UNIVERSIDADE FEDERAL DO AMAZONAS
PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM CIÊNCIA E ENGENHARIA DE
MATERIAIS
MISTURAS DO TIPO STONE MATRIX ASPHALT (SMA) COM AGREGADOS
ALTERNATIVOS, FIBRA DO CURAUÁ E NANOMATERIAL.
CLÁUDIA ÁVILA BARBOSA
MANAUS
2016
CLÁUDIA ÁVILA BARBOSA
MISTURAS DO TIPO STONE MATRIX ASPHALT (SMA) COM AGREGADOS
ALTERNATIVOS, FIBRA DO CURAUÁ E NANOMATERIAL
Dissertação apresentada ao Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais, como requisito parcial para obtenção do Título de Mestre em Ciência e Engenharia de Materiais.
.
Orientadora: Prof.ª Dra. Consuelo Alves da Frota
MANAUS
2016
CLÁUDIA ÁVILA BARBOSA
MISTURAS DO TIPO STONE MATRIX ASPHALT (SMA) COM AGREGADOS
ALTERNATIVOS, FIBRA DO CURAUÁ E NANOMATERIAL.
Dissertação apresentada ao Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais, como requisito parcial para obtenção do Título de Mestre em Ciência e Engenharia de Materiais.
Aprovada em: ___/___/___
BANCA EXAMINADORA
______________________________________________
Prof.ª Dra. Consuelo Alves da Frota, Presidente.
Universidade Federal do Amazonas
______________________________________________
Prof. ª Dra. Daniela Menegon Trichês, Membro interno.
Universidade Federal do Amazonas
_____________________________________________
Prof. Dr. Benedito José Imbiriba Carneiro, Membro externo.
DEDICATÓRIA
Dedico este trabalho aos meus pais, Eliezer e Maria
de Lourdes, meu marido, Ernani, e meus filhos João
Paulo e Maria Cláudia pelos incentivos constantes e
amor incondicional.
AGRADECIMENTOS
DEUS acima de tudo e de todos, que me proporcionou conviver durante meu
mestrado com pessoas que me ensinaram, ajudaram muito e me fizeram retornar ao
ambiente acadêmico, entre elas, minha eterna orientadora Profª. Drª. Consuelo
Alves da Frota, que já durante a minha graduação na UFAM, me fez despertar o
interesse pela área de Geotecnia.
Ernani, meu marido, pelas muitas vezes que fez o papel de motorista e carregador
para aquisição de materiais da pesquisa; ajudante de pedreiro, encanador e
eletricista nas horas em que os equipamentos se “cansavam” e deixavam de
funcionar; cozinheiro ao preparar minha comida e levá-la aos domingos ao
laboratório de asfalto, pois sem a sua ajuda e a união de esforços para resolver os
constantes problemas que apareceram durante esse longo período de estudo, não
conseguiríamos finalizar os trabalhos.
Uma infinidade de amigos que conheci e, voluntariamente, se dispuseram a me
ensinar como operar os equipamentos e softwares dos laboratórios, sacrificando
sábados, domingos e feriados, além dos horários de almoço, entre eles destaco com
muita gratidão: Patrícia de Magalhães Aragão Valença, José Costa Feitoza,
Cleudinei Lopes da Silva e Antônio Cleiton Lopes da Silva assim como o aluno
Jander Joia de Figueirêdo Costa Júnior, sem esquecer todos os demais integrantes
do grupo de Geotecnia da UFAM, entre professores, alunos, funcionários,
colaboradores e terceirizados que não citarei, nominalmente, para não correr o risco
de ser injusta, mas desde já agradeço.
Sinceros e eternos aos meus pais, filhos, irmãos, cunhados, familiares e amigos que
me incentivaram, ajudaram e me aturaram em períodos de grandes dificuldades que
enfrentei para conciliar as atividades do mestrado com as da empresa que trabalho
(CIAMA), que também deixo aqui meu agradecimento.
“Aprendi o silêncio com os faladores, a tolerância
com os intolerantes, a bondade com os maldosos; e,
por estranho que pareça, sou grato a todos esses
professores”.
Khalil Gibran.
RESUMO
Analisou-se o comportamento mecânico de misturas asfálticas do tipo Stone Matrix
Asphalt (SMA). Participaram dessa composição os seguintes materiais alternativos:
Agregado Sinterizado de Argila Calcinada (ASAC) e Resíduo de Construção (RCD)
(ambos na função de agregado graúdo), subprodutos cerâmicos, em escala
nanométrica, e resíduos oriundos da fibra do Curauá. Caracterizaram-se tais
materiais, bem como a areia (agregado miúdo), cimento Portland (fíler) e o cimento
asfáltico de petróleo. A dosagem seguiu a metodologia SUPERPAVE e NAPA. As
misturas asfálticas se diferenciaram, sobretudo, pela inclusão do resíduo cerâmico
em escala nanométrica. Determinou-se o desempenho mecânico dessas misturas
asfálticas (SMA-RCD, SMA-RCDn e SMA-ASAC), segundo os ensaios de
Resistência à Tração (RT) por compressão diametral, Módulo de Resiliência (MR) e
Módulo Dinâmico (MD). Os resultados indicaram que, particularmente em altas
temperaturas, as composições com agregado sinterizado de argila calcinada
apresentaram, em geral, melhor desempenho quanto à RT e ao MR. Na temperatura
de 40ºC, independentemente da frequência, o Módulo Dinâmico apresentou maiores
valores para as misturas com resíduo da construção civil, relativo às formulações
com o agregado de argila.
ABSTRACT
The mechanical behavior of asphalt mixtures of the Stone Matrix Asphalt (SMA) type
was analyzed. The following alternative materials were used: Sintered Calcined Clay
(SACC) and construction residues (both with coarse aggregate function), ceramic by-
products on a nanometric scale, and residues from the Curauá fiber. Such materials
were characterized, in addition to sand (small aggregate), Portland cement (filler) and
petroleum asphalt cement. It was used the SUPERPAVE and NAPA methods for
mixtures doses. The asphalt mixtures were differentiated mainly by the inclusion of
ceramic residue or exclusion at the nanoscale. The results indicated that, particularly
at high temperatures, the compositions with sintered aggregate of calcined clay
generally showed better performance with respect to Tensile Strength (TS) and
Resilient Modulus (RM). For temperature of 40ºC, regardless of the frequency, the
Dynamic Modulus (DM) presented higher values for the mixtures with construction
residue, relative to the formulations with the clay aggregate.
LISTA DE FIGURAS
Figura 1: Rodovia AM-010: (a) Itacoatiara; (b) Beruri – BR-174 e BR-319. .............. 21
Figura 2: Defeitos nas vias em Manaus (AM). .......................................................... 22
Figura 3: Autódromo Interlargos, em São Paulo-SP, Brasil. ..................................... 30
Figura 4: Via Anchieta (curva da onça) em São Paulo – SP..................................... 31
Figura 5: Plantio do Curauá I. .................................................................................. 36
Figura 6: Plantio do Curauá II. ................................................................................. 36
Figura 7: Tipos de Compactadores. ......................................................................... 41
Figura 8: Curva granulométrica com PC e ZR. ......................................................... 43
Figura 9: Ensaio de compressão diametral de corpo-de-prova cilíndrico ................. 46
Figura 10: Componentes do Módulo Complexo. ...................................................... 49
Figura 11: Pulsos senoidais de tensão e deformação. ............................................. 51
Figura 12: Planta da cidade de Manaus (1852) ........................................................ 53
Figura 13: Planta da cidade de Manaus. .................................................................. 54
Figura 14: Rochas da Rodovia BR-174. ................................................................... 55
Figura 15: Frente de lavra da “Pedreira do Silvino”, km 150 da BR-174. .................. 55
Figura 16: Britador na “Pedreira do Silvino”. ............................................................ 56
Figura 17: Lavra para obtenção de brita, rochas do Completo Jauaperi, BR-174..... 56
Figura 18: Grupo Iricoumé, Formação Prosperança, BR-174 ................................... 57
Figura 19: Pedreira desativada no batólito granítico Abonari. .................................. 57
Figura 20: Pedreira Manaus. .................................................................................... 58
Figura 21: Fluxograma da Metodologia .................................................................... 61
Figura 22: ASAC após britagem industrial. ............................................................... 64
Figura 23 - Equipamento: (a) tambor rotativo; (b) esferas e (c) contador de rotações.
................................................................................................................................. 66
Figura 24: Resíduo cerâmico em diversas granulometrias. ...................................... 69
Figura 25: Etapas da moagem ................................................................................. 70
Figura 26: (a) Fibra do Curauá fornecida pelo Centro de Biotecnologia da Amazônia
(CBA), e (b) Resíduos da fibra cortado. ................................................................... 71
Figura 27: Preparação dos CP para SMA-ASAC. .................................................... 75
Figura 28: Preparação dos CP - SMA-RCDn ........................................................... 78
Figura 29: Fluxograma do ensaio de escorrimento. ................................................. 80
Figura 30: Fluxograma do programa de ensaios mecânicos .................................... 82
Figura 31: Etapas do ensaio de Resistência à Tração. ............................................ 83
Figura 32: Protocolos: (a) ASTM D4123 e AASHTO TP 31-96 e (b) fluxograma
adotado. ................................................................................................................... 84
Figura 33: Software UTS003 2.00b: (a) entrada de dados, (b) definição do Protocolo.
