcnicas de controle tecnolgico, da gerncia de pavimentos etc. Todas essas reas do saber afins pa-vimentao do embasamentos aos conceitos necessrios para termos pavimentos rodovirios, aeroporturios e urbanos mais econmicos, com melhor desempenho e mais durveis para cada situao.

    Como toda obra de pavimentao, no faltou neste caso a consultoria e o contro-le de qualidade, exercidos com competncia e elegncia pelos cole gas aqui reconhe-cidos por seus valiosos comentrios e sugestes: Dra. Leni Figueiredo Mathias Leite

  • e Eng. Luis Alberto do Nascimento (Centro de Pesquisa da Petrobras), Eng. Ilonir Antonio Tonial (Petrobras Distribuidora), Eng. Armando Morilha Jnior (Abeda), Prof. Dr. Glauco Tlio Pessa Fabbri (Escola de Engenharia de So Carlos/Univer-sidade de So Paulo), Prof. Srgio Armando de S e Benevides (Universidade Fe-deral do Cear), Prof. lvaro Vieira (Instituto Militar de Engenharia) e Eng. Alfredo Monteiro de Castro Neto (Desenvolvimento Rodovirio S.A.).

    A experincia de escrever este livro a oito mos foi deveras enriquecedora, construindo-o em camadas, com materiais convencionais e alternativos, cuida-dosamente analisados, compatibilizando-se sempre as espessuras das camadas e a qualidade dos materiais. No livro, competncias e disponibilidades de tempo foram devidamente dosadas entre os quatro autores. Um elemento presente foi o uso de textos anteriormente escritos pelos quatro autores em co-autoria com seus respectivos alunos e colegas de trabalho, sendo estes devidamente referen-ciados.

    Por fim, tal qual uma estrada, por melhor que tenha sido o projeto e a execu-o, esta obra est sujeita a falhas, e o olhar atento dos pares ajudar a realizar a manuteno no momento apropriado. O avano do conhecimento na fascinante rea de pavimentao segue em alta velocidade e, portanto, alguns trechos da obra talvez meream restaurao num futuro no distante. Novos trechos devem surgir. Aos autores e aos leitores cabe permanecer viajando nas mais diversas es-tradas, em busca de paisagens que ampliem o horizonte do conhecimento. Aqui, espera-se ter pavimentado mais uma via para servir de suporte a uma melhor compreenso da engenharia rodoviria. Que esta via estimule novas vias, da mesma forma que uma estrada possibilita a construo de outras tantas.

    Os autores

    NOTA IMPORTANTE: Os quatro autores participaram na seleo do contedo, na organizao e na redao de todos os onze captulos, e consideram suas respec-tivas contribuies ao livro equilibradas. A ordem relativa co-autoria levou em considerao to somente a coordenao da produo do livro.

  • 1.1 PAVIMENTO DO PONTO DE VISTA ESTRUTURAL E FUNCIONAL

    Pavimento uma estrutura de mltiplas camadas de espessuras finitas, construda sobre a superfcie final de terraplenagem, destinada tcnica e economicamente a resistir aos esforos oriundos do trfego de veculos e do clima, e a propiciar aos usurios melhoria nas condies de rolamento, com conforto, economia e segurana.

    O pavimento rodovirio classifica-se tradicionalmente em dois tipos bsicos: rgidos e flexveis. Mais recentemente h uma tendncia de usar-se a nomenclatura pavimentos de concreto de cimento Portland (ou simplesmente concreto-cimento) e pavimentos asflti-cos, respectivamente, para indicar o tipo de revestimento do pavimento.

    Os pavimentos de concreto-cimento so aqueles em que o revestimento uma placa de concreto de cimento Portland. Nesses pavimentos a espessura fixada em funo da resistncia flexo das placas de concreto e das resistncias das camadas subjacentes. As placas de concreto podem ser armadas ou no com barras de ao Figura 1.1(a). usual designar-se a subcamada desse pavimento como sub-base, uma vez que a qua-lidade do material dessa camada equivale sub-base de pavimentos asflticos.

    Os pavimentos asflticos so aqueles em que o revestimento composto por uma mistura constituda basicamente de agregados e ligantes asflticos. formado por quatro camadas principais: revestimento asfltico, base, sub-base e reforo do subleito. O reves-timento asfltico pode ser composto por camada de rolamento em contato direto com as rodas dos veculos e por camadas intermedirias ou de ligao, por vezes denomina-das de binder, embora essa designao possa levar a uma certa confuso, uma vez que esse termo utilizado na lngua inglesa para designar o ligante asfltico. Dependendo do trfego e dos materiais disponveis, pode-se ter ausncia de algumas camadas. As cama-das da estrutura repousam sobre o subleito, ou seja, a plataforma da estrada terminada aps a concluso dos cortes e aterros Figura 1.1(b).

    O revestimento asfltico a camada superior destinada a resistir diretamente s aes do trfego e transmiti-las de forma atenuada s camadas inferiores, impermeabi-lizar o pavimento, alm de melhorar as condies de rolamento (conforto e segurana). Os diversos materiais que podem constituir esse revestimento so objeto deste livro. As tenses e deformaes induzidas na camada asfltica pelas cargas do trfego esto associadas ao trincamento por fadiga dessa camada. Ela ainda pode apresentar trin-camento por envelhecimento do ligante asfltico, ao climtica etc. Parte de problemas

    1Introduo

  • 10 Pavimentao asfltica: formao bsica para engenheiros

    relacionados deformao permanente e outros defeitos pode ser atribuda ao revesti-mento asfltico. Nos pavimentos asflticos, as camadas de base, sub-base e reforo do subleito so de grande importncia estrutural. Limitar as tenses e deformaes na estrutura do pavimento (Figura 1.2), por meio da combinao de materiais e espessuras das camadas constituintes, o objetivo da mecnica dos pavimentos (Medina, 1997).

    Figura 1.1 Estruturas de pavimentos

    (a) Concreto-cimento (corte longitudinal) (b) Asfltico (corte transversal)

    Os revestimentos asflticos so constitudos por associao de agregados e de mate-riais asflticos, podendo ser de duas maneiras principais, por penetrao ou por mistura. Por penetrao refere-se aos executados atravs de uma ou mais aplicaes de material asfltico e de idntico nmero de operaes de espalhamento e compresso de camadas de agregados com granulometrias apropriadas. No revestimento por mistura, o agregado pr-envolvido com o material asfltico, antes da compresso. Quando o pr-envolvi-mento feito na usina denomina-se pr-misturado propriamente dito. Quando o pr-en-volvimento feito na pista denomina-se pr-misturado na pista. Os diferentes tipos de revestimento sero abordados em maior detalhe no Captulo 4.

    Figura 1.2 Ilustrao do sistema de camadas de um pavimento e tenses solicitantes (Albernaz, 1997)

  • 11Introduo

    1.2 UM BREVE HISTRICO DA PAVIMENTAO

    Embora este livro apresente fundamentalmente aspectos tcnicos relativos a pavimentos asflticos, o seu carter didtico levou os autores a abordarem, mesmo que de forma resumida, um histrico da pavimentao. A literatura vasta no assunto, freqentemente objeto de trabalho de profissionais dedicados historiografia desse tipo de construo. De forma alguma inteno apresentar aqui um texto de referncia, mas apenas uma coletnea de informaes selecionadas a partir de trabalhos nacionais e internacionais especficos no assunto e recomendados ao leitor mais interessado.

    No Brasil, Bittencourt (1958) apresenta um memorvel apanhado dessa histria desde os primeiros povos organizados at o incio do sculo XX. Destaca-se tambm o esforo de Prego (2001) de concluir a ao iniciada em 1994 pela Associao Brasileira de Pavimen-tao, por meio de sua Comisso para Elaborar a Memria da Pavimentao, que nomeou inicialmente o engenheiro Murillo Lopes de Souza para escrever sobre o tema.

    Percorrer a histria da pavimentao nos remete prpria histria da humanidade, passando pelo povoamento dos continentes, conquistas territoriais, intercmbio comer-cial, cultural e religioso, urbanizao e desenvolvimento. Como os pavimentos, a histria tambm construda em camadas e, freqentemente, as estradas formam um caminho para examinar o passado, da serem uma das primeiras buscas dos arquelogos nas ex-ploraes de civilizaes antigas.

    Uma das mais antigas estradas pavimentadas implantadas no se destinou a veculos com rodas, mas a trens para o transporte de cargas. Para a construo das pirmides no Egito (2600-2400 a.C.), foram construdas vias com lajes justapostos em base com boa capacidade de suporte. O atrito era amenizado com umedecimento constante por meio de gua, azeite ou musgo molhado (Saunier, 1936). Alguns exemplos de estradas de destaque da antigidade so descritos a seguir.

    Na regio geogrfica histrica do Oriente Mdio, nos anos 600 a.C., a Estrada de Semramis cruzava o rio Tigre e margeava o Eufrates, entre as cidades da Babilnia (regio da Mesopotmia em grego, regio entre rios que abrangia na antigidade aproximadamente o que hoje o territrio do Iraque) e Ecbatana (reino da Mdia, no pla-nalto iraniano). Na sia Menor, ligando Inia (feso) do Imprio Grego ao centro do Im-prio Persa, Susa (no Ir de hoje), h registro da chamada Estrada Real (anos 500 a.C.), que era servida de postos de correio, pousadas e at pedgio, tendo mais de 2.000km de extenso. poca de Alexandre, o Grande (anos 300 a.C.), havia a estrada de Susa at Perspolis (aproximadamente a 600km ao sul do que hoje Teer, capital do Ir), passando por um posto de pedgio, as Portas Persas, possibilitando o trfego de veculos com rodas desde o nvel do mar at 1.800m de altitude.

