AVALIAÇÃO DO DESEMPENHO DE MISTURAS ASFÁLTICAS COM...

AVALIAÇÃO DO DESEMPENHO DE MISTURAS ASFÁLTICAS

COM A INSERÇÃO DE POLIETILENO TEREFTALATO (PET)

PERFORMANCE EVALUATION OF ASPHALTIC MIXTURES

WITH THE INSERTION OF POLYETHYLENE TEREPHALATE

(PET)

MOURA, Raísa Rossi Nicoli de1

BINOTI, Daniel Henrique Breda2 AZEVEDO, Otoniel de Aquino³

RESUMO Este trabalho tem como objetivo avaliar a influência da adição de Politereftalato de Etileno a partir de garrafas (PET) em misturas asfálticas, sobre as propriedades físicas e mecânicas do pavimento asfáltico. Para isso será realizado um experimento em delineamento inteiramente casualizado com três repetições, e três tratamentos, demonstrado a seguir: T1: mistura CBUQ convencional, com adição de PET triturado nas percentagens de 1, 2 e 5% respectivamente. Os corpos de prova foram feitos no laboratório de asfalto na Minerasul Indústria e Comércio de Agregados LTDA e na IES São Camilo/ES. Os corpos de prova serão avaliados quanto a parâmetros volumétricos, como o Vv (volume de vazios) e RBV (relação betume vazios) e ensaio mecânico de Resistência à Compressão. Com esse trabalho espera-se demonstrar o potencial da utilização de PET em pavimentos asfálticos, melhorando a resistência mecânica e a durabilidade dos pavimentos asfálticos, bem como determinar o percentual ideal de PET na mistura asfáltica. Palavras Chave: Pavimento Asfáltico; Reciclagem; Garrafas Pet ABSTRACT This work aims to evaluate the influence of the addition of Ethylene Polyerephthalate from bottles (PET) in asphalt mixtures, on the physical and mechanical properties of asphalt pavement. For this will be conducted a completely randomized design with three replications and three treatments, shown below: T1: conventional CBUQ mixture, with addition of crushed PET in the percentages of 1, 2 and 5% respectively. The specimens were made in the asphalt laboratory at Minerasul Indústria e Comércio de Agregados LTDA and at IES São Camilo / ES. The specimens will be evaluated for volumetric parameters, such as Vv(void volume) and RBV (void bitumen ratio) and mechanical test of Compression Resistance. With this work we hope to demonstrate the potential of using PET in asphalt pavements, improving the mechanical strength and

1 Graduanda do Curso de Engenharia Civil do Centro Universitário São Camilo-ES –

[email protected]. 2 Professor orientador. Doutor. Centro Universitário São Camilo-ES – [email protected].

³ Professor orientador. Mestre. Centro Universitário São Camilo-ES – [email protected].

mailto:[email protected]

durability of asphalt pavements, as well as determining the ideal percentage of PET in the asphalt mix. Keywords: Asphalt Pavement; Recycling; Pet bottles INTRODUÇÃO

As embalagens plásticas estão muito presentes no nosso dia-a-dia e seu

consumo tem crescido por todo o mundo. Os impactos ambientais oriundos da

destinação incorreta dessas embalagens têm gerado preocupação em diversos

setores da sociedade.

As embalagens de bebidas mais comuns são compostas de Polietileno

Tereftalato (PET). Segundo a Associação Brasileira da Industria do PET

(ABIPET), o Brasil apresenta um crescimento constante de PET de cerca de 2

% anuais e em 2016 atingiu a marca de aproximadamente 840 Kton de PET.

A reciclagem dos resíduos de PET reduz o consumo de matéria-prima e

minimiza os impactos ambientais causados pela destinação inadequada desses

resíduos. Em função disso, diversas cidades e organizações civis tem gerado

medidas e planos para o gerenciamento adequado desses resíduos visando a o

menor impacto ambiental possível. Dentre esses planos destaca-se a

incorporação de resíduos sólidos nos processos de pavimentação.