................................................................................................................................. 85
Figura 34: Software UTS003 2.00b, ajuste dos LVDT´s. .......................................... 86
Figura 35: Ensaio de Módulo de Resiliência: (a) Vista Geral e (b) detalhe do corpo de
Prova no Ensaio ....................................................................................................... 86
Figura 36: Fluxograma do Ensaio de Módulo Dinâmico. .......................................... 87
Figura 37: UTM100 e componentes integrados. ....................................................... 88
Figura 38: Fixação dos pinos sextavados no CP para posterior enxaixe dos suportes
dos LVDT’s. ............................................................................................................. 90
Figura 39: Software utilizado e respectivas frequências. .......................................... 91
Figura 40: Ensaio: (a) controle dos transducer levels; (b) CP com LVDT’s e CP
modelo. .................................................................................................................... 91
Figura 41: Curvas granulométricas dos agregados. ................................................. 95
Figura 42: Difratograma do Resíduo. .................................................................... 100
Figura 43: Curva granulométrica da Mistura SMA-ASAC ....................................... 102
Figura 44: Curva granulométrica das misturas com RCD ....................................... 103
Figura 45: Resistência à Tração, SMA- RCD. ........................................................ 106
Figura 46: Resistência à Tração, SMA-RCDn. ....................................................... 106
Figura 47 : Resistência à Tração, misturas SMA-RCDn e SMA-RCD, valor
recomendado pela EAPA (1998) e composições de SANTOS et al. (2015). .......... 107
Figura 48: Resistência à Tração, ASAC. ................................................................ 108
Figura 49: Resistência à Tração das composições estudadas. .............................. 109
Figura 50: Módulo de Resiliência do ASAC ........................................................... 110
Figura 51: Módulo de Resiliência do RCD .............................................................. 110
Figura 52: Módulo de Resiliência do RCD .............................................................. 111
Figura 53: Módulo de Resiliência das misturas SMA-ASAC, SMA-RCD e SMA-RCDn
a 25°C e 40°C ........................................................................................................ 112
Figura 54: Módulo de Resiliência x Temperatura das misturas (5% da RT) ........... 113
Figura 55: Módulo de Resiliência x Temperatura das misturas (30% da RT) ......... 113
Figura 56: Módulo Dinâmico, mistura SMA-ASAC. ................................................ 114
Figura 57: Módulo Dinâmico x frequência, mistura SMA-ASAC. ............................ 115
Figura 58: Ângulos de fase x frequência, mistura SMA-ASAC. .............................. 115
Figura 59: Curva mestra para o Módulo Dinâmico, mistura SMA-ASAC. ............... 116
Figura 60: Módulo Dinâmico, mistura SMA-RCD. .................................................. 118
Figura 61: Módulo Dinâmico x frequência, mistura SMA- RCD. ............................. 118
Figura 62: Ângulos de fase x frequência, mistura SMA-RCD. ................................ 119
Figura 63: Curva mestra para o módulo dinâmico, mistura SMA-RCD. .................. 119
Figura 64: Módulo Dinâmico, mistura SMA-RCDn. ................................................ 121
Figura 65: Módulo Dinâmico, mistura SMA-RCDn. ................................................ 121
Figura 66: Ângulos de fase x frequência, mistura SMA-RCDn. .............................. 122
Figura 67: Curva mestra para o módulo dinâmico, mistura SMA-RCDn. ................ 122
Figura 68: Conjunto das curvas mestras, misturas estudadas. .............................. 125
LISTA DE TABELAS
Tabela 1 Área territorial e extensão das rodovias do Brasil e por Região
Geográfica ..............................................................................
19
Tabela 2 Extensão da malha rodoviária federal pavimentada por região –
Brasil / 2005 e 2015 ....................................................................
20
Tabela 3 Classificação por rodovia pesquisada – Amazonas . .................. 20
Tabela 4 Revestimentos asfálticos delgados ............................................. 27
Tabela 5 Resumo dos principais projetos com SMA no Brasil .................. 32
Tabela 6 Recomendações finlandesas para adição de fibras em SMA .... 34
Tabela 7 Faixas granulométricas para misturas do tipo SMA .................... 71
Tabela 8
Pontos de controle e zona de restrição de acordo com o
Tamanho Máximo do Agregado (SUPERPAVE) .........................
73
Tabela 9 Número de giros x tráfego .......................................................... 73
Tabela 10 Especificações da mistura SMA com uso do CGS ...................... 76
Tabela 11 Definição da Fração Graúda do Agregado em relação ao Peso
Total da Mistura (PCA). .................................................................
77
Tabela 12 Caracterização do ligante asfáltico ............................................. 94
Tabela 13 Viscosidades e parâmetros, após envelhecimento do ligante asfáltico. .......................................................................................
94
Tabela 14 Distribuição granulométrica dos agregados ................................. 96
Tabela 15 Características dos agregados .................................................... 97
Tabela 16 Características dos agregados graúdos, abrasão Los Angeles .. 98
Tabela 17 Densidade de fibras .................................................................... 99
Tabela 18 Análise química do material ....................................................... 100
Tabela 19 Distribuição granulométrica da mistura com ASAC ..................... 101
Tabela 20 Distribuição granulométrica da mistura com RCD ....................... 102
Tabela 21 Teor de ligante e parâmetros volumétricos da mistura SMA-
ASAC ...........................................................................................
104
Tabela 22 Fator de translação horizontal, módulo dinâmico, mistura SMA-
ASAC ...........................................................................................
117
Tabela 23 Fator de translação horizontal, módulo dinâmico, mistura SMA-
RCD ............................................................................................
120
Tabela 24 Fator de translação horizontal, módulo dinâmico, mistura SMA-
RCDn ...........................................................................................
123
Tabela 25 Conjunto dos Módulos dinâmicos, misturas estudadas .............. 124
SUMÁRIO
INTRODUÇÃO ................................................................................
18
1 OBJETIVOS ................................................................................... 24
1.1 OBJETIVO GERAL ........................................................................ 24
1.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS .......................................................... 24
1.3 ORGANIZAÇÃO DA DISSERTAÇÃO ............................................ 25
2
REVISÃO BIBLIOGRÁFICA ...........................................................
26
2.1 PAVIMENTO ................................................................................... 26
2.2 REVESTIMENTO ASFÁLTICO ....................................................... 26
2.2.1 Stone Matrix Asphalt .................................................................... 28
2.3 FIBRAS ........................................................................................... 33
2.3.1 Fibras do Curauá........................................................................... 35
2.4 MATERIAIS ALTERNATIVOS ......................................................... 37
2.5 RESÍDUO CERÂMICO EM ESCALA NANOMÉTRICA .................. 39
2.6 METODOLOGIA SUPERPAVE ...................................................... 40
2.7 COMPORTAMENTO MECÂNICO .................................................. 43
2.7.1 Resistência à Tração .................................................................... 46
2.7.2 Módulo de Resiliência ................................................................... 47
2.7.3 Módulo complexo .......................................................................... 48
2.8 CARACTERÍSTICAS DA REGIÃO ................................................. 52
2.8.1 Características Geotécnicas ........................................................ 54
3
MATERIAIS E MÉTODOS ..............................................................
61
3.1 MATERIAIS ..................................................................................... 62
3.1.1 Cimento Asfáltico de petróleo (CAP 50/70) ................................ 62
3.1.2 Agregados ...................................................................................... 63
3.1.2.1 Agregado Graúdo ............................................................................ 64
3.1.2.1.1 Caracterização do Agregado Sinterizado de Argila Calcinada
(ASAC) ............................................................................................
64
3.1.2.1.2 Caracterização do Resíduo de Construção e Demolição (RCD)... 65
3.1.2.2 Caracterização do agregado miúdo ................................................ 67
3.1.2.3 Caracterização do material de enchimento – cimento Portland .... 68
3.1.3 Material cerâmico em escala nanométrica ............................... 68
3.1.4 Fibra .............................................................................................. 70
3.2 MÉTODOS ..................................................................................... 71
3.2.1 Dosagem Mineral .......................................................................... 72
3.2.2 Determinação do Teor de Projeto ............................................... 73
3.2.3 Dosagem da fibra .......................................................................... 79
3.3 ENSAIOS MECÂNICOS ................................................................. 81
3.3.1 Resistência à Tração .................................................................... 82
3.3.2 Módulo de Resiliência .................................................................. 84
3.3.3 Módulo dinâmico .......................................................................... 87
3.3.3.1 Procedimento – método .................................................................. 89
3.3.3.2 Ensaio ............................................................................................. 90
4
RESULTADOS E ANÁLISES .........................................................
93
4.1 CIMENTO ASFÁLTICO DE PETRÓLEO ........................................ 93
4.2 AGREGADOS ................................................................................. 95
4.3 RESÍDUOS DA FIBRA DO CURAUÁ ............................................. 98
4.4 MATERIAL CERÂMICO EM ESCALA NANOMÉTRICA ................. 99
4.5 DOSAGEM MINERAL E TEOR DE PROJETO .............................. 101
4.5.1 Granulometria mineral
...................................................................
101
4.5.2 Teor de projeto .............................................................................. 103
4.6 ENSAIOS MECÂNICOS .................................................................. 105
4.6.1 Resistência a Tração .......................................................................... 105
4.6.2 Módulo de Resiliência ................................................................... 109
4.6.3 Módulo Dinâmico .................................................................................. 114
CONCLUSÃO .................................................................................
126
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ..............................................
128
LISTA DE ABREVIATURAS
AASHTO - American Association of State Highway and Transportation Officials
AAUQ - Areia asfalto usinada a quente
ABEPA – Associação Brasileira das Empresas Distribuidoras de brita
ABNT - Associação Brasileira de Normas Técnicas
AMP - Asfalto modificado por polímero
ANP - Agência Nacional de Petróleo, Gás Natural e Biocombustíveis
ASTM - American Society for Testing and Materials
BBTM - Beton bitumineux tres mince (Concreto Betuminoso Muito Delgado)
CA - Concreto asfáltico
CAP - Cimento asfáltico de petróleo
CBA - Centro de Biotecnologia da Amazônia
CBUQ - Concreto betuminoso usinado a quente
CGS - Compactador Giratório Superpave
cm - Centímetros (unidade de dimensão)
CNT - Confederação Nacional de Transportes
CO2 - Gás carbônico
CPA - Camada porosa de atrito
CPRM - Companhia de Pesquisa de Recursos Minerais
D - Diâmetro do Corpo de Prova
Da - Densidade do CAP da amostra
DMM ou Gmm - Densidades máxima medida
DNER - Departamento Nacional de Estradas de Rodagem
DNIT - Departamento Nacional de Infraestrutura de Transportes
DNPM – Departamento Nacional de Produção Mineral
Gmb - Densidades aparentes
Gmb - Massa específica aparente da mistura compactada
Gsa - Densidade real do agregado graúdo
Gsb - Densidade aparente do agregado graúdo
Gsbssd - Densidade aparente na condição superfície saturada do agregado graúdo
h - Média da altura do corpo de prova
km - Quilômetros (unidade de dimensão)
LVDT - Linear variable diferential transducers
mm - Milímetros (unidade de dimensão)
m³ - Metro cúbico (unidade de volume)
MD – Módulo Dinâmico
MPa - Megapascal (unidade de pressão/tensão)
MR - Módulo de Resiliência
N - Tráfego
N des - Número de giros do projeto
NAPA - Nacional Asphalt Pavement Association
P - Carga Aplicada
PA - Pará
PC - Pontos de controle
PR - Paraná
PCA - Fração graúda do agregado em relação ao peso total da mistura
PET - Polietileno teriftalato
RBV - Relação Betume/Vazios
RCD - Resíduo de construção e demolição
RPB - Proporção pó/asfalto
REMAN - Refinaria Isaac Sabbá
RT - Resistência à Tração
s - Segundos
SHRP - Strategic Highway Research Program
SMA - Stone Matrix Asphalt
SNV – Sistema Nacional de Viação
SUPERPAVE - Superior Performing Asphalt Pavement System
TMN - Tamanho Máximo Nominal
UTM 14 - Universal Testing Machine 14kN
UTM 100 - Universal Testing Machine 100kN
v - Coeficiente de Poisson
VAM - Vazios agregado mineral
VCA – VCAMIX – vazios da fração graúda do agregado na mistura compactada, %;
VCADRC – vazios da fração graúda do agregado compactado, em %;
Vv - Volume de Vazios
σr - Resistência à Tração
% a - Teor de CAP da amostra
∆ - Deslocamento medido
°C - graus Celsius
ZR - zona de restrição.