    Bittencourt (1958) registra diversas referncias histricas de estradas construdas na antigidade e que atendiam Assria (reino tambm na Mesopotmia) e Babilnia, bem como velhos caminhos da ndia e da China, mesmo aqueles considerados ape-nas itinerrios, e identificados a partir de estudos arqueolgicos, histricos, agrcolas e

  • 12 Pavimentao asfltica: formao bsica para engenheiros

    lingsticos. Entre esses caminhos, merece destaque a chamada Estrada da Seda, uma das rotas de comrcio mais antigas e historicamente importantes devido a sua grande influncia nas culturas da China, ndia, sia e tambm do Ocidente. Sua localizao na regio que separa a China da Europa e da sia, nas proximidades de um dos mais hostis ambientes do planeta, o deserto de Taklimakan, cercado ao norte pelo deserto de Gobi e nos outros trs extremos pelas maiores cadeias de montanha do mundo, Himalaia, Karakorum e Kunlun. A Estrada da Seda no existia apenas com o propsito do comr-cio da seda, mas de diversas outras mercadorias como ouro, marfim, animais e plan-tas exticas. Wild (1992) aponta que o bem mais significativo carregado nessa rota no era a seda, mas a religio, o budismo. O apogeu da estrada foi na dinastia Tang (anos 600 d.C.) e, aps um perodo de declnio, voltou a se tornar importante com o surgimento do Imprio Mongol sob a liderana de Gngis Khan (anos 1200 d.C.), por ser o caminho de comunicao entre as diversas partes do imprio. Um dos visitantes mais conhecidos e com melhor documentao na histria da estrada foi Marco Plo, negociante veneziano, que iniciou suas viagens com apenas 17 anos em 1271 (Bohong, 1989). O declnio da estrada se deu ainda no sculo XIII com o crescimento do trans-porte martimo na regio. O interesse na rota ressurgiu no final do sculo XIX aps expedies arqueolgicas europias.

    Muitas das estradas da antigidade, como a de Semramis, transformaram-se na modernidade em estradas asfaltadas. Embora seja reconhecida a existncia remota de sistemas de estradas em diversas partes do globo, construdas para fins religiosos (peregrinaes) e comerciais, foi atribuda aos romanos a arte maior do planejamento e da construo viria. Visando, entre outros, objetivos militares de manuteno da ordem no vasto territrio do imprio, que se iniciou com Otaviano Augusto no ano 27 a.C., des-locando tropas de centros estratgicos para as localidades mais longnquas, os romanos foram capazes de implantar um sistema robusto construdo com elevado nvel de critrio tcnico. Vale notar que o sistema virio romano j existia anteriormente instalao do imprio, embora o mesmo tenha experimentado grande desenvolvimento a partir de ento. Portanto, h mais de 2.000 anos os romanos j possuam uma boa malha viria, contando ainda com um sistema de planejamento e manuteno. A mais extensa das estradas contnuas corria da Muralha de Antonino, na Esccia, a Jerusalm, cobrindo aproximadamente 5.000km (Hagen, 1955).

    Chevallier (1976) aponta que no havia uma construo padro para as estradas roma-nas, embora caractersticas comuns sejam encontradas. As informaes hoje disponveis advm fundamentalmente das vias remanescentes. De documentos antigos do sculo I, sabe-se que as vias eram classificadas de acordo com a sua importncia, sendo as mais importantes as vias pblicas do Estado (viae publicae), seguidas das vias construdas pelo exrcito (viae militare), que eventualmente se tornavam pblicas; das vias locais ou actus, e finalmente das vias privadas ou privatae (Adam, 1994). Semelhantemente aos dias de hoje, as vias eram compostas por uma fundao e uma camada de superfcie, que varia-vam de acordo com os materiais disponveis e a qualidade do terreno natural.

  • 13Introduo

    No que diz respeito geometria, as vias romanas eram traadas geralmente em linhas retas. Embora fosse comum que seguissem o curso de um riacho ou rio, as vias no possuam o traado suave como usual nos dias de hoje, sendo compostas por peque-nos trechos retos que mudavam de direo com a forma do terreno (Margary, 1973). Destaque-se que poca os veculos possuam eixos fixos, sendo, portanto, as curvas incmodas para as manobras.

    Havia uma grande preocupao com aterros e drenagem. Em geral a fundao era formada por pedras grandes dispostas em linha de modo a proporcionar uma boa plata-forma e ainda possibilitar a drenagem. A camada intermediria era ento colocada sobre a fundao slida. De acordo com Margary (1973), comum encontrar-se areia nessa camada intermediria, misturada ou no com pedregulho ou argila, a fim de adicionar resilincia ao pavimento. A ltima camada de superfcie varia bastante; entretanto a maioria possui pedras nas bordas formando uma espcie de meio-fio (Adam, 1994). comum o uso de pedregulhos, slex e outras pedras quebradas (Margary, 1973). A grande variabilidade das estradas romanas se deve exatamente disponibilidade ou no desses materiais.

    A partir do sculo II, placas de pedras maiores comearam a ser mais usadas, em especial nas cidades principais (Adam, 1994). Nas localidades nas quais se trabalhava o ferro, o resduo da produo era usado na superfcie das estradas servindo de mate-rial ligante das pedras e agregados, formando assim uma espcie de placa. Chevallier (1976) aponta que embora atualmente se observem superfcies de estradas romanas antigas recobertas com pedras no-conectadas, provvel que o tempo e o trfego tenham retirado o material ligante. Investigaes indicam que a espessura da camada de superfcie variava de 5 a 7,5cm nos casos mais delgados, at situaes em que se constata uma espessura varivel, de 60cm no centro da via a poucos centmetros nas bordas. Espessuras maiores so encontradas prximas a pontes, sendo atribudas ao preenchimento necessrio para nivelar a estrada (Margary, 1973). H vrios casos de sucessivas camadas de recapeamento levando o pavimento a atingir cerca de 1 a 1,5m de espessura (Chevallier, 1976). A superfcie possui ainda grande declividade a partir do centro, chegando a valores de caimento de 30cm para 4,5m de largura, ou seja, uma declividade superior a 6%.

    Das vias romanas, a mais conhecida de todas, a Via pia, foi a primeira a ser nomea-da em homenagem ao seu construtor, Appius Claudius, que a criou em 312 a.C., durante a segunda Guerra Samnita. O objetivo era ligar Roma a Cpua (195km), permitindo ao exrcito romano chegar rapidamente, durante o perodo no-invernoso, s reas de Cam-pania e Samnium, retornando a Roma no inverno. A via atravessa os pntanos de Pontino por meio de um aterro de 28km construdo sobre estrado de pranchas de madeira. Aps o sucesso da Via pia, foi realizada uma srie de outros projetos virios. A Figura 1.3(a) traz uma foto nos dias atuais da Via Ostiense que ligava stia a Roma; a Figura 1.3(b) mostra uma via urbana em Pompia, no sul da Itlia, onde entrou em erupo o vulco Vesvio em 79 d.C. Observa-se nessa foto que as vias eram pavimentadas com pedras

  • 14 Pavimentao asfltica: formao bsica para engenheiros

    devidamente intervaladas para permitir a circulao dos veculos rodantes; as caladas para pedestres utilizavam a mesma tcnica.

    A partir da queda do Imprio Romano em 476 d.C., e durante os sculos seguintes, as novas naes europias fundadas perderam de vista a construo e a conservao das estradas. A Frana foi a primeira, desde os romanos, a reconhecer o efeito do transporte no comrcio, dando importncia velocidade de viagem (Mascarenhas Neto, 1790). Carlos Magno, no final dos anos 700 e incio dos anos 800, modernizou a Frana, seme-lhantemente aos romanos, em diversas frentes: educacional, cultural e tambm no que diz respeito ao progresso do comrcio por meio de boas estradas (Bely, 2001). Masca-renhas Neto (1790) aponta os sculos X a XII como de pouco cuidado com os Caminhos Reais da Frana, sendo esse descuido uma das causas da decadncia do comrcio e das comodidades da Europa civilizada. O mesmo autor aponta uma mudana significativa no reinado de Felipe Augusto (1180-1223), a partir do qual a Frana passa a ter novamente a preocupao de construir novas estradas e conserv-las. O autor indica a legislao francesa pertinente ao longo dos anos at a data de sua obra, 1790. Aponta ainda que os ingleses, observando a forma como eram calados os caminhos da Frana, conseguiram ento construir as vias mais cmodas, durveis e velozes da Europa, o que foi importante para o progresso da indstria e comrcio do pas.

    A partir da experincia praticada na Inglaterra, Esccia e Frana, e de sua prpria experincia nas provncias de Portugal, Mascarenhas Neto (1790) apresenta um Tratado para construo de estradas, uma preciosa referncia para o meio rodovirio. Destaca o autor a facilidade de se encontrar em todas as provncias do reino de ento, na superfcie ou em minas, o saibro, o tufo, terras calcrias e arenosas, podendo, assim, construir em Portugal estradas com menos despesas do que na Inglaterra e na Frana.

    Figura 1.3 Vias romanas

    (a) Via Ostiense, ligando stia a Roma (b) Via urbana em Pompia, Itlia

  • 15Introduo

    J poca havia uma grande preocupao com diversos aspectos hoje sabidamente importantes de se considerar para uma boa pavimentao (trechos extrados de Masca-renhas Neto, 1790): drenagem e abaulamento: o convexo da superfcie da estrada necessrio para que

    as guas, que chovem sobre ela, escorram mais facilmente para os fossos, por ser esta expedio mais conveniente solidez da estrada;

    eroso: quando o stio no contm pedra, ou que ela no se consegue sem longo carreto, pode suprir-se formando os lados da estrada com um maracho de terra de grossura de quatro ps, na superfcie do lado externo, formando uma escarpa; se devem semear as gramas ou outras quaisquer ervas, das que enlaam as razes;

    distncia de transporte: o carreto de terras, que faz a sua maior mo-de-obra; compactao: preciso calcar artificialmente as matrias da composio da estrada,

    por meio de rolos de ferro; sobrecarga: devia ser proibido, que em nenhuma carroa de duas rodas se pudessem

    empregar mais de dois bois, ou de duas bestas, e desta forma se taxava a excessiva carga; liberdade para o nmero de foras vivas, empregadas nos carros de quatro rodas, ... peso ento se reparte, e causa menos runa;

    marcao: todas as lguas devem estar assinaladas por meio de marcos de pedra.