A construção de rodovias causa diversos impactos ambientais como

revolvimento e compactação do solo, supressão da vegetação e alteração do

habitat nas áreas de influência dessas obras.

A pavimentação de vias com polímeros reutilizados, como pneus

triturados, já é utilizada por empresas e órgãos como medidas para

reaproveitamento de resíduos sólidos e minimização dos impactos ambientais.

A adição de PET na mistura asfáltica vem se mostrando uma alternativa viável,

contudo os estudos sobre a formulação ideal ainda necessitam ser realizados.

Em função disso essa pesquisa visa estudar a viabilidade técnica da

utilização do resíduo de PET em misturas asfálticas, visando minimizar os

impactos ambientais do descarte de resíduos sólidos e aumentar a resistência e

durabilidade do pavimento.

METODOLOGIA

Pavimento é uma estrutura de múltiplas camadas de espessuras finitas,

construída sobre a superfície final de terraplenagem, destinada técnica e

economicamente a resistir aos esforços oriundos do tráfego de veículos e do

clima, e a propiciar aos usuários melhoria nas condições de rolamento, com

conforto, economia e segurança. O pavimento rodoviário é classificado

tradicionalmente em dois tipos básicos: rígidos e flexíveis (Figura 1). A

pavimentação rígida consiste em um revestimento superficial feito de uma placa

de cimento Portland. Já a pavimentação flexível é composta geralmente por uma

estrutura composta por uma estrutura formada por quatro camadas principais:

revestimento asfáltico, base, sub-base e subleito.

O revestimento asfáltico é a camada superior destinada a resistir

diretamente às ações do tráfego e transmiti-las de forma atenuada às camadas

inferiores, impermeabilizar o pavimento, além de melhorar as condições de

rolamento. O revestimento é composto pela junção de agregados e ligantes

asfálticos. O asfalto utilizado em revestimentos asfálticos é um ligante

betuminoso proveniente da destilação do petróleo e possui a propriedade de ser

um adesivo termoviscoplástico, impermeável à água e pouco reativo. No Brasil,

é utilizada a nomenclatura CAP (cimento asfáltico de petróleo) para designar

este produto (Bernucci et al., 2008). Na pavimentação os agregados (termo

genérico para areias, pedregulhos e rochas em seu estado natural ou britadas

em seu estado processado) mais utilizados são materiais rochosos provenientes

de pedreiras. Para tal, é necessário avaliar suas propriedades uma vez que estes

devem suportar as tensões impostas na superfície do pavimento. Nesta pesquisa

trabalha apenas com a pavimentação flexível.

Concreto-cimento (corte longitudinal) Asfáltico (corte transversal)

Figura 1 – Demonstração dos tipos de pavimentos Concreto-cimento (corte

longitudinal) – Pavimentação rígida e Asfáltico (corte transversal) –

Pavimentação flexível. Fonte: Bernucci (2008)

WHITEOAK (1990) considera que o principal fator responsável pelo

endurecimento do ligante asfáltico em serviço é o teor de vazios da mistura

asfáltica. Outro fator importante é a condição ambiental da região do pavimento,

altas temperaturas geralmente estão associadas ao aumento das taxas de

oxidação. No tocante ao teor de vazios, sua importância decorre de que quanto

maior o teor da mistura no campo, mais rápida será a velocidade de

envelhecimento do ligante asfáltico que consequentemente, enrijecerá também

a mistura. Para tanto, este artigo estudou o volume dos vazios de um traço

padrão utilizado para faixa C do DNIT onde a adição de PET na mistura, além

de funcionar como ligante junto ao CAP, por ser um material de alta resistência

agregar propriedades as misturas asfálticas.