18
INTRODUÇÃO
A utilização de rodovias pavimentadas no Brasil iniciou-se no Império, em
particular no ano de 1861, com a inauguração da primeira estrada de rodagem, que
ligava o Estado do Rio de Janeiro ao de Minas Gerais, denominada Estrada União
Indústria.
Ao final do Estado Novo, adveio o Decreto-Lei n.° 8.463, de 27 de dezembro
de 1945, que reorganizou o Departamento Nacional de Estradas de Rodagem. Criou
o Fundo Rodoviário Nacional e, entre outras providências relacionadas à política
nacional de viação rodoviária, conferiu ao DNER autonomia técnica e financeira,
impulsionando o crescimento da malha rodoviária brasileira, que resultou na
expansão gradativa do modal rodoviário no País.
Na atualidade, segundo dados do Sistema Nacional de Viação (SNV) de
2015, existem 1.720.607 km de rodovias no Brasil (Tabela 1), em relação às quais
66.712 km são federais, que cresceram 14,7% ao longo dos últimos dez anos,
passando de 58,1 mil km, no ano de 2005, até alcançar a supracitada extensão atual
(Tabela 2). A despeito desse aumento da malha rodoviária federal, os modais
brasileiros apresentam fragilidade, posto que apenas 12,39% são pavimentados
(213.229 km), conforme demonstrado nas citadas tabelas.
De fato, a 19.ª edição da “Pesquisa CNT de Rodovias”, do ano de 2015,
levada a efeito pela Confederação Nacional de Transportes (CNT), denota a nítida
vulnerabilidade da malha viária nacional. O estado geral das vias pesquisadas as
classifica como ótimo (12.640 km, correspondente a 12,5%), bom (30.464 km,
relativo a 30,2%), regular (35.105 km, referente a 34,9%), ruim (16.214 km,
respeitante a 16,1%) e péssimo (6.340 km, alusivos a 6,3%).
Concernente ao pavimento dessas vias pesquisadas, estes foram
classificadas como: ótimo (41.960 km - 41,6%), bom (9.906 km - 9,8%), regular
(35.620 km - 35,4%), ruim (10.203 km - 10,1%) e péssimo (3.074 km - 3,1%).
Ao mesmo tempo, a qualidade das estradas pavimentadas, de acordo com o
Índice de Competitividade Global do Fórum Econômico Mundial, divulgado em
setembro de 2015, apresenta as rodovias brasileiras na 121ª posição, em um total
de 140 países analisados. Tal resultado mostra-se abaixo daquele referente às
19
nações como Chile (35.ª), Uruguai (95.ª), Bolívia (109.ª), Peru (111.ª) e Argentina
(108.ª), todos situados na América do Sul.
Por outro lado, a infraestrutura das rodovias brasileiras, considerando o
intervalo de 1 (extremamente subdesenvolvida, entre as piores do mundo) até 7
(extensa e eficiente, dentre as melhores do mundo), no período de 2014 a 2015,
recebeu a preocupante nota igual a 2,7.
À vista dessa conjuntura de comprovada precariedade da infraestrutura do
transporte rodoviário brasileiro, mostram-se indispensáveis intervenções urgentes,
para reverter o atual estado de comprometimento da qualidade da malha rodoviária
brasileira. Portanto, tal estrutura, antiga e com insuficiente manutenção, eleva os
custos logísticos, amplia as desigualdades regionais, potencializa a ocorrência de
acidentes e, com isso, compromete o desempenho de todos os setores econômicos.
Tabela 1
Área territorial e extensão das rodovias brasileiras, por região geográfica.
Região Área Extensão das Rodovias - km
(Km²) Total* Pavimentadas*
Brasil 8.515.767,0 1.720.607 213.229
Norte 3.853.669,8 147.792 21.527
Nordeste 1.554.291,7 445.559 59.310
Sudeste 924.617,0 533.606 64.284
Sul 576.773,4 388.186 37.988
Centro Oeste 1.606.415,2 205.464 30.120
*Somatório das vias Federais, Estaduais e Municipais.
Fonte: Pesquisa CNT de Rodovias 2015.
20
Tabela 2
Extensão da malha rodoviária federal pavimentada por região, 2005 e 2015.
Região
2005 2015 Crescimento
2005 - 2015
%)
Extensão
(km)
Participação
(%)
Extensão
(km)
Participação
(%)
Brasil 58.165 100,0% 66.712 100,0% 14,7%
Norte 6.074 10,5% 8.561 12,80% 40,9%
Nordeste 18.167 31,2% 20.014 30,00% 10,2%
Sudeste 13.728 23,6% 14.665 22,00% 6,8%
Sul 10.586 18,2% 12.006 18,00% 13,4%
Centro-Oeste 9.610 16,5% 11.466 17,20% 19,3%
Fonte: Pesquisa CNT de Rodovias 2015.
No Estado do Amazonas, a mencionada 19.ª edição da “Pesquisa CNT de
Rodovias” examinou 960 km de rodovias federais, tendo classificando-as de acordo
com o estado geral, como: ótimo (80 km - 8,3%), bom (39 km - 4,1%), regular (304
km - 31,7%), ruim (331 km - 34,4%) e péssimo (206 km - 21,5%), coerente com o
cenário deficiente da infraestrutura rodoviária nacional. A Tabela 3 indica a
classificação utilizada pela CNT no tocante às rodovias federais situadas no Estado
do Amazonas.
Tabela 3
Classificação por rodovia pesquisada – Amazonas.
Rodovia Extensão
Pesquisa (km) Geral Pavimento Sinalização Geometria
AM-010 255 Ruim Ruim Ruim Ruim
AMT-174/BR-174 32 Regular Ruim Ruim Regular
BR-174 466 Ruim Ruim Ruim Ruim
BR-230 32 Regular Regular Regular Regular
BR319 405 Regular Regular Ruim Regular
Fonte: Pesquisa CNT de Rodovias 2015.
21
Nesse sentido, a Figura 1 mostra pequenos trechos no Amazonas em que
se visualizam alguns dos principais defeitos encontrados na superfície desses
pavimentos: 88 km (9,2%) com desgastes, 319 km (33,2%) com trincas e remendos,
185 km (19,3%) com afundamento, ondulações e “buracos” e 10 km (1,0%)
destruído.
Figura 1: Rodovia AM-010: (a) Itacoatiara; (b) Beruri – BR-174 e BR-319.
Fonte: Pesquisa CNT de Rodovias 2015.
No tocante à malha viária do Município de Manaus, o Grupo de pesquisa em
Geotecnia da UFAM realizou um trabalho (Cavalcante et al., 2012) no qual expõe os
Índices de Serventia da Capital de regular a ruim e, em consequência, a precária
situação de ruas e avenidas. Com efeito, nesse levantamento observou-se um
significativo número de trincas e “panelas”, remendos e ondulações, além da
ausência de drenagem superficial. Atribuíram esses defeitos à participação do seixo
como agregado graúdo no Concreto Asfáltico (CA) ou à utilização de misturas tipo
Areia Asfalto Usinada a Quente (AAUQ) (Figura 2).
(a) Lat. 03°02’15”S – Long. 58°33’36”E (b) Lat. 04°12’03”S – Long. 60°48’55”E
22
Figura 2: Defeitos nas vias em Manaus (AM).
Fonte: Grupo de Geotecnia/UFAM (Cavalcante et al., 2012).
Nesse contexto, ressalta-se a contribuição aos mencionados problemas à
carência regional de matéria-prima superficial (material pétreo), circunstância a
impor, assim, como alternativa geograficamente mais próxima a Manaus, a aquisição
de brita oriunda do Município de Presidente Figueiredo, localizado ao norte de
Manaus, distando cerca de 110 km, com alto custo de transporte.
Também como alternativa regional tem-se o seixo dos rios amazônicos,
utilizado como agregado graúdo, cuja exploração causa grande impacto ambiental
aos ecossistemas fluviais, uma vez que é obtido por dragagem do leito de rios, além
de serem componentes relativamente escassos no segmento médio do sistema
fluvial Solimões-Amazonas, onde predominam sedimentos finos (SARGES, 2010).
À luz de todo o exposto, depreende-se que, na Região Amazônica, há
imperiosa necessidade de materiais para a construção civil, notadamente material
pétreo, motivo por que se revestem de alta relevância as pesquisas concernentes
23
aos denominados materiais alternativos, a exemplo do estudo em pauta, voltado ao
contexto específico da pavimentação de Manaus.
24
CAPÍTULO 1
1 OBJETIVOS
1.1 OBJETIVO GERAL
Analisar o comportamento mecânico de misturas asfálticas do tipo Stone
Matrix Asphalt (SMA), com a participação de materiais alternativos como o Agregado
Sinterizado de Argila Calcinada (ASAC) e o Resíduo de Construção e Demolição
(RCD), ambos na função de agregado graúdo, bem como os resíduos, cerâmico, em
escala nanométrica, e oriundo da fibra do Curauá.
1.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS
a) Caracterizar fisicamente os materiais participantes (ASAC, RCD, areia,
cimento Portland, resíduo cerâmico e fibra de Curauá).
b) Realizar dosagem das misturas asfálticas pela metodologia Superpave e
NAPA.
c) Determinar o comportamento mecânico da mistura asfáltica SMA (ASAC,
areia, cimento Portland, cimento asfáltico de petróleo (CAP) e fibra de Curauá),
quanto à Resistência à Tração (RT), Módulo de Resiliência (MR) e Módulo Dinâmico
(MD).
d) Determinar o comportamento mecânico da mistura asfáltica SMA com
resíduo de construção (RCD, areia, cimento Portland, fibra de Curauá e cimento
asfáltico de petróleo) no tocante à Resistência à Tração (RT), Módulo de Resiliência
(MR) e Módulo Dinâmico (MD).
e) Determinar o comportamento mecânico da mistura asfáltica SMA com
resíduo da construção (RCD, areia, cimento Portland, fibra de Curauá e cimento
asfresíduo cerâmico na escala nanométrica adicionado ao cimento asfáltico de
petróleo) relativo à Resistência à Tração (RT), Módulo de Resiliência (MR) e Módulo
Dinâmico (MD).