    O autor discorre ainda sobre temas como a importncia de se ter na estrada em construo uma casa mvel com ferramentas, mquinas e mantimentos, e at sobre a disciplina de trabalho e a presena de um administrador (fiscal). dedicado um captulo especfico conservao das estradas no qual se coloca entre as obrigaes vigiar qual-quer pequeno estrago, que ou pelas chuvas, ou pelo trilho dos transportes, principia a formar-se no corpo da estrada, nos caixilhos, nos fossos e nos aquedutos. Finalmente o autor discorre sobre os fundos especficos para construo e administrao das estradas, reconhecendo a importncia do pedgio em alguns casos: A contribuio de Barreira evidentemente o melhor meio para a construo das estradas, e como tal se tem es-tabelecido legitimamente na Inglaterra; mas no em todos, pela pouca povoao, ou pela pouca afluncia de viajantes nacionais, e estrangeiros, a maior parte das estradas de Portugal no so suscetveis de semelhante meio.

    Na Amrica Latina, merecem destaque as estradas construdas pelos incas, habitan-tes da regio hoje ocupada pelo Equador, Peru, norte do Chile, oeste da Bolvia e noroes-te da Argentina. O alemo Alexander Von Humboldt, combinao de cientista e viajante que durante os anos de 1799 e 1804 realizou expedies cientficas por vrias partes da Amrica do Sul, qualifica as estradas dos incas como os mais teis e estupendos trabalhos realizados pelo homem. O imprio incaico se inicia em 1438, sendo invadido por Francisco Pizarro em 1532, quando cai sob o domnio espanhol. A avanada civili-zao inca construiu um sistema de estradas que abrangia terras hoje da Colmbia at o Chile e a Argentina, cobrindo a regio rida do litoral, florestas, at grandes altitudes na Cordilheira dos Andes. Havia duas estradas principais correndo no sentido longitudinal:

  • 16 Pavimentao asfltica: formao bsica para engenheiros

    uma serrana com cerca de 4.350km e outra costeira com cerca de 3.900km. Interli-gando-as havia um elaborado sistema de vias transversais, sendo o total da rede viria estimado em pelo menos 17.000km, embora se encontrem textos apontando nmeros de at 40.000km. A largura das estradas varia de 1,0m nos caminhos para pedestres e lhamas a 16,0m nas estradas militares. Foram construdas sempre acima do nvel dos rios fugindo do alcance de inundaes. Hagen (1955) apresenta o resultado primoroso de sua excurso de dois anos pela Estrada Real que percorre o Imprio Inca.

    No Brasil, alm dos trabalhos j mencionados de Bittencourt (1958) e Prego (2001), outras publicaes tratam da histria de estradas, s que de forma especfica, como Ri-bas (2003) e Concer (1997). Um resumo histrico de importantes estradas no pas pode ser encontrado em Histria das rodovias (2004). Partindo dessas diversas referncias, faz-se aqui uma cronologia de vias emblemticas de modo a tentar ilustrar a histria da pavimentao no pas.

    Uma das primeiras estradas reportadas tem incio em 1560, poca do terceiro go-vernador-geral do Brasil, Mem de S. Trata-se do caminho aberto para ligar So Vicente ao Planalto Piratininga. Em 1661, o governo da Capitania de So Vicente recuperou esse caminho, construindo o que foi denominada Estrada do Mar (ou Caminho do Mar), per-mitindo assim o trfego de veculos. Hoje a estrada tambm conhecida como Estrada Velha do Mar (Figura 1.4). Em 1789, a estrada foi recuperada, sendo a pavimentao no trecho da serra feita com lajes de granito, a chamada Calada de Lorena, ainda hoje em parte preservada. A Estrada do Mar emprestou parte do seu traado para a construo da Estrada da Maioridade, em homenagem maioridade de D. Pedro II, iniciada em 1837 e concluda em 1844. Em 1913, iniciou-se novamente uma recuperao, mas a estrada foi posteriormente abandonada devido concorrncia da linha frrea. Em 1920, foi criada a Sociedade Caminho do Mar, responsvel pela reconstruo da estrada e estabelecimento de pedgio e, em 1922, o seu trecho mais ngreme foi pavimentado com concreto. Em 1923, foi abolido o pedgio pelo governo de So Paulo que comprou a Sociedade Cami-nho do Mar. Era presidente de So Paulo, Washington Luiz, que foi presidente da Repbli-ca de 1926 a 1930, sendo sua a clebre frase governar abrir estradas.

    Figura 1.4 Estrada do Mar (Histria das rodovias, 2004)

  • 17Introduo

    A Estrada Real (Figura 1.5), designao usada em Minas Gerais, ou Caminho do Ouro (designao usada em Paraty, RJ) tem sua origem atribuda a uma trilha usada pelos ndios goians anteriormente chegada dos portugueses, da Trilha Goian ser tambm uma designao do caminho, entre outras. A estrada possui dois caminhos, o velho, que liga Ouro Preto (MG) a Paraty (RJ), e o mais novo, que segue do Rio de Janeiro a Dia-mantina (MG), tambm passando por Ouro Preto. Ribas (2003), em uma rica cronologia comentada, indica que em 1660, Salvador Correia de S e Benevides, ento governador e administrador geral das Minas (regio que englobava o Rio de Janeiro, So Paulo e Esprito Santo), deu a ordem de abrir e descobrir a trilha dos goians, com a inteno de facilitar a ligao do Rio de Janeiro e So Paulo. Calado para transportar o ouro das minas no sculo XVIII, melhorado para transportar o caf no sculo XIX, o caminho foi abandonado e esquecido no sculo XX. J no sculo XXI, o Caminho do Ouro est sendo reestruturado de modo a viabilizar a utilizao turstica dessa importante veia da histria do Brasil.

    Em 1841, D. Pedro II encarregou o engenheiro alemo Jlio Frederico Koeler de cons-truir um caminho de Porto da Estrela (RJ) a Petrpolis (Histria das rodovias, 2004). Sur-giu assim a Estrada Normal da Serra da Estrela, existente at hoje. Em 1854, facilitando o percurso Rio de Janeiro-Petrpolis, a estrada passava a ser usada de forma conjunta com a primeira ferrovia do Brasil, ligando Porto Mau Raiz da Serra (RJ), inaugurada graas ao empreendedorismo de Irineu Evangelista de Souza, o baro de Mau. A viagem at Petrpolis era iniciada por via martima at Porto Mau, depois por trem at Raiz da Serra, seguindo por diligncia na Estrada Normal da Serra da Estrela.

    Concer (1997) apresenta um belo trabalho, a partir do livro do fotgrafo do imperador, o francs Revert Henrique Klumb (Klumb, 1872), sobre a histria da Estrada de Roda-gem Unio e Indstria, ligando Petrpolis (RJ) a Juiz de Fora (MG), sendo a primeira rodovia concessionada do Brasil (Figura 1.6). Idealizada pelo comendador Mariano Pro-cpio e inaugurada por D. Pedro II em 1860 a primeira estrada brasileira a usar ma-cadame como base/revestimento. At ento era usual o calamento de ruas com pedras importadas de Portugal. Com uma largura de 7m, leito ensaibrado e compactado, ma-cadame incluindo pedra passando na peneira de 5 de malha quadrada (Prego, 2001), cuidadosamente drenada, inclusive com valetas de alvenaria, vrias obras de arte, esta

    Figura 1.5 Resqucios do Caminho do Ouro ou Estrada Real e pavimentao urbana em Paraty, RJ

  • 18 Pavimentao asfltica: formao bsica para engenheiros

    estrada tinha um traado que permitia a ento impressionante velocidade de 20km/h das diligncias. Muito alm do seu percurso de 144km, a Unio e Indstria representa um marco na modernizao da pavimentao e do pas. Sua construo envolveu o le-vantamento de capital em Londres e no Rio de Janeiro. Da antiga estrada ainda restam pontes e construes, incluindo o Museu Rodovirio, onde se pode aprender mais sobre a histria da estrada em questo e do rodoviarismo brasileiro. A estrada original est hoje alterada e absorvida em alguns trechos pela BR-040/RJ.

    Durante o Imprio (1822-1889) foram poucos os desenvolvimentos nos transportes do Brasil, principalmente o transporte rodovirio. No incio do sculo XX, havia no pas 500km de estradas com revestimento de macadame hidrulico ou variaes, sendo o trfego restrito a veculos de trao animal (Prego, 2001). Em 1896 veio da Europa para o Brasil o primeiro veculo de carga. Em 1903 foram licenciados os primeiros carros particulares e em 1906 foi criado o Ministrio da Viao e Obras Pblicas. Em 1909 o automvel Ford modelo T foi lanado nos Estados Unidos por Henry Ford, sendo a Ford Motor Company instalada no Brasil em 1919. Em 1916 foi realizado o I Congresso Na-cional de Estradas de Rodagem no Rio de Janeiro.

    Em 1928 foi inaugurada pelo presidente Washington Luiz a Rodovia Rio-So Paulo, com 506km de extenso, representando um marco da nova poltica rodoviria federal. Em 1949, quando da entrega da pavimentao de mais um trecho da que era conhecida como BR-2, a rodovia passou a se chamar Presidente Dutra. Tambm em 1928 foi inau-gurada pelo presidente a Rio-Petrpolis.

    Destaca-se em 1937 a criao, pelo presidente Getlio Vargas, do Departamento Nacional de Estradas de Rodagem (DNER), subordinado ao Ministrio de Viao e Obras Pblicas. Na dcada de 1940 observou-se um avano de pavimentao fruto da tecnolo-gia desenvolvida durante a 2 Guerra Mundial. Em 1942, houve o contato de engenhei-ros brasileiros com engenheiros norte-americanos que construram pistas de aeroportos e estradas de acesso durante a guerra utilizando o ento recm-desenvolvido ensaio

    Figura 1.6 Estrada Unio e Indstria foto poca de sua construo (Concer, 1997)

  • 19Introduo

    California Bearing Ratio (CBR). Neste ano o Brasil possua apenas 1.300km de rodovias pavimentadas, uma das menores extenses da Amrica Latina.

    O grande impulso na construo rodoviria brasileira ocorreu nas dcadas de 1940 e 1950, graas criao do Fundo Rodovirio Nacional (FRN) em 1946, oriundo do im-posto sobre combustveis lquidos. Destaque-se ainda a criao da Petrobras em 1953.