Para a determinação e avaliação da dosagem e efeitos da adição do PET

nas misturas asfálticas, diversos estudos devem ser realizados, o primeiro deles

é o estudo de vazios. Para esse estudo, foi utilizado 1000g de amostra sendo

460g de pó de pedra, 350g de brita 0, 130g de brita 1 e 10g de filler. Após

pesados, os agregados foram misturados rapidamente no moinho de bolas e

inseridos em uma bureta graduada com 1000ml (Figura 2). Em seguida com uma

pipeta graduada de 50ml foi adicionado até que se os agregados estivesses

cobertos um volume de querosene, que por ser um material orgânico apolar, tem

menor interação molecular, o que proporciona menor presença de bolhas que

proporcionaria maior erro nos estudos dos vazios, fato observado quando

utilizado água ao invés deste.

Figura 2 - Separação e determinação dos vazios dos agregados.

Para a determinação do volume de vazios os componentes da mistura

asfáltica foram separados em três traços, conforme tabela 1.

Tabela 1 - Estudo de Vazios - Traços

Traço 1

Material % Massa (g)

Pó de Pedra 46 460

Brita 0 35 350

Brita 1 12 120

Filler 1 10

Traço 2


Pó de Pedra 46 460

Brita 0 35 350

Brita 1 12 120

Traço 3


Brita 0 35 350

Brita 1 12 120

Fonte: O autor (2019)

Conhecendo-se os vazios médios apresentados, a densidade do PET e do

CAP, estudou-se a massa da dispersão constituída de PET e betume que

deveria ser adicionada ao corpo de prova, sob temperatura e movimentos com

velocidade circular, proposto por método padrão de desenvolvimento de massa

asfáltica, segundo NBRs, para dispersão e confecção dos corpos de prova, para

os ensaios físicos segundo NBRs.

A dosagem das misturas asfálticas são o produto da combinação do ligante

ao agregado em proporções definidas por métodos empíricos através de um teor

ótimo de ligante a partir de uma faixa granulométrica pré-definida. O teor de

ligante varia de acordo com o método de dosagem. O método de dosagem

utilizado é o de Marshall para misturas asfálticas (DNER-ME-043/95). Este

método realiza a compactação da mistura por impacto, onde a recomendação é

que a compactação seja feita por 75 golpes para uma pressão de 7 kgf/cm² a 14

kgf/cm².

Segundo Bernucci et al. (2008), os procedimentos para a determinação dos

parâmetros gerados para a dosagem Marshall do CBUQ são:

I) Determinação das massas específicas reais do cimento asfáltico de

petróleo (CAP) e dos agregados;

A determinação das massas específicas dos agregados foi realizada

utilizando a metodologia NBR 9776/87.

II) Seleção da faixa granulométrica a ser utilizada na mistura (faixas A, B

e C, segundo o DNIT);

Nesse estudo utilizou-se a faixa C segundo norma do DNIT.

III) Escolha da composição dos agregados para que enquadrem na faixa

granulométrica escolhida;

Todos os agregados foram cedidos pela empresa Minerasul. O CAP

utilizado neste trabalho foi fornecido pela Greca Asfaltos, onde suas

especificações são definidas pela ANP (Agência Nacional do Petróleo) e

encontram-se na tabela 2.

Tabela 2 - Especificações Técnicas CAP - Classificação por penetração. Fonte: ANP (2005)

IV) Escolha das temperaturas de mistura e de compactação, a partir da

curva viscosidade-temperatura do ligante escolhido.

Os agregados após pesados foram aquecidos por meio de uma estufa

conforme determina a norma técnica e foi adicionado o ligante. Nesta etapa foi

realizada a adição do polietileno tereftalato (PET), em que o aquecimento da

mistura foi realizado com a utilização de um fogareiro para mistura dos

agregados com o ligante (CAP) e o PET realizada na Minerasul. Nesta

metodologia o PET não atingiu seu ponto de fusão, em que o CAP tem ponto de

fusão em torno de 150-170ºC e o PET possui ponto de fusão entre 250-260ºC

onde pode-se ver o PET triturado junto a mistura.

O polietileno tereftalato (PET) utilizado para o estudo foi cedido pela

empresa de gerenciamento de resíduos sólidos Marca Ambiental LTDA, em que

o material já estava triturado (Figura 3).