25
f) Comparar o desempenho mecânico da mistura asfáltica SMA com a
participação do material cerâmico em escala nanométrica, respeitante às demais
estudadas.
g) Traçar curvas mestras, a partir dos resultados do ensaio de Módulo
Dinâmico, proporcionando a obtenção de resultados em frequências e temperaturas
normalmente difíceis de serem determinadas experimentalmente.
h) Contribuir com alternativas técnicas e ambientais à pavimentação
regional.
1.3 ORGANIZAÇÃO DA DISSERTAÇÃO
O presente trabalho foi dividido em introdução, capítulos e conclusão,
resumidamente descritos a seguir:
Introdução - Expõe os problemas enfrentados no país e no estado do Amazonas
em relação aos pavimentos, principalmente quanto a carência de matéria-prima e a
busca de materiais alternativos.
Capítulo 1 – Apresenta o objetivo geral da presente dissertação assim como os
objetivos específicos.
Capítulo 2 – Oferece a revisão bibliográfica sobre mistura do tipo Stone Matrix
Asphalt (SMA), apresentando toda a fundamentação teórica para realização dos
trabalhos.
Capítulo 3 – Descreve os materiais e métodos que serão utilizados com
detalhamento dos tipos de procedimentos empregados.
Capítulo 4 – Exibe os resultados e análises de acordo com o preconizado no
capítulo anterior.
Conclusão – Expõe as observações relevantes em função dos resultados
alcançados.
26
CAPÍTULO 2
2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
2.1 PAVIMENTO
No Brasil, os primeiros empreendimentos rodoviários que merecem
destaque datam do Império, a partir da segunda metade do século XIX. No período
colonial as estradas apresentavam aspecto primitivo e, de forma mais adequada,
poderiam ser designadas como trilhas para trânsito de animais. Durante o Império
foram construídas as estradas União e Indústria, ligando Petrópolis a Juiz de Fora,
que apresentava intenso tráfego e um magnífico traçado para a época; Estrêla,
unindo Magé a Petrópolis; Graciosa, entre Paranaguá e Curitiba; e Via Anchieta,
denominada o “caminho do mar”, conectando Santos a São Paulo, sendo
considerada a mais antiga estrada brasileira (FRAENKEL, 1971).
O pavimento é uma estrutura formada por várias camadas, de espessuras
finitas, capazes de resistir aos esforços do tráfego e do meio ambiente. O
desempenho dessa composição está relacionado às propriedades físicas e
mecânicas dessas camadas, que são nomeadas, da fundação à superfície, como:
subleito, sub-base, base e revestimento. Particularmente, esta primeira camada,
também conhecida como camada de rolamento, encontra-se diretamente em contato
com o tráfego. Portanto, tem a função de transmitir os esforços para as camadas
inferiores. Nos pavimentos rígidos, tem-se como ligante o cimento Portland, e nos
pavimentos flexíveis, o asfalto.
2.2 REVESTIMENTO ASFÁLTICO
Neste tipo de composição tem-se uma mistura do material betuminoso com
os agregados (graúdo, miúdo e filer), sendo estes pré-envolvidos ou pré-misturado a
quente ou a frio. Segundo Senço (2008) constituem-se em estruturas deformáveis ao
serem submetidas a esforços de compressão e tração na flexão. De acordo com o
Instituto do Asfalto (2002) os agregados são os responsáveis pela capacidade de
suportar cargas nesses pavimentos, enquanto o ligante, consoante Montanari
27
(2007), oferece resistência à tração, atuando como aglutinante dos agregados e
proporcionando ainda uma parcela de coesão. Alusivo ao material de enchimento
(fíler), este preenche os vazios entre os agregados, alterando também as
propriedades dos ligantes asfálticos, pois age como parte ativa do mástique
(combinação de ligante asfáltico e fíler), conforme Bardini et al. (2010).
Penz (2010) descreve que a camada de revestimento asfáltico tem a função
de resistir aos esforços de tração, compressão, fadiga, além de possuir durabilidade
e flexibilidade, ser impermeável e melhorar as condições de rolamento. Consoante
Tuchumantel (2008), novas tendências de revestimentos asfálticos de alto
desempenho requerem resistência e durabilidade, conforto e segurança (Tabela 4).
Tabela 4
Revestimentos Asfálticos Delgados
TIPOS DE
MISTURAS
CBUQ
CPA
SMA
BBTM
Agregado graúdo (%) 40 - 60 70 - 80 75 - 80 65 - 75
Agregado miúdo (%) 40 - 60 20 - 30 20 - 25 25 - 35
Fíler (%) 5 - 10 3 - 5 9 -13 7 - 10
Ligante (%) 5 - 6 4 - 5 6 - 7 5 - 6
Fibras (%) - - 0,3 - 0,5 -
Tipos de Ligante CAP 50/70 AMP AMP AMP
Vazios (%) 3 - 5 18 - 25 3 - 5 > 4
Macrotextura (Hs) 0,3 - 0,5 > 1,0 0,8 - 1,5 0,8 - 1,2
Fonte: Tutchumantel, 2008
Os pavimentos asfálticos são muito utilizados na construção e recuperação
de vias urbanas, vicinais e rodovias. De acordo com a Associação Brasileira das
Empresas Distribuidoras de Asfalto (ABEDA, 2001), mais de 90% das estradas
pavimentadas nacionais possuem esse tipo de composição. No Brasil, são
comumente executados pela economia no custo da obra e rapidez na execução.
28
2.2.1 Stone Matrix Asphalt
Desenvolvida há mais de 50 anos na Alemanha, sob o nome de
“Splittmastixasphalt”, esta mistura asfáltica de granulometria descontínua é
atualmente conhecida na literatura pela sigla SMA. Consoante Blazejowski (2010), a
tendência inicial era utilizar um concreto asfáltico (CA) com baixo teor de agregados
graúdos e maior quantidade de finos (Mastic Asphalt). Entretanto, este tipo de
revestimento apresentava desgaste acelerado em função do uso de pneus com
pregos, para evitar a derrapagem no rigoroso inverno europeu, não fornecendo
durabilidade adequada. Em complemento, Zichner (1972, apud BLAZEJOWSKI,
2010) cita que as misturas elaboradas em 1968 foram nomeadas de MASTIMAC (2
a 3 cm de espessura) e MASTIPHALT (espessuras maiores de 3 cm).
Segundo Brown (1997), após a proibição do uso de pneus com prego
reduziu-se o uso do SMA em função do alto custo. Somente na década de 80
voltaram a ser usadas para sanar problemas de deformação permanente devido à
alta pressão dos pneus, às cargas e ao elevado volume do tráfego. Caso da Suécia
com resultados satisfatórios.
As primeiras especificações referentes a tais composições foram publicadas
no ano de 1984 (HORST, 2000). Em 1990 a American Association of State Highway
and Transportation Officials (AASHTO), a National Asphalt Pavement Association
(NAPA), e a Federal Highway Administration (FHWA), entre outras, formaram uma
comissão para realizar uma visita de estudo ao continente europeu (European
Asphalt Study Tour). Tinham como objetivo aprender técnicas de construção e
manutenção de pavimentos, segundo a concepção europeia; além da transferência
de tecnologia acerca de tipos de capas de rolamento que pudessem propiciar
aumento da vida útil, com redução da incidência dos defeitos mais comuns dos
pavimentos (fadiga, deformação permanente).
A partir dessa inspeção as misturas SMA foram incorporadas pelos norte-
americanos como uma das tecnologias mais promissoras, sendo introduzida no
Canadá (1990) e Estados Unidos (1991). A primeira publicação norte-americana
para a produção e aplicação de mistura SMA ocorreu em 1994, (NAPA, 2002).
Em 1996, Roberts et al afirmaram que a grande diferença do
comportamento, quanto à deformação permanente, entre o SMA e o CBUQ (CA),
29
residia no fato de os agregados graúdos serem os responsáveis pela resistência na
mistura com matriz pétrea, enquanto no outro revestimento eram os agregados
miúdos.
Consoante Campbell (1999), na Suécia construíram-se trechos
experimentais a partir de 1974, e a partir de 1988 tem sido o revestimento padrão
nas suas principais rodovias. Na Dinamarca as misturas SMA têm sido empregadas,
iniciando em 1982 para estradas com alto volume de tráfego. Na Alemanha, até o
ano 2001, mais de 200 milhões de metros quadrados de SMA foram aplicados nas
estradas, segundo relatório da EAPA (2001). De Acordo com AMIRUDDIN (2010), a
mistura SMA é o revestimento padrão nas rodovias alemãs.
Pela análise de Reis et al.(2001), essa composição foi idealizada para
aumentar o contato entre os agregados graúdos e melhorar a interação grão/grão.
Caracteriza-se por conter elevada porcentagem de agregados graúdos (70 a 80%
retido na peneira nº10) e, consequentemente, um grande volume de vazios que são
preenchidos pelo mástique asfáltico.
Segundo Mourão (2003) a mistura asfáltica SMA desenvolveu-se com o
objetivo principal de reduzir o desgaste superficial (ação abrasiva do tráfego),
principalmente pelo polimento dos agregados minerais causados pelo atrito
pneu/revestimento, e as deformações permanentes nos pavimentos asfálticos.
Vasconcelos (2004) explica que o SMA consiste basicamente de duas
frações, uma de agregado graúdo e outra de mastique, esta formada tipicamente por
agregado miúdo, filer mineral, ligante asfáltico e fibra. O seu esqueleto mineral,
composto de agregado graúdo, fornece à mistura um elevado intertravamento entre
os grãos, de forma que a composição ganha em resistência, enquanto o elevado
teor de mastique fornece uma maior durabilidade. O consumo de ligante situa-se
entre 6% a 7%. Após a compactação mostra-se impermeável, com menos de 4% de
volume de vazios, sendo geralmente aplicado em pequenas espessuras entre 1,5 a
7,0 cm, em função da faixa granulométrica.