    O ano de 1950 foi destacado por Prego (2001) como o incio da execuo de pavimen-tos em escala industrial e da organizao de grandes firmas construtoras. Anteriormente, embora j existisse o Laboratrio Central do DNER, no havia ainda procedimentos amplamente aceitos para a aplicao das tecnologias rodovirias. Isto tanto verdadeiro que a pavimentao da Presidente Dutra, em 1950, foi feita sem estudo geotcnico, com espessuras constantes de 35cm, sendo 20cm de base de macadame hidrulico e 15cm de um revestimento de macadame betuminoso por penetrao dosado pela regra a quantidade de ligante a que o agregado pede. Em alguns trechos se adotou pavi-mento de concreto de cimento Portland. Registre-se, contudo, j nesta obra os esforos de alguns engenheiros para implantao de mtodos de projeto e controle.

    Na dcada de 1950 foi feito um programa de melhoria das estradas vicinais, incluindo a abertura e melhoramento de estradas no Nordeste como forma de aliviar a precria situao dessa regio castigada por secas peridicas. Em 1955 entrou em funcionamento a fbrica de asfalto da Refinaria Presidente Bernardes da Petrobras, com capacidade de 116.000t/ano. Em 1956, a indstria automobilstica foi implantada no pas. O governo de Juscelino Kubitschek (1956-1961) impulsionou o rodoviarismo aumentando sobremaneira a rea pavimentada do pas. Em 1958 e 1959, foram criados, respectivamente, o Instituto de Pesquisas Rodovirias (IPR), no mbito do CNPq, atuando em colaborao com o DNER, e a Associao Brasileira de Pavimentao (ABPv). Braslia foi inaugurada em 1960.

    Durante o governo militar (1964-1984), entre os projetos de estradas de destaque esto a Rodovia Transamaznica e a Ponte Rio-Niteri. Em 1985, o Brasil contava com aproximadamente 110.000km de rodovias pavimentadas, saltando em 1993 para apro-ximadamente 133.000km, conforme indica a evoluo da rede rodoviria ilustrada na Tabela 1.1, que no inclui a rede viria municipal, responsvel pela grande malha no-pa-vimentada no pas. Nmeros de 2005 apontam 1.400.000km de rodovias no-pavimen-tadas (federais, estaduais e municipais) e 196.000km de rodovias pavimentadas, sendo 58.000km federais, 115.000km estaduais e 23.000km municipais. Esse percentual (de cerca de 10% de vias pavimentadas) contrasta com um percentual nos Estados Unidos e na Europa de mais de 50% e de uma mdia na Amrica do Sul superior a 20%.

    Para ilustrar o atraso do pas em relao aos investimentos na rea de infra-estrutura, principalmente na pavimentao, em 1998 o consumo de asfalto por ano nos Estados Unidos era de 27 milhes de toneladas, tendo ultrapassado 33 milhes em 2005. No Brasil, somente nos ltimos 2 anos que este consumo retomou a marca de 1998 de cerca de 2 milhes de toneladas por ano. Levando-se em considerao que os dois pa-ses tm reas semelhantes, de 9,8 e 8,5 milhes de km2, respectivamente, fica clara a condio precria de desenvolvimento do pas neste aspecto.

  • 20 Pavimentao asfltica: formao bsica para engenheiros

    O programa de concesses no pas iniciou-se em 1996 e essas vm apresentando qualidade superior quando comparadas s vias no-concessionadas, numa clara indica-o de que h tecnologia no pas para produo de vias durveis e de grande conforto ao rolamento. Em 2007 a malha concedida nas esferas federais, estaduais e municipais era da ordem de 9.500 km.

    1.3 SITUAO ATUAL DA PAVIMENTAO NO BRASIL

    Levantamentos recorrentes da Confederao Nacional do Transporte CNT tm conside-rado a grande maioria dos pavimentos do Brasil de baixo conforto ao rolamento, incluindo muitos trechos concessionados da malha federal. Estima-se de 1 a 2 bilhes de reais, por ano, para manuteno das rodovias federais. Acredita-se que seriam necessrios R$ 10 bilhes para recuperao de toda a malha viria federal. Nas ltimas dcadas, o investi-mento em infra-estrutura rodoviria se encontra bem aqum das necessidades do pas, havendo uma crescente insatisfao do setor produtivo com esse nvel de investimento. Observa-se que os bens produzidos no pas podem ser mais competitivos na fase de produ-o, mas perdem competitividade, notadamente, no quesito infra-estrutura de transportes, devido a uma matriz modal deficiente, onde as estradas (principal meio de escoamento da produo nacional) encontram-se em estado tal que no so capazes de atender as ne-cessidades de transporte de carga nacionais. Essa realidade nos torna pouco competitivos no mercado exterior e cria uma situao econmica nacional insustentvel.

    Segundo dados do Geipot, 2001, aproximadamente 60% do transporte de cargas realizado no Brasil rodovirio. O modal ferrovirio responde por 21%, o aquavirio por

    Ano

    FEDERAL ESTADUAL

    PavimentadaNo-

    pavimentadaTotal Pavimentada

    No-

    pavimentadaTotal

    1970 24.146 27.394 51.540 24.431 105.040 129.471

    1975 40.190 28.774 68.964 20.641 86.320 106.961

    1980 39.685 19.480 59.165 41.612 105.756 147.368

    1985 46.455 14.410 60.865 63.084 100.903 163.987

    1990 50.310 13.417 63.727 78.284 110.769 189.053

    1993 51.612 13.783 65.395 81.765 110.773 192.538

    2003 57.143 14.049 71.192 84.352 111.410 195.762

    2005 58.149 14.651 72.800 98.377 109.963 208.340

    2007 61.304 13.636 74.940 106.548 113.451 219.999

    Fonte: Ministrio dos Transportes - http://www.transportes.gov.br/bit/inrodo.htm

    TABELA 1.1 EVOLUO DA REDE RODOVIRIA FEDERAL E ESTADUAL (KM)

  • 21Introduo

    14%, o dutovirio por 5% e o areo por menos de 1%. O modal de transporte rodovirio encontra-se em parte em estado deficiente, sendo os investimentos nas rodovias priori-trios neste momento, no apenas por ser o modal mais utilizado, mas por exigir menor investimento quando comparado aos demais modais. Destaque-se ainda que pelo modal rodovirio circulam 96% dos passageiros.

    De acordo com a pesquisa da CNT publicada em 2004, a malha rodoviria brasilei-ra encontra-se em condies insatisfatrias aos usurios tanto quanto ao desempenho, quanto segurana e economia. J em 1997, a pesquisa CNT apontava que 92,3% das estradas brasileiras avaliadas na pesquisa eram classificadas como deficientes/ruins/pssimas em seu estado geral. Em 2004, esse ndice ficou em 74,7%, e em 2009, 69,0% de regular/ruim/pssimo. Observa-se uma leve melhoria, mas de forma muito lenta. Ressalta-se que, nos trs quesitos avaliados na pesquisa, ou seja, pavimento, sinalizao e geometria da via, a qualidade do pavimento est estabilizada com aproxi-madamente 55% de regular/ruim/pssimo desde 2004.

    A competitividade da economia brasileira prejudicada pela falta de investimento em infra-estrutura, uma vez que isso acarreta um nmero crescente de acidentes, des-perdcio de carga e gasto elevado com manuteno e combustveis. Pelas estimativas da Associao Nacional dos Usurios de Transporte (Anut), o pas perde US$ 5 bilhes por ano com a precariedade, principalmente das estradas e dos outros segmentos do transporte. Enquanto a Anut calcula em R$ 24 bilhes anuais os investimentos neces-srios para ampliar a capacidade do sistema de transportes como um todo para trazer equilbrio matriz, o Sindicato Nacional da Indstria da Construo Pesada (Sinicon) estima em R$ 5 bilhes anuais para o pas recuperar e pavimentar as principais estra-das do pas.

    O quadro de precria infra-estrutura rodoviria, bem como dos demais modais de trans-portes, repercute na capacidade produtiva do pas contribuindo para o chamado Custo Brasil. Melhorias na infra-estrutura so viabilizadas por meio de fontes especficas de financiamento. No Brasil, tradicionalmente, o financiamento da infra-estrutura rodoviria se deu por meio dos recursos pblicos, principalmente originrios de impostos vinculados ou de repasses do Tesouro, previstos nos oramentos anuais dos estados e da Unio. De 1948 a 1988 os recursos do Fundo Rodovirio Nacional (FRN) oriundos do imposto sobre com-bustveis e lubrificantes, permitiram ao governo federal financiar a construo de rodovias pelos estados, provocando uma expanso da malha pavimentada da ordem de 12% anuais no perodo de 1956-1980. Em 1975 o panorama comeou a ser alterado, com transfe-rncia gradativa de parcelas para o Fundo Nacional do Desenvolvimento (FND), chegando a 50% em 1979. Em 1982 esse processo foi ampliado, com a transferncia de 100% do FRN para o FND. A partir desse ano a administrao do setor rodovirio passou a contar apenas com recursos dos oramentos anuais, insuficientes para atender a infra-estrutura, e com financiamentos de bancos de desenvolvimento nacionais e internacionais.

    Mais recentemente foi criada a CIDE (Contribuio de Interveno no Domnio Eco-nmico, Lei n 10.336, de 19 de dezembro de 2001) como o principal mecanismo para

  • 22 Pavimentao asfltica: formao bsica para engenheiros

    recuperar e ampliar a malha rodoviria. Essa contribuio foi criada com o propsito de financiar o setor de infra-estrutura de transportes, o subsdio ao lcool e ao gs, progra-mas de proteo ao meio ambiente e ao transporte urbano. Incidem sobre a importao e a comercializao de gasolina, diesel, querosene de aviao e outros querosenes, leos combustveis, gs liquefeito de petrleo (GLP), inclusive o derivado de gs natural e de nafta, e lcool etlico combustvel. De acordo com dados de 2007, a arrecadao total desde 2001 j ultrapassava R$ 43,3 bilhes. Esses nmeros seriam suficientes para recuperao e ampliao das rodovias. Contudo, os recursos da CIDE tm tido outras destinaes, alm da infra-estrutura viria.