Figura 3 – Polietileno tereftalato (PET) triturado.

V) Adoção de teores de asfalto para os diferentes grupos de Corpos de

Prova (CPs) a serem moldados.

Foram testadas três diferentes concentrações de PET na mistura asfálticas:

i) 1; ii) 2; e iii) 5%. Foram geradas três repetições (CPs) para cada % de PET

adicionada na mistura asfáltica (Tabela 3), além do CP sem adição de Pet

utilizado como testemunha.

Tabela 3 – Proporções de PET utilizadas na mistura.

Massa CBUQ (agregados + CAP)

% PET Massa PET (g) Massa total da

mistura (g)

1188 1% 12 1200

1176 2% 24 1200

1140 5% 60 1200

1200 0% - 1200

VI) Medição dos corpos de prova

Após o resfriamento e desmoldagem dos CPs, obtêm-se as suas dimensões.

Determinam-se para cada CP a sua massa seca, massa submersa e massa

úmida para o cálculo do Gmb (massa específica aparente), e, usualmente,

compara-se com a Densidade Máxima Teórica (DMT).

VII) Determinação da Estabilidade e Fluência

A Estabilidade é a carga máxima que o CP resiste antes da ruptura. A

Fluência é o deslocamento na vertical apresentado pelo CP correspondente à

aplicação de carga máxima. Para a determinação da Estabilidade e Fluência os

CPs foram mergulhados em banho maria a 60ºC durante 40 minutos e levados

submetidos a carga de ruptura pela prensa Marsall.

Nessa etapa utilizou-se a Prensa Marshall com sensor de carga (anel

dinamométrico ou célula de carga) e sensor de deformação (extensômetro

analógico ou digital com sensibilidade de 0,001mm) permitindo o registro

completo e permanente durante a fase do ensaio. O acionamento mecânico é

através de motor elétrico, que caracteriza e assegura uma velocidade constante

da deformação conforme preconiza o ensaio. O retorno do pistão é por inversão

de acionamento elétrico com parada através de interruptor de fim de curso. A

capacidade do equipamento é de 4.000 kgf.

RESULTADOS E DISCUSSÃO

Na tabela 4 consta o estudo de vazios, utilizado para se conhecer as

massas de PET a ser dispersa no betume e adicionada aos agregados sólidos.

Foram realizados estudos em três repetições nos traços dos corpos de prova,

podendo ser determinados as média de vazios, para formulação, com vistas a

determinar o porcentual de vazios para cada traço, para que fosse estudado e

discutido o quanto de PET, funcionará como ligante junto ao CAP, da mistura

asfáltica para se ter as propriedades desejadas.

Tabela 4 - Estudo de Vazios

Traço 1

Amostra Volume agregados Querosene (Vazios) Média Vazios

1 530 133,5

144,67 2 550 151

3 530 149,5

Traço 2

4 550 151,5

150,17 5 550 150

6 560 149

Traço 3

7 360 155

151,83 8 340 149,5

9 340 151

Na tabela 4 são apresentados os resultados dos estudos das massas

específicas dos componentes utilizados para a construção dos traços.

Tabela 4 – Densidade real dos componentes do CBUQ

Pó de pedra Brita 1 Brita 0 CAP

2,697 2,674 2,671 1,007

Na tabela 5 são apresentados os resultados os estudos de granulometria.

Na figura é apresentado a curva granulométrica.

Tabela 5 – Estudo da granulometria

Análise Granulométrica da Mistura DNER-ME 035/95

Peso da Amostra (g) 1007,8 Especificações

Descrição (Pol) (mm) Retido (g) % Retido % Acum. % Pass. Faixa "C" -

DNIT

0 100 100

0 100 100

PENEIRA 3/4'' 19,1 0 100 100

PENEIRA 1/2'' 12,7 62,7 6,22 6,22 93,78 80 100

PENEIRA 3/8" 9,52 127,8 12,68 18,90 81,10 70 90

PENEIRA Nº 4 4,76 253,4 25,14 44,05 55,95 44 72

PENEIRA Nº 10 2 141,7 14,06 58,11 41,89 22 50

PENEIRA Nº 40 0,42 212,2 21,06 79,16 20,84 8 26

PENEIRA Nº 80 0,177 117,8 11,69 90,85 9,15 4 16

PENEIRA Nº 200 0,074 54,2 5,38 96,23 3,77 2 10

FUNDO 38 3,77 100

Figura 4 – Análise granulométrica.