Na citada mistura adicionam-se fibras, que podem ser de origem orgânica,
inorgânica ou material mineral, para evitar o escorrimento do ligante durante o
processo de construção (produção, transporte e aplicação da mistura). Em geral, sua
inserção na composição não tem influência sobre o desempenho, embora possibilite
um maior teor de ligante gerando uma película espessa ao redor do agregado, que
30
retarda a oxidação, a penetração de umidade e a separação dos agregados. Tais
vantagens auxiliam no acréscimo da resistência ao desgaste do concreto asfáltico
produzido (NEVES et al., 2004).
A composição SMA exibe características próprias que a diferenciam das
misturas convencionais, sendo uma mistura asfáltica a quente, formada basicamente
por dois elementos, quais seja um esqueleto de agregado graúdo e um mástique
rico em ligante. De acordo com Onofre et al. (2008) esse tipo de revestimento
destaca-se pela influência da granulometria graúda na sua capacidade estrutural.
No Brasil, pioneiramente construiu-se com o SMA a pista do autódromo de
Interlagos (Figura 3), em fevereiro de 2000 (BELIGNI apud EL-HAGE, 2012).
Possuía uma espessura de 3 cm e participaram da mistura um asfalto modificado
AMP (6% SBS), fibra de celulose (0,05%) e calcário como filer (VINHA, 2000, apud
MOURÃO, 2003). Igualmente, registra-se em agosto de 2001 um trecho
experimental na Via Anchieta (Figura 4), rodovia que interliga São Paulo a Santos
(REIS, 2002); e no Ceará um trecho da rodovia BR 116, estrada Fortaleza/Pacajus
(SILVA, 2005). Em vias urbanas, a literatura indica os trechos experimentais em
Salvador (ODA et al., 2006). No 6° Encontro Técnico do DER-PR, Tuchumantel
(2008) expôs um resumo dos principais projetos de SMA realizados no país (Tabela
5).
Figura 3: Autódromo Interlargos, em São Paulo-SP, Brasil.
Fonte: El-Hage, 2012.
31
Figura 4: Via Anchieta (curva da onça) em São Paulo – SP.
Fonte: El-Hage, 2012.
32
Tabela 5
Resumo dos principais projetos SMA no Brasil.
Ano Rodovia Localização Observações
2000 Autódromo Interlargos São Paulo
Manutenções 2001 a 2004 e 2007
2001 SP-055: Manuel da Nóbrega, Anchieta, “Curva da Onça”
Região da Baixada Santista (SP)
Concessionária Ecovias
2002 BR-116: Presidente Dutra
Ligação entre o Estado de São Paulo e Rio de Janeiro
2003 SP-308: Rodovia do Açúcar Ligação entre cidade de Itú e Piracicaba (SP)
2004 Corredores de ônibus São Paulo (SP)
2004 Trecho Experimental SMA Salvador (BA)
Sem utilização de fibras
2006 BR-277 Estado do Paraná
Concessionária Ecovia - Mistura SMA TMN 11 mm com AMP Stylink PG 76-22
2006 SP-330: Anhanguera Estado de São Paulo
Mistura SMA TMN 8 mm com AMP Stylink PG 76-22
2006 Anel Rodoviário BH-BR381/BR-262/BR-040
Região Metropolitana de Belo Horizonte-MG
15 km de Pista Dupla
2006 BR-381 Belo Horizonte – Betim (MG)
17 km de Pista Dupla
2007 BR-116 Fortaleza – Paracajus (CE)
27 km de Pista Dupla
2007 SP-330: Anhanguera Estado de São Paulo
Concessionária Intervias e Autovias
2007 SP-326: Brigadeiro Faria Lima Estado de São Paulo Concessionária Tebe
2007 SP-310: Washington Luiz Estado de São Paulo Concessionária Centrovias
2007 BR-277 Estado do Paraná Concessionária Ecovia
Fonte: Tuchumantel (2008).
33
Segundo Ramos (2012), a mistura tipo Stone Matrix Asphalt (SMA) quando
empregada em pavimentos aeroportuários possui propriedades superiores aos
concretos asfálticos convencionais. Construída no aeroporto da Grande Natal/RN,
atendeu as recomendações internacionais e revelou características satisfatórias de
atrito, bom desempenho estrutural e elevada vida de serviço.
2.3 FIBRAS
O uso de fibras (naturais ou sintéticas) como melhoradores de estruturas
têm-se registros do Sisal e da Malva em argamassas cimentícias (VENTURA et al.,
2006; MARTINS NETO, 2010; PERES, 2011). No Brasil, encontram-se estudos da
sua incorporação ao solo (MACHADO et al., 1998), no concreto asfáltico (HOMEM,
2002), ou como elemento do mástique asfáltico em misturas do tipo SMA (VALE,
2007 e OLIVEIRA FILHO, 2007).
O emprego de fibras nas composições SMA impede o escorrimento do
ligante betuminoso, devido ao alto teor de vazios e o pequeno percentual de finos na
composição, assim como contribui na aplicação da mistura em temperaturas
extremas sem perder eficiência ou sofrer degradação (LANCHAS apud OLIVEIRA
FILHO, 2007). Da mesma forma Vale (2007), acrescenta que as fibras no SMA
permitem que o material asfáltico torne-se mais consistente a altas temperaturas,
diminuindo a formação dos afundamentos de trilhas de roda, visto que o cimento
asfáltico participa em porcentagens elevadas, variando de 6,5% a 8,0% em peso.
As fibras utilizadas em composições na Europa e na América do Norte são do
tipo celulose ou minerais, correspondendo a 0,3% e 0,3 a 0,4% em peso do total da
mistura, respectivamente. Do ponto de vista funcional, as fibras de celulose
apresentam vantagens em relação às minerais, por serem totalmente inócuas à
saúde e produzidas a partir de fontes renováveis. Pelas especificações finlandesas
(PANK apud FERREIRA et al. 2004) recomenda-se a adição de diferentes tipos em
misturas asfálticas SMA, como indicado na Tabela 6.
34
Tabela 6
Recomendações finlandesas para adição de fibras em SMA.
Tipo Percentual de fibra na mistura (%)
Fibra de celulose 0,3 - 0,5
Fibra mineral 0,7 - 0,9
Fibra de vidro 0,4 - 0,6
Fonte: Pank, 1995 apud Ferreira et al, 2004.
De acordo com Marinelli et al. (2008), o Projeto Fênix Amazônico realiza
várias pesquisas na área de compósitos poliméricos aproveitando fibras naturais
como modificadores. Tem com ênfase as de origem vegetal, devido a enorme
variedade de plantas lenhosas e fibrosas (65 mil espécies de plantas vasculares na
Amazônia), considerado como fonte de recurso renovável, cuja disponibilidade
poderá ser ilimitada, somada a possibilidade de fonte de renda para a população
rural, além de serem compósitos menos agressivos ao meio ambiente. Destacam-se
como alternativa potencial para a fixação de carbono na natureza, reduzindo
também a emissão de CO2 na atmosfera durante o ciclo de produção,
processamento e utilização.
Em relação à emissão de carbono na atmosfera o trabalho publicado pela
National Cooperative Highway Research Programa (SYNTHESIS 475) sobre aditivo
de fibras em misturas asfálticas, referencia Stempihar et al. (2012), examina a
sustentabilidade da fibra na composição por meio de estimativas das emissões de
CO2, considerando as emissões durante a construção dos pavimentos (com ou sem
fibra). Estimam que o uso de fibras resulta num aumento na vida útil, podendo
também diminuir em 33% as emissões de CO2.
Behbahani et. al (2009) avaliou misturas SMA produzidas com fibras de
celulose confeccionadas no Irã e na Alemanha (celulose-IRI e celulose-GER) e fibras
minerais, variando as percentagens de 0,1 a 0,5% em peso total da mistura. Os
resultados indicaram que as amostras com 0,3% de celulose-GER obtiveram maior
valor de resistência à tração (RT). Entretando, as fibras celulose-IRI e mineral para
alcançarem um adquado valor de RT usaram valor de 0,4%.
35
2.3.1 Fibras do Curauá
O Curauá (Anannas comosus variedade erectifolius) é uma planta da família
das bromeliáceas, nativa da Amazônia, cuja mais importante utilização econômica
atual é pela indústria automobilística, sendo tradicionalmente empregada em
trabalhos artesanais. Ramalho (2005) descreve o Curauá como uma planta que
também cresce em solo arenoso, pouco fértil e chega a atingir 1,5m de altura (Figura
5 e 6), muito usada pelos índios para prender embarcações, fazer redes e
artesanados.
A Superintendência da Zona Franca de Manaus estuda a sua viabilidade
(técnica, socio-conômica e ambiental) objetivando o desenvolvimento de um sistema
de produção, em pequena e média escala, no Estado do Amazonas (Projeto
Curauá). Emprega técnicas que preferencialmente contemplem a extensão/cadeia
do plantio ao beneficiamento. Vislumbra o seu uso final com competitividade nos
diversos segmentos do Polo Industrial de Manaus, baseado nos avanços das
análises pelos diversos institutos de pesquisa locais, nacionais e internacionais.
A demanda nacional dessa fibra vinha sendo atendida pela empresa
PEMATEC Triangel do Brasil, a sua principal compradora, que a destinava à
confecção de peças de revestimento para a indústria automobilística, tais como
Volkswagen, Ford e Honda. Segundo Rocha e Gheler Júnior (2003, apud PEREIRA
et al., 2007), ela mostra grande potencial na indústria automobilística graças a
resistência, maciez e peso reduzido. Além desse setor, divisa-se o seu uso na
indústria têxtil (tecidos finos), colchoaria e construção civil (substituindo amianto em
caixas dágua, telhas, pisos e tecidos anti-chamas).
Uma das relevantes características desse material é apresentar-se como
substituta potencial da fibra de vidro (ERENO, 2004). Ensaios realizados indicaram
as seguintes vantagens: custo x desempenho, densidade mais baixa, menor
abrasividade (aumentando a vida útil dos moldes da injeção plástica), resistência
mecânica, suportar tensões elevadas, etc. Belém (2002, apud CORDEIRO e SILVA,
2008), completa que a fibra do curauá é reciclável e biodegradável.
Segundo Fraxe et al. (2007), tal material pode ser armazenado para
posterior comercialização, favorecendo comunidades distantes de centros
consumidores de produtos agrícolas.
36
Figura 5: Plantio do Curauá I.
Plantio em Dezembro de 2009. Após 06 meses de plantio.
Após 10 meses de plantio. Após 15 meses de plantio.
Fonte: Centro de Biotecnologia da Amazônia (CBA). Figura 6: Plantio do Curauá II.
Fonte: Centro de Biotecnologia da Amazônia (CBA).