    Outras fontes de financiamento potenciais incluem mecanismos tradicionais de mdio e longo prazos dos bancos de desenvolvimento, at as sofisticadas opes de investimen-tos atravs das Parcerias Pblico-Privadas ou dos chamados Fundos de Investimentos em Direitos Creditrios FIDCs, conhecidos tambm no mercado financeiro como fundos de recebveis. Atualmente, o Projeto de Lei n 2.546, de 2003, que trata sobre as Parce-rias Pblico-Privadas (PPP) est tramitando no Congresso Nacional. No obstante a este fato, alguns estados da Federao j regulamentaram essa modalidade de parceria. H ainda o caso de Mato Grosso, onde uma iniciativa denominada Consrcios Rodovirios e Agroestradas j possibilitou de 2003 at 2005 a recuperao de 96km da rodovia MT-449 no norte do estado. Iniciativas semelhantes vm sendo desenvolvidas em outras rodovias no mesmo estado, como o caso da BR-163. No que diz respeito aos Fundos de Investimentos em Direitos Creditrios (FIDCs), estima-se hoje no Brasil a existncia de 19 desses fundos. De acordo com informaes do mercado financeiro, esses fundos de recebveis so administrados por bancos conceituados, instalados no Brasil, que garan-tem operaes com grandes empresas. A criao e a regulamentao dos fundos de rece-bveis esto consubstanciadas, respectivamente, na Resoluo n 2.907/01 do Conselho Monetrio Nacional e na Instruo n 356/01, da Comisso de Valores Mobilirios.

    1.4 CONSIDERAES FINAIS

    Como mencionado, so substanciais os gastos com manuteno e reconstruo precoce de nossos pavimentos. Esses gastos so inaceitveis uma vez que podemos dispor de equipamentos de laboratrio e de campo que permitam um melhor entendimento dos materiais e de mtodos de projeto terico-empricos. A existncia de uma infra-estrutura laboratorial e a formao de recursos humanos de alto nvel na rea torna possvel a in-vestigao de materiais alternativos e novas tecnologias para as camadas do pavimento. O cenrio exposto torna clara a necessidade de uma discusso ampla das razes do mau estado das vias no pas. Para que essa discusso seja conseqente necessrio o en-volvimento efetivo dos diversos elementos da cadeia produtiva da pavimentao asfltica (produtores e distribuidores de asfalto, fbricas de emulso, fornecedores de agregados, rgos rodovirios, empresas de construo pesada, consultoras etc.). Compondo essa

  • 23Introduo

    cadeia esto as universidades, atuando em trs vertentes fundamentais: (i) ensino, por meio da formao de pessoal; (ii) pesquisa, atravs do avano do conhecimento e apro-fundamento do entendimento dos fenmenos que regem o comportamento dos materiais de pavimentao e dos pavimentos em servio; (iii) extenso, por meio da prestao de servios no-convencionais para soluo de problemas especficos. Esses trs aspectos pessoal, conhecimento, servios especializados so vitais para uma eficiente cadeia produtiva. No que diz respeito formao de pessoal, o pas hoje ainda carente de bibliografia consolidada e didtica que apresente os conceitos fundamentais da rea de pavimentao, em particular dos revestimentos asflticos. Espera-se que a presente iniciativa contribua para a formao de uma massa crtica em todo o pas de modo a possibilitar discusses e aes coordenadas para a pesquisa e o desenvolvimento das diversas tecnologias de pavimentao asfltica.

  • 24 Pavimentao asfltica: formao bsica para engenheiros

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    WILD, O. The silk road. 1992. Disponvel em: . Acesso em:

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  • 2.1 INTRODUO

    O asfalto um dos mais antigos e versteis materiais de construo utilizados pelo homem. O Manual de asfalto (IA, 1989 verso em portugus, 2001) lista mais de 100 das princi-pais aplicaes desse material, desde a agricultura at a indstria. O uso em pavimenta-o um dos mais importantes entre todos e um dos mais antigos tambm. Na maioria dos pases do mundo, a pavimentao asfltica a principal forma de revestimento. No Brasil, cerca de 95% das estradas pavimentadas so de revestimento asfltico, alm de ser tambm utilizado em grande parte das ruas.

    H vrias razes para o uso intensivo do asfalto em pavimentao, sendo as prin-cipais: proporciona forte unio dos agregados, agindo como um ligante que permite flexibilidade controlvel; impermeabilizante, durvel e resistente ao da maioria dos cidos, dos lcalis e dos sais, podendo ser utilizado aquecido ou emulsionado, em amplas combinaes de esqueleto mineral, com ou sem aditivos.

    As seguintes definies e conceituaes so empregadas com referncia ao material: betume: comumente definido como uma mistura de hidrocarbonetos solvel no

    bissulfeto de carbono; asfalto: mistura de hidrocarbonetos derivados do petrleo de forma natural ou por

    destilao, cujo principal componente o betume, podendo conter ainda outros ma-teriais, como oxignio, nitrognio e enxofre, em pequena proporo;

    alcatro: uma designao genrica de um produto que contm hidrocarbonetos, que se obtm da queima ou destilao destrutiva do carvo, madeira etc.

    Portanto, o asfalto e o alcatro so materiais betuminosos porque contm betume, mas no podem ser confundidos porque suas propriedades so bastante diferentes. O alcatro praticamente no mais usado em pavimentao desde que se determinou o seu poder cancergeno, alm do fato de sua pouca homogeneidade e baixa qualidade em termos de ligante para pavimentao, derivada da prpria forma de obteno do mesmo.

    No que diz respeito terminologia, h uma preferncia dos europeus em utilizar o ter-mo betume para designar o ligante obtido do petrleo, enquanto os americanos, inclusive os brasileiros, utilizam mais comumente o termo asfalto para designar o mesmo material. Veja como exemplo, The Asphalt Institute dos Estados Unidos e a Comisso de Asfalto do Instituto Brasileiro do Petrleo e Gs que empregam o termo asfalto, e os conhecidos The

    2Ligantes asflticos

  • 26 Pavimentao asfltica: formao bsica para engenheiros

    Shell Bitumen Handbook e o Congresso Eurobitume, europeus, que do preferncia para a outra designao. Os europeus utilizam s vezes o termo asphalt para designar a mistura dos agregados com o asfalto (Shell, 2003), o que se designa atualmente no Brasil generi-camente de mistura asfltica e nos Estados Unidos de asphalt mixture ou asphalt mix.

    Com a total predominncia atual do ligante proveniente do petrleo na pavimentao, com o abandono do alcatro, fica aceitvel a utilizao dos termos betume e asfalto como sinni-mos, sendo que a grande facilidade de divulgao dos conhecimentos entre os pases hoje em dia faz com que se tenha acesso a informaes tanto europias quanto americanas.

    Quando o asfalto se enquadra em uma determinada classificao particular, que em geral se baseia em propriedades fsicas que pretendem assegurar o bom desempenho do material na obra, ele passa a ser denominado comumente pela sigla CAP cimento asfltico de petrleo, seguida de algum outro identificador numrico, como se ver neste captulo, no item 2.3.

    H ainda os asfaltos naturais, provenientes de lagos formados a partir de depsito de petrleo que migraram para a superfcie, e aps processos naturais de perda de outras fraes, resultaram num produto que contm betume e eventualmente materiais mine-rais. Foram as primeiras e nicas fontes de asfalto para os vrios usos nos ltimos 5.000 anos at que, no incio do sculo XX, o domnio das tcnicas de explorao de petrleo em profundidade e posterior refino tornaram a utilizao dos asfaltos naturais restrita. As primeiras pavimentaes asflticas no Brasil empregaram asfalto natural, importado de Trinidad, em barris, nas ruas do Rio de Janeiro em 1908 (Prego, 1999).

    2.2 ASFALTO

    2.2.1 NaturezaO asfalto utilizado em pavimentao um ligante betuminoso que provm da destilao do petrleo e que tem a propriedade de ser um adesivo termoviscoplstico, impermevel gua e pouco reativo. A baixa reatividade qumica a muitos agentes no evita que esse material possa sofrer, no entanto, um processo de envelhecimento por oxidao lenta pelo contato com o ar e a gua.

    No Brasil utiliza-se a denominao CAP para designar esse produto semi-slido a temperaturas baixas, viscoelstico temperatura ambiente e lquido a altas tempera-turas, e que se enquadra em limites de consistncia para determinadas temperaturas estabelecidas em especificaes que sero mostradas mais adiante.

    A caracterstica de termoviscoelasticidade desse material manifesta-se no comportamen-to mecnico, sendo suscetvel velocidade, ao tempo e intensidade de carregamento, e temperatura de servio. O comportamento termoviscoelstico mais comumente assumido do que o termoviscoplstico, com suficiente aproximao do real comportamento do material. O CAP um material quase totalmente solvel em benzeno, tricloroetileno ou em bissulfeto de carbono, propriedade que ser utilizada como um dos requisitos de especificao.

  • 27Ligantes asflticos

    2.2.2 Composio qumicaOs petrleos ou leos crus diferem em suas propriedades fsicas e qumicas, variando de lquidos negros viscosos at lquidos castanhos bastante fluidos, com composio qumica predominantemente parafnica, naftnica ou aromtica. Existem perto de 1.500 tipos de petrleo explorados no mundo, porm somente uma pequena poro deles considerada apropriada para produzir asfalto (Shell, 2003). Como os leos crus tm composies distintas dependendo de sua origem, os asfaltos resultantes de cada tipo tambm tero composies qumicas distintas.

    Os petrleos distinguem-se pela maior ou menor presena de asfalto em sua compo-sio. Petrleos venezuelanos, como o Boscan e o Bachaquero, so reconhecidos mun-dialmente como os de melhor qualidade para a produo de asfalto para pavimentao (Pinto, 1991; Leite, 1999; Shell, 2003).

    Atualmente no Brasil existem petrleos com qualidade semelhante ao Bachaquero que so utilizados para a produo de asfalto. No Brasil e em outros pases so raras as plan-tas de produo de asfalto a partir de um nico petrleo, sendo mais comum unidades de refino que produzem asfalto a partir da mistura de diversos petrleos.