3/4

"

1/2

"

3/8

"

nº 4

nº 1

0

nº 4

0

nº 8

0

nº 2

00

19,1

12,7

9,5

2

4,7

6

2,0

0

0,4

2

0,1

77

0,0

74

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

1000

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

Porc

. re

tida (

%)

Peneiras (mm)

Porc

. Pass

ando (

%)

Peneiras (pol)

Faixa "B"- DNIT

Faixa de Trabalho

Granulometria

Na tabela 6 é apresentada a composição dos agregados e do CAP

utilizados para a definição da composição dos agregados utilizados para a

confecção dos corpos de prova.

Tabela 5 – Composição dos agregados e de CAP nos corpos de prova.

Material % do traço Dens. Real * %

Traço Densidade do agregado

Pó de pedra 47,5 128,1075 254,98

Brita 0 47,5 126,8725

Brita 1 0 0 -

Filler 0 0

Teor de CAP 30-45 5,0

Na tabela 6 são apresentadas as dimensões dos CPs produzidos.

Tabela 6 – Dimensões dos corpos de prova

% PET Repetição Altura (cm) Diâmetro (cm)

1% 1 10 6,8

1% 2 10,1 6,9

1% 3 10,1 6,75

2% 1 10,1 6,9

2% 2 10,1 6,8

2% 3 10 7

5% 1 10,1 7,4

5% 2 10,1 7,5

5% 3 10,1 7,5

0% 1 10,1 7

0% 2 10 7,1

0% 3 10 6,9

Os resultados dos testes de Resistencia e Fluência são apresentados na

tabela 7, para cada proporção de PET na mistura e para o Corpo de prova sem

a adição de PET.

Tabela 7 – Resultados para inserção de 1, 2 e 5% de PET.