37
2.4 MATERIAIS ALTERNATIVOS
A literatura técnica apresenta a busca incessante na Engenharia de
Pavimentos por materiais com o propósito em minimizar a extração de recursos
naturais, a transformação de passivos ambientais em material de construção, e, de
maneira especial, menor gasto com transporte. Também, ressalta-se, cada vez mais,
a crescente preocupação mundial com os impactos ambientais causados pela ação
humana, especialmente, advindas do descarte de resíduos.
Nunes et al. (2006) descrevem importância da reciclagem de resíduos como
medida para a redução da demanda de agregados naturais e dos custos de energia
relacionados a sua extração e transporte, redução dos custos ambientais e
prováveis benefícios comerciais com o uso desses materiais.
Nessa conjuntura observam-se os trabalhos do Grupo de Geotecnia da
UFAM investigando soluções aos típicos problemas regionais, pela substituição do
material pétreo pelos: a) agregados sinterizados de argila calcinada, Frota et al.,
2006a; Frota et al., 2007a; Frota et al., 2007d; Silva et al., 2008a; Silva et al., 2008b;
Melo et al., 2008; Nunes et al., 2009a; Nunes et al., 2009b; Cavalcante et al., 2010;
FERREIRA et al., 2011a; Cavalcante et al., 2011a; Cavacante et al., 2011b;
Cavalcante et al., 2011c; Silva et al., 2011a; Santos, 2007; e Silva et al., 2014; e b)
resíduos de construção e demolição, Frota et al., 2003; Frota et al., 2006b; Frota et
al., 2007b; Frota et al., 2007c; Frota et al., 2007e; Melo, 2009; Ferreira et al., 2011b.;
e Valença, P., 2012.
A geração de resíduos procedentes de várias atividades exercidas pelo
homem e sua consequente disposição, têm se mostrado cada vez mais como um
problema. Por exemplo, o volume de material descartado após a etapa de queima
de material cerâmico (revestimento, telhas, tijolos, etc.) com falhas ou imperfeições
representa uma parcela relevante da produção nacional de revestimentos cerâmicos,
implicando numa enorme quantidade desse subproduto disponibilizado em
depósitos, aterros sem aproveitamento, motivo de grave dano ambiental.
Ainda nesse contexto, Menezes et al. (2002) cita que os resíduos industriais
e urbanos são problemas da sociedade atual. Exemplifica a indústria cerâmica como
uma fonte economicamente viável e ecologicamente correta para reaproveitamento
de descartes dos polos oleiros.
38
Consoante Lima (1991), o estudo da fabricação do tijolo cerâmico, no Acre,
mostrou que o conhecimento da constituição mineralógica de solos e das suas
propriedades pode contribuir para um melhor aproveitamento da matéria prima,
economia de energia, melhor rendimento dos equipamentos e obtenção de tijolos de
melhor qualidade, corroborando para demonstrar a viabilidade de aplicação do tijolo
como componente do revestimento de vias em área residenciais.
De acordo com o Departamento Nacional de Produção Mineral
(DNPM)/Anuário Mineral Brasileiro (2009), os agregados são os materiais de
construção mais utilizados no mundo. Em 16 países europeus é registrado o
consumo médio de 511 toneladas por habitante em todo transcurso da sua vida ou
de 6-10t/habitante/ano. Em São Paulo e Região Metropolitana, as taxas atingem
3,5t/ha/ano e 4,2t/ha/ano, respectivamente. A possibilidade de exploração dos bens
minerais vem declinando em virtude da expansão de áreas urbanas sobre reservas
de boa qualidade (esterilização de jazidas), de problemas de sustentabilidade
ambiental, de zoneamentos restritivos e rivalidade pelo uso econômico do solo,
tornando preocupantes as perspectivas de garantia de suprimento futuro.
Cabral (2005) demonstrou que o concreto asfáltico composto
exclusivamente por agregados de argila calcinada industrial (inclusive como fíler)
apresentou resultados extremamente satisfatórios.
Silva (2014) explica que com uma dosagem adequada, empregando os
resíduos sólidos de construção e demolição proveniente da indústria cerâmica, é
possível produzir misturas estabilizadas e com comportamento mecânico adequado
para o uso em camadas de diferentes tipos de pavimentos viários, segundo as mais
diversas solicitações de tráfego.
Tal realidade motivou a realização de estudos visando à utilização desses
materiais rejeitos cerâmicos e resíduos de construção e demolição, que serão
empregados como agregados graúdos no presente projeto. Em particular, o
subproduto cerâmico foi proveniente do principal Polo Oleiro-Cerâmico do
Amazonas, perfazendo um total de 25 olarias vinculadas à Associação dos
Ceramistas do Estado do Amazonas.
39
2.5 RESÍDUO CERÂMICO EM ESCALA NANOMÉTRICA.
Na busca por melhorias no desempenho das composições asfálticas e com
o advento da nanotecnologia, pesquisadores vem pesquisando a incorporação de
nanomateriais nos ligantes asfálticos. Cita-se, por exemplo, o trabalho de Ouyang et
al. (2005) que analisaram os efeitos causados pela modificação do asfalto, pela
combinação do estireno-butadieno-estireno (SBS) e da caulinita (KC), nas
propriedades mecânicas e estabilidade à estocagem em altas temperaturas.
Adicionou-se modificador SBS/KC em proporções que variaram de 100/0, 100/10,
100/20, 100/30, 100/40, 100/50. Concluíram que o aumento da concentração de KC
em altas temperaturas induziu modificações satisfatórias na estabilidade ao
armazenamento.
Também Polacco et al. (2008) estudaram o efeito da inclusão de nanomaterial
no aglutinante asfáltico. Realizaram os ensaios de Penetração e Ponto de
Amolecimento em um ligante modificado pela montmorilonita BA/20A em diferentes
proporções (2,67%, 5%, 7,5% e 10%). Verificaram que a Penetração foi reduzida em
cerca de 80 % frente ao asfalto puro pela incorporação de 10% desse nanomaterial.
Completaram, ainda, que o Ponto de Amolecimento teve um incremento nas
temperaturas de 21°C e 55°C com a adição de 7,5% e 10% do nanocompósito,
respectivamente.
Ainda nesse contexto, Santos et al. (2015) pesquisaram o comportamento
mecânico do concreto betuminoso usinado a quente (CBUQ) cujo ligante de
referência, CAP 50/70, foi previamente modificado com a montmorilonita (MMT) e a
montmorilonita organofílica (OMMT). Realizaram ensaios de Resistência à Tração
(RT) e Módulo de Resiliência (MR), a 25°C, tendo a participação dos dois tipos de
argila nos teores de 2%, 3% e 4%. Respeitante à RT observaram que as misturas
com a participação do CAP/MMT foram superiores aquelas com a inclusão da
OMMT, excetuando a composição com 4%. Destaca-se, que a adição de 3% de
MMT apresentou o maior valor desse parâmetro dentre todas as misturas estudadas,
mostrando um incremento de 34,4% alusivo à composição com o CAP 50/70, ou
seja, de 1,27 MPa para 1,72 MPa. No que tange ao MR, notou-se que todas as
misturas asfálticas com a inserção dos ligantes modificados obtiveram valores
superiores concernentes a composição referência. Verificaram, também, que as
40
misturas com a inclusão do CAP/OMMT e CAP/MMT acresceram de 59,5% a
166,4% e 69,1% a 188,3% referente ao CAP 50/70, respectivamente.
Consoante Jahromi et al. (2010), misturas asfálticas modificadas com adição
de baixas percentagens de nanoargila (Cloisite-15A e nanofill-15), alteraram as
propriedades reológicas, ou seja, diminuíram a Penetração e a Ductilidade e
aumentou o Ponto de Amolecimento com a idade. Ensaios realizados mostraram
que com incorporação das nanoargilas no cimento asfaltico, acresceu a rigidez e
melhorou a resistência à tração, o módulo de resiliência e a estabilidade Marshall.
No entanto diminuiu o desempenho a fadiga em baixas temperaturas.
2.6 METODOLOGIA SUPERPAVE
Com o intuito de apresentar uma nova metodologia de ensaios mais realista
e que pudesse prever defeitos, como a deformação permanente e as trincas por
fadiga, elaborou-se nos Estados Unidos um amplo projeto denominado Strategic
Highway Research Program (SHRP), com a participação de pesquisadores de
competência reconhecida no meio rodoviário (SHRP, 1994a e 1994b).
O mencionado projeto teve uma duração aproximada de 5 (cinco) anos, e
conclusões importantes foram publicadas sob o nome de SUperior PERforming
Asphalt PAVEments System (SUPERPAVE). Um dos grandes diferenciais desse
estudo, relativo à dosagem tradicional Marshall por impacto, residiu na proposta de
um compactador que reproduzisse melhor a compactação realizada em campo.
A dosagem Marshall, bastante utilizada no Brasil, indica 50 ou 75 golpes em
função da pressão de pneus a ser adotada no projeto (DNER-ME 43/95). Consiste
em confeccionar no laboratório corpos de prova utilizando compactação por impacto,
aplicada com ajuda de um soquete vertical manual ou automático.
No caso da compactação SUPERPAVE, esta emprega uma compactação
por amassamento, e utiliza o Compactador Giratório Superpave (CGS). Esta forma
de densificção, dentre outras vantagens, minimiza a quebra e destruição dos
agregados próximos à superfície do corpo de prova, provocada pelo impacto do
método Marshall. Na figura 7 apresentamos tipos dos compactadores.
41
Figura 7: Tipos de Compactadores.
(a) Marshall automático e (b) Compactador Giratório Superpave da IPC Global
(GEOTEC).
Segundo Harman et al. (2002), Bruce Marshall e Francis Hveem
desenvolveram os métodos de dosagem de misturas asfálticas que prevaleceram à
época da II Guerra Mundial, e, ainda, continuam em uso. Porém, o desenvolvimento
da compactação giratória ocorrida em torno de 1930, deve-se aos engenheiros
Philippi, Raines e Love do Departamento de Transportes de Texas (Estados Unidos).
O primeiro compactador giratório desse estado americano era manual e empregou-
se em pesquisas no período de 1939 a 1946.
Na década de 90 a dosagem SMA realizava-se com o compactador
Marshall, aplicando 50 golpes por face nos corpos de prova. Hoje, além da utilização
da densificação por impacto, têm-se as especificações baseadas no compactador
giratório Superpave (CGS). Porém, registra-se a existência de uma grande variação
de número de giros, recomendado como energia de compactação. Nos trabalhos
para a metodologia Superpave, inúmeros estudos focaram a determinação da
quantidade de giros necessários para uma boa simulação da compactação em
campo. A maioria das tentativas visou buscar esse número equivalente ao
quantitativo Marshall.