    Os CAPs so constitudos de 90 a 95% de hidrocarbonetos e de 5 a 10% de hetero-tomos (oxignio, enxofre, nitrognio e metais vandio, nquel, ferro, magnsio e clcio) unidos por ligaes covalentes. Os cimentos asflticos de petrleos brasileiros tm baixo teor de enxofre e de metais, e alto teor de nitrognio, enquanto os procedentes de petr-leos rabes e venezuelanos tm alto teor de enxofre (Leite, 1999).

    A composio qumica bastante complexa sendo que o nmero de tomos de car-bono por molcula varia de 20 a 120. A composio qumica do CAP tem influncia no desempenho fsico e mecnico das misturas asflticas, mas sua maior influncia ser nos processos de incorporao de agentes modificadores tais como os polmeros, como ser visto mais adiante neste captulo, no item 2.4.

    Uma anlise elementar dos asfaltos manufaturados pode apresentar as seguintes pro-pores de componentes (Shell, 2003): carbono de 82 a 88%; hidrognio de 8 a 11%; enxofre de 0 a 6%; oxignio de 0 a 1,5% e nitrognio de 0 a 1%. A composio varia com a fonte do petrleo, com as modificaes induzidas nos processos de refino e du-rante o envelhecimento na usinagem e em servio. A Tabela 2.1 mostra um exemplo de composio qumica de alguns ligantes asflticos.

    A composio qumica tambm varia com o tipo de fracionamento a que se submete o ligante asfltico, sendo o mtodo mais moderno atualmente empregado, normalizado pela ASTM D 4124-01, aquele que separa as seguintes fraes: saturados, nafteno-aromticos, polar-aromticos e asfaltenos. Os asfaltenos so separados primeiro por precipitao com adio de n-heptano, e os outros constituintes, englobados na designao genrica de mal-tenos, so solveis no n-heptano e separados por cromatografia de adsoro. Na Europa utiliza-se mtodo similar conhecido como SARA (S de saturados, A de aromticos, R de resinas e A de asfaltenos), sendo a separao dos constituintes realizada por cromatografia de camada fina com deteco por ionizao de chama (Leite, 1999; Shell, 2003).

  • 28 Pavimentao asfltica: formao bsica para engenheiros

    A Figura 2.1(a) mostra dois equipamentos usados para essa anlise e de maneira esquemtica a Figura 2.1(b) relaciona os passos da anlise da composio qumica dos ligantes asflticos pelo mtodo SARA.

    A Figura 2.2 mostra a representao esquemtica desses componentes do asfalto (Shell, 2003).

    No fracionamento SARA e ASTM D 4124 a separao de asfaltenos por n-heptano seguida de adsoro dos maltenos em alumina e subseqente desoro com solventes de polaridade crescente, separando-os em saturados, nafteno-aromticos e polar-aromticos.

    Na cromatografia de camada fina (TLC mtodo Iatroscan), a precipitao dos as-faltenos com n-heptano seguida por separao dos constituintes solveis em colunas capilares recheadas com slica ou alumina, como meio de adsoro. Aps a eluio com solventes de diferentes polaridades, efetua-se, por ionizao de chama, a deteco de saturados, aromticos e resinas. O mtodo Iatroscan tambm separa por polaridade os asfaltenos, alm dos saturados, aromticos e resinas, em colunas capilares, procedendo em seguida eluio e deteco por chama.

    Para determinar o teor de heterotomos em pre gam-se (Leite, 1999): nitrognio, enxofre e oxignio: anlise elementar que envolve combusto, purificao

    dos gases e deteco por titulao, quimiluminescncia ou infravermelho; nquel, vandio e ferro: absoro atmica ou fluorescncia de raio X; nitrognio bsico: titulao potenciomtrica.

    A massa molar obtida por osmometria de presso de vapor (VPO) utilizando o to-lueno como solvente. O carbono aromtico obtido a partir do espectro integrvel de experimentos em ressonncia nuclear magntica (RNM) carbono 13.

    A cromatografia por permeao em gel (GPC) utilizada para separao dos cons-tituintes dos CAPs diludos em solvente, por tamanho pequenas molculas movem-se

    TABELA 2.1 EXEMPLOS DE COMPOSIES QUMICAS DE ASFALTOS POR TIPO DE CRU (LEITE, 2003)

    Origem Mexicano Boscan Venezuela

    Califrnia Estados Unidos

    Cabinas Brasil

    Cabinas Brasil

    rabe Leve Oriente Mdio

    Refinaria RLAM Bahia

    Regap Minas Gerais

    Replan So Paulo

    Reduc Rio de Janeiro

    Carbono % 83,8 82,9 86,8 86,5 85,4 83,9

    Hidrognio % 9,9 10,4 10,9 11,5 10,9 9,8

    Nitrognio % 0,3 0,8 1,1 0,9 0,9 0,5

    Enxofre % 5,2 5,4 1,0 0,9 2,1 4,4

    Oxignio % 0,8 0,3 0,2 0,2 0,7 1,4

    Vandio ppm 180 1.380 4 38 210 78

    Nquel ppm 22 109 6 32 66 24

  • 29Ligantes asflticos

    Cromatografia Detector de ionizao de chama

    (a) Vista dos equipamentos usados para anlise de CAP

    (b) Esquema

    Figura 2.1 Equipamentos utilizados no mtodo SARA e esquema da anlise qumica do ligante asfltico (adaptado de Shell, 2003)

    lentamente, entrando no meio poroso da coluna, ao passo que estruturas maiores no conseguem penetrar, passando rapidamente pela coluna. O cromatograma resultante o de distribuio de tamanho dos constituintes, comeando pelos maiores e finalizando pelos menores. Efetua-se a comparao dos CAPs pelos perfis obtidos na anlise (Leite, 1999).

  • 30 Pavimentao asfltica: formao bsica para engenheiros

    Os asfaltenos so aglomerados de compostos polares e polarizveis formados por as-so cia es intermoleculares, constitudos de hidrocarbonetos naftnicos condensados e de cadeias saturadas curtas, sendo slidos amorfos pretos ou marrons. A quantidade de asfal-tenos tem grande efeito nas caractersticas reolgicas do CAP: quanto maior o percentual de asfaltenos, mais duro e mais viscoso ser o ligante asfltico, embora se deva considerar ainda a forma do asfalteno, sendo maior o efeito sobre a reologia quanto mais esfrica for a partcula. Em geral os asfaltenos constituem de 5 a 25% do CAP (Shell, 2003).

    As resinas so solveis em n-heptano. So compostos de hidrognio e carbono, com pequena proporo de oxignio, enxofre e nitrognio. So slidos ou semi-slidos marrom- escuros, sendo de natureza polar e fortemente adesiva. As propores de resinas e asfal-tenos governam o comportamento como soluo (Sol) ou como gelatina (Gel) do CAP.

    Os componentes aromticos so de baixa massa molar e em maior proporo no asfal-to, sendo o meio de disperso e peptizao dos asfaltenos. Esses componentes formam um lquido viscoso amarelo polar, com cadeias no-saturadas de carbono, constituindo de 40 a 65% do total do asfalto. Os saturados so cadeias retas e ramificadas de hidrocarbonetos, sendo leos viscosos no-polares transparentes, compondo de 5 a 20% dos asfaltos.

    O CAP tradicionalmente considerado uma disperso coloidal (Girdler, 1965) de asfaltenos em saturados e aromticos, conhecidos genericamente por maltenos, imersos em resinas, que so como micelas diretas ou reversas, ou seja, grupos polares orien-tados para fora ou para o centro. O modelo de Yen ou modelo de micelas (Yen, 1991) est representado na Figura 2.3. Uma micela um aglomerado de molculas em uma soluo coloidal. Um colide uma mistura que consiste de grandes molculas simples, dispersas em uma segunda substncia (Leite, 1999; Hunter, 2000).

    Em presena de quantidade suficiente de resinas e aromticos, os asfaltenos formam micelas com boa mobilidade e resultam em ligantes conhecidos como Sol. Porm, se as fraes no esto bem balanceadas, h formao de estruturas de pacotes de micelas com

    Figura 2.2 Representao esquemtica dos componentes dos asfaltos (apud Shell, 2003)

    (a) Saturados (b) Asfaltenos

    (c) Aromticos (d) Resinas

  • 31Ligantes asflticos

    vazios internos que resultam em ligantes de comportamento conhecido como Gel, sendo um exemplo desse tipo os asfaltos oxidados utilizados em impermeabilizaes. Esse comporta-mento Gel pode ser minimizado com o aumento de temperatura (Leite, 1999; Shell, 2003). A Figura 2.4 mostra a representao esquemtica dos comportamentos Sol e Gel.

    Ramos et al. (1995) dizem que os asfaltos tipo Sol apresentam maior suscetibilidade trmica por terem leos intermicelares muito aromticos, o que os torna mais moles, me-nos resistentes aplicao direta das cargas, porm mais suscetveis a um pleno retorno posio original aps a aplicao da carga. J os asfaltos tipo Gel so mais resistentes

    (a) Ligante Sol

    (b) Ligante Gel

    Figura 2.4 Representao esquemtica do ligante asfltico de comportamento Sol e Gel (Shell, 2003)

    Figura 2.3 Modelo de micelas de Yen (1991)

  • 32 Pavimentao asfltica: formao bsica para engenheiros

    aplicao das cargas e menos suscetveis ao retorno, conseqentemente so mais propen-sos ao trincamento prematuro. Entretanto, essas e todas as demais propriedades do CAP variam muito com a temperatura, por isso a caracterstica de suscetibilidade trmica de cada ligante de extrema importncia para o comportamento futuro do pavimento.

    A proporo de cada frao desses quatro componentes dos ligantes varia de acordo com o leo de origem e com o processo de produo, e depois de aplicado nas obras h variao ao longo do tempo, sendo que em geral o contedo de asfaltenos proporcio-nalmente aumenta, o de resinas mais ou menos se mantm e o de aromticos decresce, mantendo-se pouco varivel o teor de saturados.