Percentagem de PET

Parâmetros Repetições

Média 1 2 3

1%

Densidade aparente

Peso ao ar 1.194,30 1.197,70 1.190,70

Peso imerso 667,6 669 659,9

Volume 526,7 528,7 530,8

Densidade 2,268 2,265 2,243 2,259

Densidade teórica 2,434 2,434 2,434

Vazios

% de vazios 6,8 6,9 7,8 7,2

% V.C.B. 12,4 12,4 12,3

% V.A.M. 19,2 19,3 20,1 19,5

% R.B.V. 64,4 64,1 61 63,1

Estabilidade

Leitura 1.200 1.280 1.280

Fat. anel/prensa 1,137 1,137 1,137

Estabilidade 1.364 1.455 1.455

Fat. de correção 0,96 0,96 0,96

Estab. corrigida 1.310 1.397 1.397 1.368

Fluência Leitura 5 5,5 5

Fluência 4 4,4 4 4,1

Betume Teor de betume 5 5 5

Dens. betume 1,007 1,007 1,007

Agregados Dens. Agregados 2,55 2,55 2,55

2%

Densidade aparente

Peso ao ar 1.198,00 1.195,90 1.195,70

Peso imerso 648,5 649,1 650,5

Volume 549,5 546,8 545,2

Densidade 2,18 2,187 2,193 2,187


Vazios

% de vazios 10,4 10,2 9,9 10,2

% V.C.B. 11,9 11,9 12

% V.A.M. 22,3 22,1 21,9 22,1

% R.B.V. 53,3 54,1 54,7 54

Estabilidade

Leitura 1.198 1.196 1.196

Fat. anel/prensa 1,137 1,137 1,137



Estab. corrigida 1.212 1.210 1.210 1.211

Fluência Leitura

Fluência


Dens. betume 1,007 1,007 1,007


5% Peso ao ar 1.192,30 1.193,20 1.190,60

Percentagem de PET

Parâmetros Repetições

Média 1 2 3

Densidade

aparente

Peso imerso 618,1 618,1 603

Volume 574,2 575,1 587,6

Densidade 2,076 2,075 2,026 2,059


Vazios

% de vazios 14,7 14,8 16,8 15,4

% V.C.B. 11,3 11,3 11,1

% V.A.M. 26 26,1 27,8 26,7

% R.B.V. 43,6 43,4 39,8 42,3

Estabilidade

Leitura 1.210 1.090 1.075

Fat. anel/prensa 1,137 1,137 1,137


Fat. de correção FALSO FALSO FALSO

Estab. corrigida




Dens. Betume 1,007 1,007 1,007


Sem PET

Densidade aparente

Peso ao ar 1.182,20 1.178,70 1.185,90

Peso imerso 674,7 673,6 681

Volume 507,5 505,1 504,9

Densidade 2,329 2,334 2,349 2,337


Vazios

% de vazios 4,3 4,1 3,5 4

% V.C.B. 12,7 12,7 12,8

% V.A.M. 17 16,9 16,3 16,7

% R.B.V. 74,7 75,5 78,5 76,3

Estabilidade

Leitura 1.100 750 810

Fat. anel/prensa 1,137 1,137 1,137



Estab. corrigida 1.248 1.144 1.144 1.179




Dens. Betume 1,007 1,007 1,007


CONSIDERAÇÕES FINAIS

Esta pesquisa objetivou avaliar o comportamento mecânico de misturas

asfálticas do tipo CBUQ com a adição de PET preto triturado. Baseado nos

resultados dos ensaios apresentados e analisados, pode-se concluir que:

• Nos ensaios de estabilidade, observou-se que todas as misturas com a

adição de 1, 2 e 5% de PET se mostraram satisfatórias com relação a

resistência mecânica, atendendo as especificações contidas nas normas;

• Em relação aos parâmetros volumétricos, todas as misturas

demonstraram ser insatisfatórias com a norma vigente, uma vez que em

todas as adições a % de vazios e a % R.B.V apresentaram valores

inferiores aos estabelecidos.

Desta forma, alguns assuntos podem ser melhor estudados para melhorar

o entendimento do material, e sanar os gargalos apresentados nos

parâmetros volumétricos visando estabelecer uma melhor destinação a este

material (PET). Para tal, fica como sugestões para trabalhos futuros:

• A realização de uma análise reológica do PET para melhor compreensão

do seu comportamento após o aquecimento junto ao ligante asfáltico, uma

vez que eles possuem grande diferença em seus pontos de fusão – onde

a metodologia a ser executada deveria ser mais assertiva;

• Aplicação da metodologia Superpave para a dosagem da mistura e

compactação dos corpos de prova, afim de obter resultados mais

satisfatórios;

• Utilização de outros teores de PET.

REFERÊNCIAS

ARAO, Mieka. Avaliação do Comportamento Mecânico de Misturas Asfálticas com a Inserção de Polietileno Tereftalato (PET) Triturado. Pontifícia Universidade Católica, Rio de Janeiro, ago. 2016. BERNUCCI, L. B.; MOTTA, L. M. G.; CERATTI, J. A. P. Pavimentação Asfáltica: Formação Básica para Engenheiros, 1ª Edição PETROBRAS/ABEDA, Rio de Janeiro, RJ, Brasil, 2008.

DEPARTAMENTO NACIONAL DE ESTRADAS DE RODAGEM. ME-043/1995 – Misturas betuminosas a quente – Ensaio Marshall. WHITEOAK, D., 1990, SHELL Bitumen Handbook. SHELL, Inglaterra. UNIÃO SOCIAL CAMILIANA. Manual de orientações para trabalhos acadêmicos. 3. ed. rev. amp. São Paulo: Centro Universitário São Camilo, 2012.

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