(a) (b)
42
Brown e Cooley Jr. (1999) escrevem que, inicialmente, foram comparados
50 golpes do Marshall com 100 giros no SGC. Os resultados apresentaram grande
dispersão, mostrando que em alguns casos havia necessidade de mais de 100 giros
e, em outros, aproximadamente 60 giros para obter a densidade referência.
Verificou-se que parte desta dispersão vinha da diferença entre os valores de
abrasão dos diversos agregados utilizados. Após nova análise dos dados,
concliuiram que 50 golpes do soquete Marshall eram equivalentes ao intervalo de 68
a 82 giros do SGC, quando o abrasão variava de 20% a 40%. Recomendou-se,
então, o uso de 100 e 70 giros para misturas com agregados graúdos com menos de
30% e mais 30% de abrasão, respectivamente.
West & Moore (2006), mencionam as seguintes informações para
compactação de misturas asfálticas: a) Departamento de Transportes da Geórgia, 50
golpes para o compactador Marshall ou CGS, com o fito de evitar ruptura dos
agregados; b) Estado da Virgínia, 75 giros para faixas granulométricas com
Tamanho Máximo Nominal igual a 9,5 mm; c) Estado do Colorado, 50 golpes
Marshall ou 100 giros no CGS; d) Estado do Alabama, 70 giros para composições
SMA, pela sugestão do NCAT; e) especificações da AASHTO, M 325-08, para a
dosagem das misturas tipo SMA, 50 golpes por face no Marshall ou 100 giros no
SUPERPAVE.
A metodologia SUPERPAVE além de utilizar o CGS, com a realização da
compactação por amassamento, estima inicialmente um teor de projeto com a
fixação do volume de vazios da mistura, entre outros parâmetros. Determina também
o enquadramento das curvas granulométricas referentes ao compósito mineral,
segundo pontos de controle (PC) e zona de restrição (ZR) de acordo com o
Tamanho Máximo Nominal (TMN) do agregado. Este definido como o tamanho da
peneira superior a primeira peneira que retém mais de 10% de material. Os pontos
de controle indicam onde a curva precisa passar enquanto a zona de restrição
sugere a região onde ela não deverá cruzar, conforme pode ser visualizado
graficamente na Figura 8.
43
Figura 8: Curva granulométrica com PC e ZR.
2.7 COMPORTAMENTO MECÂNICO
A mistura asfáltica consiste de uma matriz granular unida por um material
betuminoso. Este, de acordo com Theisen (2006), atribui comportamento elástico e
viscoelástico à composição. Igualmente mostra dependência dos outros
componentes da mistura frente às condições de tráfego, clima e temperatura. Assim,
as propriedades das composições betuminosas diferenciam-se pelas relações
tensões x deformações, e respectivos modelos constitutivos usados. Caso da
abordagem elástica no caso do ensaio de Módulo de Resiliência (MR).
Barskdale et al. (1997, apud GIGANTE, 2007) explicam que o efeito das
passagens dos veículos no pavimento são simuladas por cargas, ou seja, o tráfego
induz pulsos de tensões com aplicações repetidas. Estes próximos à superfície
mostram-se de forma senoidal, e ao longo da profundidade na estrutura do
pavimento tende a uma conformação triangular. Deste modo, ao executar em
laboratório, por exemplo, o ensaio de Módulo de Resiliência (MR) com cargas
cíclicas apontam-se semelhanças às distribuições das referidas tensões em campo.
Brito & Graeff (2008) chamam atenção para a conexão dos valores do MR relativo
ao período de condicionamento das amostras no laboratório. Elucidam que este
pode ser pequeno, quando a carga utilizada no experimento corresponde a um baixo
percentual da resistência da mistura.
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
110
0 0,5 1 1,5
% P
assante
(d/D)^0,45
PC mín.
PC máx.
Densidade máxima
ZR
Curva acima da ZR
Curva abaixo daZR
44
Pinto & Preussler (1980, apud MOURÃO, 2003) citam que o Módulo de
Resiliência (MR), sob carregamento de curta duração e baixa tensão, concebe um
comportamento aproximadamente elástico, porém, não necessariamente linear. Asi
(2006) concluiu em seus estudos que os compósitos do tipo SMA mostram
superioridade de desempenho em campo. Ressaltam, ainda, que especialmente em
climas quentes, as propriedades de resiliência proporcionam a essas misturas
vantagens respeitantes aquelas de graduação densa.
Nos trabalhos que abordam o comportamento mecânico, anotam-se os
seguintes resultados, em: a) Suchismita (2009), a RT diminuiu com o aumento da
temperatura no intervalo de 5 a 40 C. Misturas com CAP 60/70 revelaram maior RT
indicativo às composições com CAP 80/100, e composiões com fibra, apresentaram
elevada resistência à tração e módulo de resiliência; b) Gonçalves et al. (1998), o
desempenho de um pavimento pode ser correlacionado às deformações de tração e
de compressão ocorrentes em pontos críticos da estrutura devido à repetição das
cargas do tráfego; c) Valença (2012), nos compósitos com fibra do Curauá a RT
reduziu-se em 14,3% na temperatura de 60°C para o SMA com brita, e aumentou
em 15,4% para o SMA com RCD. A variação de 25°C para 40°C inferiu a maior
perda da RT da amostra com brita; d) Ahmadinia et al. (2012), a resistência à tração
diminuiu na mistura SMA com agregado granítico, e fibras de polietileno tereftalado
(PET) participando nos percentuais de 0% a 10%. A RT variou de 0,42MPa para
0,30MPa, respectivamente, aos mencionados percentuais de fibras PET.
Em particular, os trabalhos que abordam o Módulo de Resiliência, anotam-se
os seguintes resultados, em: a) Ahmadinia et al. (2012), os valores do MR de
misturas contendo resíduos de PET foram mais elevados referentes a mistura
convencional. Os valores aumentaram em 16%, em comparação com a mistura
referência com 6% de PET; b) Valença (2012), o Módulo de Resiliência com 5% da
Resistência à Tração, as misturas com RCD alusivas as composições com brita,
apresentaram melhor desempenho elástico, com destaque para a temperatura de
40°C; para 30% da RT, a menor perda foi indicativa para as misturas com o
agregado de RCD; e as incorporações da fibras do Curauá proporcionaram maiores
MR’s, sobretudo nas amostras com brita.
Segundo Reis et al. (2001), pesquisar um compósito asfáltico por meio dos
ensaios de Resistência à Tração e Módulo de Resiliência satisfaz ao esperado
45
tecnicamente para as composições asfálticas: a RT é adequada para evitar rupturas
precoces; e o MR dará flexibilidade satisfatória para suportar as solicitações do
tráfego.
Os mencionados trabalhos apontam o esforço para determinar o
comportamento dos materiais asfálticos, visando diminuir cada vez mais as
deformações presentes nos pavimentos. Nesse contexto, a literatura mais atual
apresenta o Módulo Dinâmico, que tem a capacidade de melhor simular as
condições mais reais do tráfego e as características viscoelásticas das misturas.
Esse parâmetro permite caracterizar as composições por meio da varredura de
frequencias e temperaturas, com a elaboração de curvas mestras, que facilitam a
obtenção das propriedades para qualquer tempertura, considerando que valores
muito baixos e altos de frequencia são mais difíceis de reproduzir nos laboratórios
(Karki, 2010).
A transição do Módulo de Resiliência para o Módulo Dinâmico com vistas a
execução dos projetos de pavimentos flexíveis tem ocasionado grande impacto,
principalmente para as agências de Transporte, caso do Florida Department of
Trasportation (FDOT), que tradicionalmente utilizava o MR para dimensionar as
misturas asfálticas (XIAO, 2009). Ainda, segundo o autor, a principal diferença entre
os testes de módulo de resiliência e módulo dinâmico (complexo) para as misturas
de concreto asfáltico, reside no fato do primeiro utilizar o carregamento segundo
uma forma qualquer de onda com um determinado período de descanso, enquanto o
último se aplica uma carga senoidal ou haversine sem período de repouso.
O Grupo de Geotecnia da Universidade Federal do Amazonas (GEOTEC),
com trabalho apresentado por Silva et al (2008a), obteve de forma experimental o
módulo dinâmico de misturas asfálticas com ASAC, cujos resultados foram
atisfatórios quando comparados com misturas compostas com agregado-calcário.
Silva (2011) realizou igualmente estudos com ASAC. Encontrou valores do
módulo dinâmico uniaxial (tração com tensão controlada e tração/compressão com
deformação controlada), bem como determinou curvas mestras, que proporcionou a
determinação desse parâmetro em freqüências baixíssimas ou muito altas, que
seriam impossíveis se obter experimentalmente, por limitação dos equipamentos
existentes. Concluíram que os módulos dinâmicos das misturas com ASAC
46
apresentaram-se superiores aos das misturas com seixo, para altas temperaturas e
baixas freqüências de aplicação de carga.
2.7.1 Resistência à Tração
O ensaio de Resistência à Tração por compressão diametral foi
desenvolvido pelo Professor Fernando Luiz Lobo Carneiro (1953). Visava encontrar
a máxima tensão, por solicitações estáticas, de corpos de prova cilíndricos de
concreto-cimento dispostos na posição horizontal. É reconhecido mundialmente
como Ensaio Brasileiro onde são aplicadas forças concentradas e diametralmente
opostas de compressão em um cilindro e estas geram, ao longo do diâmetro
solicitado, tensões de tração perpendiculares a essa dimensão.
Conforme Balbo (2007) os pavimentos são submetidos a esforços externos
oriundos das solicitações do tráfego. Em particular, o esforço de compressão vertical
afasta as partículas causando tração e compressão. Quando as deformações de
tração são repetidas, ocasionam deformações plásticas, podendo induzir a fadiga.
Esta condição pode ser avaliada em um ensaio de compressão diametral por meio
do valor da força ou pressão que causa a ruptura. Particularmente, o parâmetro para
definir a vida de fadiga corresponde à tensão de tração máxima na fibra inferior do
revestimento (Figura 9). O corpo de prova no ensaio de resistência à tração (RT) fica
submetido a um estado biaxial de tensões, cuja seção vertical fica sujeita a esforços
de compressão e a seção horizontal segundo esforços de tração.