    Embora a composio qumica possa ser relacionada com as propriedades fsicas dos vrios componentes do CAP, nota-se que asfaltos de composies qumicas dife-rentes podem apresentar caractersticas fsicas similares, desde que derivados de leos diferentes. Portanto, impossvel definir componentes individuais mnimos em termos qumicos como garantia de comportamento adequado de um ligante do ponto de vista de desempenho na pavimentao (Shell, 2003).

    Muitos pesquisadores tm tentado mostrar a existncia de micelas de asfaltenos usando tcnicas de cromatografia por excluso de tamanho, microscpio eletrnico e ressonncia nuclear magntica, e em muitos casos o modelo de representao da estru-tura do asfalto como micela no se mostra coerente com os resultados obtidos.

    Novas proposies de modelo estrutural do asfalto tm surgido, tal como o proposto pelo SHRP (Strategic Highway Research Program) ilustrado na Figura 2.5. Foram eviden-ciados, por meio de tcnicas de anlise de espectroscopia infravermelha e cromatografia de troca de ons (IEC), numerosos tipos possveis de interao entre molculas dos ligantes, incluindo pontes de hidrognio, ligaes PP, foras de Van der Waals e atraes polares. O programa SHRP identificou a presena de substncias anfteras nos asfaltos, ou seja, que contm grupamentos cidos e bsicos juntos, que vo controlar a viscosidade do ligan-te. O modelo estrutural do programa SHRP no considera vlido o conceito de asfaltenos e classifica os compostos constituintes em polares e no-polares.

    Figura 2.5 Modelo de estrutura do asfalto proposto pelo SHRP (apud Leite, 2003)

  • 33Ligantes asflticos

    SHRP (1991) mostra que novas tcnicas de medio indicam que a massa molar mdia do CAP varia entre 700 e 900, muito menor do que se admitia anteriormente, o que indica uma estrutura formada por associaes moleculares fracamente ligadas, denominadas microestruturas. Esse modelo estrutural classifica os compostos consti-tuintes do CAP em polares e no-polares, ligados por foras intra e intermoleculares que so responsveis pela formao de redes tridimensionais que explicam as caractersticas viscoelsticas do ligante asfltico.

    Uma outra forma de descrever a estrutura do asfalto pelo mtodo da solubilidade, que envolve a determinao da atrao ou da repulso das partculas individuais utilizan-do uma srie de titulaes.

    2.2.3 Processos de produo, estocagem e manuseioQuase todo o asfalto em uso hoje em dia obtido do processamento de petrleo bruto (ou cru) em plantas especiais denominadas refinarias. Muitas refinarias so localizadas prximas a locais com transporte por gua, ou so supridas por dutos a partir de termi-nais martimos.

    A escolha do petrleo que pode resultar em um asfalto dentro da especificao para uso em pavimentao feita atravs de avaliao de resduos de vcuo de petr leos. Nessa avaliao pelo menos cinco resduos de vcuo correspondentes a diferentes tem-peraturas de corte so obtidos em unidades PEV (ponto de ebulio verdadeiro) no laboratrio do Centro de Pesquisas e Desenvolvimento Amrico Leopoldo Miguez de Mello (Cenpes) para cada tipo de petrleo. Os resduos so caracterizados quimicamente e quanto aos requisitos das especificaes brasileiras, europias e americanas Super-pave do CAP. Em funo dos resultados obtidos, podem-se estimar as caractersticas de resduos intermedirios, mais leves ou pesados, podem-se ainda construir curvas de propriedades versus temperaturas de corte, grficos de penetrao versus ponto de amo-lecimento e penetrao versus viscosidade a 60C, bem como grficos de Heukelom dos diferentes resduos atravs do software BR-asfaltos. A comparao dos resultados com as especificaes e os critrios internos Petrobras indica se o petrleo adequado ou no para produo de cimentos asflticos de petrleo e ainda a seleo das temperaturas de corte apropriadas obteno dos diversos tipos de CAP.

    O teor de parafinas um dos critrios empregados na seleo de petrleos adequados que determinado por meio de Calorimetria Diferencial de Varredura (DSC) feita, por exemplo, com o uso do equipamento Sistema Mettler DSC-30/TA 4000. A calorimetria com o DSC uma tcnica rpida e precisa, com boa repetibilidade, que consome peque-na quantidade de amostra.

    O refino o conjunto de processos de separao e/ou transformao dos constituintes do petrleo. Existem diferentes processos de refino de petrleo que produzem os ligantes asflticos. O mais antigo o da destilao direta, que pode ser realizada em um ou dois estgios. Quando o petrleo de base asfltica, designado por petrleo pesado (isto , tem muito asfalto, proporcionalmente a outras fraes ou petrleos), como por exemplo os

  • 34 Pavimentao asfltica: formao bsica para engenheiros

    venezuelanos Boscan, Bachaquero, Lagunillas e Tia Juana, e o brasileiro Fazenda Alegre, necessrio apenas um estgio de destilao a vcuo e este processo produz um CAP de consistncia adequada para a pavimentao.

    Se o petrleo no de base asfltica, como por exemplo os leves: rabe Leve, Safa-niya, Kirkuk e Kuwait, so necessrios dois estgios de destilao: atmosfrica e a vcuo. Petrleos ditos intermedirios so processados em dois estgios, resultando no chamado resduo de vcuo, cujas condies de presso e temperatura definem o atendimento s especificaes para uso em pavimentao. Pode ser ainda empregada a desasfaltao por solvente quando o petrleo processado leve ou intermedirio, que consiste em um processo de extrao com alcanos de baixa massa molar (ex. propano/butano) dos res-duos de vcuo (Leite, 1999; Shell, 2003).

    As Figuras 2.6(a, b, c, d, e, f), elaboradas originalmente por Tonial e Bastos (1995) da Petrobras, mostram os possveis processos utilizados para a produo de asfaltos, pelos mtodos citados acima. As refinarias tm colunas ou torres de destilao que so divididas em intervalos por faixa de temperatura de obteno dos vrios cortes do petrleo (nafta, querosene, gasleos) antes de se obter o asfalto. Da, muitas vezes o asfalto ser denominado resduo do petrleo, embora esse termo no se associe de for-ma alguma a um material sem caractersticas adequadas ao uso, mas sim ao processo de refino.

    Quando acondicionados de maneira apropriada, o que acontece de uma forma geral nos tanques das refinarias, os asfaltos podem ser mantidos a elevadas temperaturas por um tempo considervel sem que sejam afetados adversamente (Tonial, 2001; Shell, 2003). Porm, um aquecimento a temperaturas elevadas (maiores do que 150C), mes-mo por tempos relativamente curtos (menores que um minuto, como ocorre na usina-gem) pode causar um envelhecimento elevado do ligante desde que haja presena de ar e uma espessura muito fina de asfalto. Portanto, quanto maior a temperatura, o tempo de aquecimento e menor a espessura de pelcula asfltica, maior ser o envelhecimento do ligante. A espessura do ligante ao envolver os agregados pode ser muito fina se a relao entre o volume de ligante e a superfcie especfica dos agregados no for bem proporcionada.

    De forma a evitar um possvel endurecimento e envelhecimento do ligante durante a estocagem, os tanques devem ser munidos de sensores de temperatura, posicionados na regio dos aquecedores e serem removveis para manuteno freqente. A oxidao e a perda de fraes volteis podem ocorrer pela superfcie exposta sendo proporcional a essa rea e temperatura do tanque, e, portanto, os tanques verticalmente mais altos so preferveis aos mais baixos, ou seja, a relao altura/raio do tanque circular deve ser tecnicamente a maior possvel, considerando a relao rea/volume de estocagem (Shell, 2003). A recirculao de material, quando o tempo de estocagem elevado, deve tam-bm ser feita considerando esses fatores, ou seja, a entrada no tanque no pode ser fonte de ar para o sistema, e deve ser utilizada somente de forma intermitente.

  • 35Ligantes asflticos

    (a) Esquema de produo de asfalto em um estgio

    (b) Esquema de produo de asfalto por dois estgios de destilao

    Figura 2.6 Esquemas de refino do petrleo para obteno do asfalto (Tonial e Bastos, 1995)

  • 36 Pavimentao asfltica: formao bsica para engenheiros

    (c) Esquema de produo de asfalto por mistura de resduo de vcuo (RV) de alta e baixa viscosidades

    Os tanques de estocagem de CAP nas usinas de fabricao de misturas devem ter controle automtico do nvel de estocagem e, antes de se colocar ligante adicional no tanque, necessrio conferir os limites permitidos de altura de estocagem, bem como se certificar de que o tipo adicionado seja do mesmo preexistente.

    O CAP deve ser sempre estocado e manuseado temperatura mais baixa possvel em relao fluidez suficiente ao uso, considerando a viscosidade adequada para a opera-cionalidade das aes necessrias aos processos de mistura em linha ou transferncia para os sistemas de transportes (Hunter, 2000; Shell, 2003).

    Figura 2.6 Esquemas de refino do petrleo para obteno do asfalto (Tonial e Bastos, 1995)

  • 37Ligantes asflticos

    O ligante asfltico apresenta pequeno grau de risco para a sade, devendo-se cumprir prticas adequadas de uso. Como utilizado sempre em temperaturas altas durante o transporte, estocagem e processamento, necessrio o emprego de equipamentos especiais de proteo individual para manuseio. As emisses de vapores visveis e fuma-as comeam a ser percebidas a temperaturas em torno de 150C e so compostas de hidrocarbonetos e pequena quantidade de H2S. Essa quantidade de H2S pode acumu-lar-se em ambientes fechados, tais como o tanque de estocagem, e pode ser letal caso no haja ventilao adequada. Tambm pode conter pequena quantidade de compostos aromticos policclicos. O ligante asfltico tem baixa possibilidade de se incendiar e s

    (d) Esquema de produo de asfalto por mistura de RASF e diluente

    Figura 2.6 Esquemas de refino do petrleo para obteno do asfalto (Tonial e Bastos, 1995)

  • 38 Pavimentao asfltica: formao bsica para engenheiros

    em temperaturas muito altas, em torno de 400C, apresentaria autocombusto. Porm, apesar de baixo risco, cuidados especiais devem ser tomados nos tanques de estocagem e no processamento. Tambm necessrio evitar que o CAP aquecido tenha contato com gua, pois haver grande aumento de volume resultando em espumao e at, dependendo da quantidade de gua, poder haver fervura do ligante. Essa caracterstica tem sido explorada em condies padronizadas recentemente na fabricao do chamado asfalto-espuma, que ser visto mais adiante neste captulo.

    (e) Esquema de produo de asfalto por semi-sopragem

    Figura 2.6 Esquemas de refino do petrleo para obteno do asfalto (Tonial e Bastos, 1995)

  • 39Ligantes asflticos

    2.2.4 Produo brasileiraA Figura 2.7 mostra a localizao das refinarias que produzem asfalto, atualmente exis-tentes no Brasil. A Petrobras possui nove conjuntos produtores e distribuidores de as-falto de petrleo no Brasil: Amazonas, Cear, Bahia, Minas Gerais, Rio de Janeiro, So Paulo (dois), Paran e Rio Grande do Sul, alm de uma unidade de explorao de xisto, localizada no Paran, que produz insumos para pavimentao. Possui ainda fbricas de emulses asflticas pertencentes Petrobras Distribuidora e laboratrios de anlise em todas as suas 11 refinarias. Conta tambm com o Centro de Pesquisas e Desenvolvi-mento Leopoldo Amrico Miguez de Mello (Cenpes) para desenvolvimento de produtos, acompanhamento da qualidade dos asfaltos comercializados e pesquisas conjuntas com universidades e outras instituies de pesquisa.

    (f) Unidade de desasfaltao a propano

    Figura 2.6 Esquemas de refino do petrleo para obteno do asfalto (Tonial e Bastos, 1995)

  • 40 Pavimentao asfltica: formao bsica para engenheiros

    No final da dcada de 1990, segundo Leite (1999), a Petrobras produzia cerca de 2 milhes de toneladas anuais de cimento asfltico de petrleo, sendo 60% a partir de petrleos nacionais, 20% de petrleos venezuelanos e os 20% restantes de petrleos argentinos e rabes, sendo que a meta prevista para a primeira dcada do sculo XXI era o emprego de petrleos brasileiros para toda a produo de cimentos asflticos, o que vem se confirmando.

    Os tipos de ligantes asflticos existentes no mercado brasileiro so denominados:a) cimentos asflticos de petrleo CAP;b) asfaltos diludos ADP;c) emulses asflticas EAP;

    Figura 2.7 Localizao e denominao das refinarias de petrleo brasileiras que produzem asfalto(Fonte: Petrobras)

  • 41Ligantes asflticos

    d) asfaltos oxidados ou soprados de uso industrial;e) asfaltos modificados por polmero AMP ou por borracha de pneus AMB;f) agentes rejuvenescedores AR e ARE.

    Atualmente, h ainda a tcnica de asfalto-espuma sendo empregada no Brasil, mas que rigorosamente no constitui uma outra classe de material pelo tipo de modificao de curta durao que sofre o CAP convencional nesta condio como ser visto mais adiante neste captulo.

    Como o CAP a base de praticamente todos os outros produtos, apresenta-se na Figura 2.8 o consumo brasileiro de asfalto de 2000 a 2009. Em 2008, registrou-se o maior consumo com mais de 2.125 mil toneladas, excedendo a marca de 1.970 mil toneladas de 1998.

    Figura 2.8 Consumo brasileiro de asfalto entre 2000 e 2009 (Fonte: Petrobras)

    2.2.5 Propriedades fsicas do asfalto: ensaios correntes e clculo da suscetibilidade trmicaTodas as propriedades fsicas do asfalto esto associadas sua temperatura. O modelo estrutural do ligante como uma disperso de molculas polares em meio no-polar ajuda a entender o efeito da temperatura nos ligantes asflticos.

    Em temperaturas muito baixas, as molculas no tm condies de se mover umas em relao s outras e a viscosidade fica muito elevada; nessa situao o ligante se com-porta quase como um slido. medida que a temperatura aumenta, algumas molculas comeam a se mover podendo mesmo haver um fluxo entre as molculas. O aumento do movimento faz baixar a viscosidade e, em temperaturas altas, o ligante se comporta como um lquido. Essa transio reversvel.

    Um dos critrios mais utilizados de classificao dos ligantes a avaliao da sua sus-cetibilidade trmica, por algum ensaio que mea direta ou indiretamente sua consistncia ou viscosidade em diferentes temperaturas. A faixa de temperatura correspondente transio entre slido e lquido influenciada pela proporo dos quatro componentes do ligante asfltico e pela interao entre eles.

  • 42 Pavimentao asfltica: formao bsica para engenheiros

    Portanto, todos os ensaios realizados para medir as propriedades fsicas dos ligantes asflticos tm temperatura especificada e alguns tambm definem o tempo e a velocida-de de carregamento, visto que o asfalto um material termoviscoelstico.

    Para se especificar um determinado asfalto como adequado para pavimentao, a maioria dos pases utiliza medidas simples de caractersticas fsicas do ligante, pela faci-lidade de execuo nos laboratrios de obras. As duas principais caractersticas utilizadas so: a dureza, medida atravs da penetrao de uma agulha padro na amostra de ligante, e a resistncia ao fluxo, medida atravs de ensaios de viscosidade.

    Acrescentaram-se ao longo dos anos nas especificaes alguns outros critrios de aceitao que so associados a ensaios empricos, que, a princpio, tentam avaliar indi-retamente o desempenho futuro do ligante nas obras de pavimentao.

    Os ensaios fsicos dos cimentos asflticos podem ser categorizados entre ensaios de consistncia, de durabilidade, de pureza e de segurana.

    Ensaio de penetraoA penetrao a profundidade, em dcimos de milmetro, que uma agulha de massa pa-dronizada (100g) penetra numa amostra de volume padronizado de cimento asfltico, por 5 segundos, temperatura de 25C. Em cada ensaio, trs medidas individuais de penetrao so realizadas. A mdia dos trs valores anotada e aceita, se a diferena entre as trs me-didas no exceder um limite especificado em norma. A consistncia do CAP tanto maior quanto menor for a penetrao da agulha. A norma brasileira para este ensaio a ABNT NBR 6576/98. A Figura 2.9 mostra o equipamento utilizado para realizao desse ensaio e uma representao esquemtica das leituras inicial e final de penetrao da agulha.

    (a) Equipamento manual (b) Esquema bsico do ensaio

    Figura 2.9 Exemplo de equipamento manual de medida da penetrao e esquema do ensaio

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    Ensaios de viscosidadeA viscosidade uma medida da consistncia do cimento asfltico, por resistncia ao escoamento. Considere-se um lquido viscoso perfeitamente aderente a duas placas para-lelas de vidro, com uma distncia D entre as placas, conforme esboado na Figura 2.10. Aplicando-se uma tenso tangencial Tna placa superior (mvel) durante um intervalo de tempo $t, ela adquire uma velocidade V em relao placa inferior (fixa). O lquido se de-forma com uma velocidade de deformao $G$t, onde $G o deslocamento $X sofrido em relao distncia D. Para os chamados fluidos newtonianos vale a seguinte relao:

    (2.1)

    A relao entre a tenso de cisalhamento aplicada (T) e a velocidade de deformao ($G$t) chamada de coeficiente de viscosidade ou apenas viscosidade (H), expressa em [N/m2] / [1/s] = Pa.s, sendo funo somente da temperatura e dada por:

    (2.2)

    A unidade do coeficiente de viscosidade mais utilizada o poise (g/[cm.s]), nome dado em homenagem ao fsico francs Poiseuille. O aparelho que faz a avaliao dessa proprie-dade, no de forma esquemtica, chama-se viscosmetro de placas paralelas, no qual se pode variar T e, conseqentemente, $G$t.

    Figura 2.10 Esquema de escoamento de um fluido newtoniano

    A penetrao a 25C tem sido utilizada na especificao de cimentos asflticos em todos os pases do mundo por vrias dcadas. A especificao de ligantes da Comunida-de Econmica Europia (EM 12591/2000), que resultou de um acordo entre os vrios pases participantes, define nove classes de asfalto pela penetrao, desde a classe 20/30 at 250/330. A penetrao tambm empregada na atualidade no Brasil para a classificao dos CAPs que ser vista no item 2.3 deste captulo.

  • 44 Pavimentao asfltica: formao bsica para engenheiros

    A viscosidade tambm pode ser medida em m2/s, ou mais comumente em mm2/s, unidade referida como centistoke (cSt). Trata-se, nesse caso, da viscosidade cinemtica (Hc) obtida a partir de tubos capilares. A viscosidade cinemtica relacionada com a vis-cosidade absoluta (Ha) atravs da massa especfica do material (R) pela expresso (2.3):

    (2.3)

    Um viscosmetro que no apresente a facilidade para variar $G$t e T chamado vis-cosmetro secundrio. Um exemplo clssico o viscosmetro capilar de Cannon-Manning Figura 2.11(a). Nesse viscosmetro capilar, para a determinao da viscosidade, me-dido o tempo que um volume fixo do material leva para escoar em um tubo capilar, de baixo para cima, sob condio preestabelecida e controlada de temperatura e de vcuo. A viscosidade, em poise, calculada multiplicando-se o tempo de escoamento, em se-gundos, pelo fator de calibrao do viscosmetro (ABNT NBR 5847/2001).

    Os fabricantes calibram seus viscosmetros com um material padro. Quando se en-saia um cimento asfltico de viscosidade desconhecida, a tenso de cisalhamento a mesma da utilizada quando se calibrou o viscosmetro com o material padro (apenas tenso gravitacional atuando). A nica diferena ser a velocidade de deformao (taxa de cisalhamento), que inversamente proporcional ao tempo requerido para passar o lquido pelo tubo (HA t). A relao dada pela expresso (2.4) usada para determinar a viscosidade cinemtica:

    (2.4)

    Onde:

    H1 = viscosidade do material padro;

    H2 = viscosidade do material ensaiado;

    t1 = tempo para o material padro passar pelo tubo (tempo de escoamento); t2 = tempo para o material ensaiado passar pelo mesmo tubo capilar (tempo de escoamento);

    H1/t1 = fator de calibrao (constante).

    Em equipamento semelhante, e com o mesmo princpio, na ausncia de vcuo, mede-se tambm a v