Figura 9: Ensaio de compressão diametral de corpo-de-prova cilíndrico
47
A resistência à tração é determinada segundo a norma DNIT 136/2010-ME,
na temperatura de 25°C. Os corpos de prova, modelados nos teores de projeto, são
submetidos a uma carga estática (P), aplicada no sentido diametral, segundo a
velocidade de 0,8 mm/s, até atingirem a ruptura. No trabalho em pauta a realização
do ensaio foi acompanhada pelo software UTS002 3.13b Stress Strain Test, que
calcula a RT pela equação 1.
𝑡 = 2𝑃
100𝜋𝐷ℎ (1)
σt – Resistência à tração, em MPa.
P – Carga de ruptura, em N.
D – Diâmetro do corpo de prova, em cm.
h – Altura do corpo de prova, em cm.
2.7.2 Módulo de Resiliência.
A resiliência, de acordo com Francis Hveem, refere-se à energia
armazenada num corpo elasticamente deformado, sendo restituída, após cessarem
as tensões a que estava submetido. Tal termo foi usado, ao invés de elasticidade,
posto que nos pavimentos essas deformações se apresentarem bem maiores
respeitantes aos sólidos elásticos da Engenharia (MEDINA e MOTTA, 2005).
O ensaio de Módulo de Resiliência (MR) é executado sob cargas cíclicas,
representatividade da condição real de tráfego no pavimento (BRITO, 2006 e BRITO
& GRAEFF, 2008). As características desse experimento dependem do método
(protocolo), nacional ou internacional, empregado. Distinguem-se pela especificação
de temperatura, frequência, duração do pulso de carga, número dos ciclos de
carregamento, carga (deslocamento do corpo de prova ou um percentual da RT e o
coeficiente de Poisson, BRITO & GRAEFF, 2008).
No presente estudo utilizou-se o software UTS003 2.00b - Indirect Tensile
Modulus Test baseado nos protocolos ASTM D 4123-82 (1995) e AASHTO TP-31-96
(2000). Calculou-se o MR por meio da equação 2, oriunda do modelo de Hondros
(BRITO & GRAEFF, 2008), cuja vantagem reside na consideração da carga
distribuída (friso metálico), ao invés de uma carga pontual.
48
𝑀𝑅 = 𝑃
ℎ ( + 0,2699) (2)
Onde:
MR – Módulo de resiliência, em MPa.
P – % da força axial da resistência à tração, em N.
∆ – Deslocamento medido, em mm.
h – Média da altura do corpo de prova, em mm.
– Coeficiente de Poisson.
2.7.3 Módulo Complexo
Se um material viscoelástico é submetido a um carregamento harmônico, a
deformação resultante também o será, com a mesma frequência do carregamento,
ocorrendo uma defasagem entre a deformação e a tensão imposta pelo
carregamento, ou seja, o pulso de deformação é defasado daquele de tensões,
representado pelo Ângulo de Fase.
O Módulo Complexo (E*) ou Módulo de Rigidez mostra as relações entre as
tensões e deformações de um material viscoelástico linear sujeito a uma carga
senoidal, sendo composto por dois componentes: Módulo Dinâmico ǀE*ǀ e o Ângulo
de Fase ( ).
É expresso em termos de dois outros valores do módulo, o módulo elástico
(E1) ou módulo de armazenamento (conservação), que representa a capacidade de
armazenamento de energia elástica e o módulo de perda (E2) que representa a
capacidade de dissipação de energia. O valor absoluto do módulo complexo é
chamado de módulo dinâmico ǀE*ǀ.
Matematicamente, o módulo de conservação e o módulo de perda são as
componentes do módulo dinâmico, ou seja, os valores do coseno e seno,
repectivamente. O módulo de armazenamento representa a parte real do módulo
complexo, que descreve a recuperação após a aplicação de uma carga. É a parte
elástica do módulo complexo e representa a propriedade (capacidade) de
recuperação elástica do material. No caso do módulo de perda, este concebe a parte
49
imaginária do módulo, e descreve a perda da resistência dos materiais viscoelásticos
com o tempo (propriedade viscosa).
A Figura 10 exibe os componentes do Módulo Complexo juntamente com as
equações 3, 4, 5, 6, 7 e 8.
Figura 10: Componentes do Módulo Complexo.
Sendo:
𝐸∗ = 𝐸1 + 𝑖𝐸2 (3)
𝐸1 = |𝐸∗| cos(𝜑) (4)
𝐸2 = |𝐸∗| sin(𝜑) (5)
|𝐸∗| = √(𝐸1)2 + (𝐸2)2 (6)
𝜑 = 𝑡𝑎𝑛−1 (𝐸2
𝐸1) (7)
𝑖 = (−1)1
2⁄ (8)
50
Onde:
E1 = parte real, módulo elástico (armazenamento)
E2 = parte imaginária, módulo viscoso (perda).
O valor do ângulo de fase depende do equilíbrio entre a resposta elástica e
viscosa do material. Para um material puramente elástico, = 0 e um material
puramente viscoso, = 90. Portanto, um material viscoelástico, indica esse
parâmetro variando entre 0 e 90 graus.
A matemática, por meio dos números complexos, mostra a ferramenta para
calcular o comportamento viscoelástico das composições asfálticas quando
solicitadas por cargas cíclicas, nas equações 9 e 10, qual seja:
𝜎∗ = 𝜎0 𝑒𝑖𝜔𝑡 (9)
𝜀∗ = 𝜀0 𝑒𝑖(𝜔𝑡−𝜑) (10)
Onde:
0 e 0 , tensão e deformação, respectivamente;
, frequência de aplicação de carga;
, ângulo de fase.
O módulo complexo E∗(ωt) é definido pela equação 11 como:
𝜎∗
𝜀∗ = 𝐸∗(𝑖𝜔) = ( 𝜎0
𝜀0 ) 𝑒𝑖𝜑 = 𝐸1 + 𝑖𝐸2 (11)
Sendo determinado em função da frequência (f) ou do período (T),
conforme equação 12.
𝜔 = 2𝜋𝑓 = 2𝜋
𝑇 (12)
Considerando que se trata de material viscoelástico linear e o mesmo é
submetido ao carregamento harmônico cíclico (senoidal), o Módulo Complexo
51
|𝐸∗(𝜔)| será definido como a razão entre a amplitude do pulso senoidal com tensão
𝜎0 de frequência angular, cuja fórmula é 𝜎(𝑡) = 𝜎0𝑠𝑒𝑛(𝜔𝑡), e a amplitude do pulso
de deformação resultante 𝜀0 no regime permanente, sendo o pulso de deformação
defasado do pulso de tensões, teremos 𝜀 = 𝜀0sin (𝜔𝑡 − 𝜑), conforme Figura 11.
Figura 11: Pulsos senoidais de tensão e deformação.
Portanto, o Módulo Dinâmico | E* ()| pode ser apresentado conforme a
Equação 13:
|𝐸∗𝜔| = √𝐸12 + 𝐸2
2 = 𝜎0
𝜀0 (13)
As parcelas real e imaginária (E1 e E2) podem ser também expressas, em
7função da defasagem da fase ou do ângulo, conforme equações 14 15 e 16.
𝐸1 = 𝜎0𝑐𝑜𝑠𝜑
𝜀0 (14)
𝐸2 = 𝜎0 sin 𝜑
𝜀0
(15)
Tempo
Te
nsã
o, D
efo
rma
çã
o
0sen( t)
0sen( t -)
00
52
𝑡𝑎𝑛𝜑 = 𝐸2
𝐸1
(16)
Assim, o Módulo Complexo pode ser escrito como na equação 17:
𝐸∗ = |𝐸∗|. 𝑒𝑖.𝜑 (17)
2.8 CARACTERÍSTICAS DA REGIÃO
Manaus, historicamente apresentada por Isenburg (apud CORRÊA, 2005, p.
47), é retratada no seguinte trecho descrito por um italiano na sua visita a cidade no
ano de 1848: “A cidade tem a extensão de aproximadamente uma milha; andando
da igreja dos Remédios até a outra dita do Hospital, encontram-se três grandes
enseadas onde estão ancorados bergatins, vigilengas e outras embarcações
menores. Pode-se ir aos diversos bairros por meio de três longas pontes de madeira
que interligam a cidade. O porto seguro e defendido de vários ventos; possui um
pequeno canteiro para a construção de navios e, no alto da colina, uma olaria. Tudo
isso anuncia o aproximar-se da civilização. Encontram-se muitos edifícios de pedra e
tijolos, a maioria de propriedade de um italiano, nosso compatriota, que ele mandou
construir. As praças são espaçosas e em forma de um quadrado; as ruas amplas e
com traçado retilíneo, mas sem calçamento; as casas de um só andar, de estilo
moderno”.
Consoante Corrêa (2005), em 1787, a cidade tinha apenas três ruas e cerca
de 300 habitantes entre brancos, índios e escravos. Em 1827 cresceu para 3.000, e
no período de 1889 a 1920 passou de 10.000 para 75.000 habitantes. Na década de
1970 ocupava uma área de 25,32 km² com uma população de 311.622 habitantes,
resultando numa densidade populacional de 12,3 hab/km² (VIEIRA apud CORRÊA,
2005, p. 54). Índice elevado, para o qual, com certeza, também contribuiu o
importante papel exercido pelo programa federal Zona Franca de Manaus. O antigo
mapa da cidade datado de 1852 (Figura 12) exibe a sua malha urbana com ruas
estreitas e quarteirões irregulares.
53
Figura 12: Planta da cidade de Manaus (1852)
Fonte: Corrêa, 2005.
Segundo Nogueira at al. (2007), a expansão da área urbana de Manaus é
ocasionada pelo grande crescimento demográfico que a cidade vem enfrentando
nas duas últimas décadas. A ausência de planejamento urbano sistemático e a falta
de controle relacionado ao seu crescimento ocasionaram sérios problemas
ambientais. São responsáveis pelo agravamento de problemas relacionados à
ocupação desordenada do solo, destruições da cobertura vegetal, poluição dos
corpos d´água e deficiência do saneamento básico. O crescimento urbano de
Manaus foi o maior da região Norte, sendo considerada hoje o 12° maior centro
urbano do país, e uma metrópole regional, com 1.644.690 habitantes (estimativa
IBGE, 2005). Nos últimos dez anos, a capital do Estado do Amazonas apresentou-se
dentre os municípios mais populosos do Brasil. A sua taxa de crescimento urbano
tem sido maior que a taxa nacional, apesar da queda no último censo. A zona
urbana da cidade passa por um processo de “inchaço populacional”, e não tem mais
comportado seu contingente, que cada vez mais se dirige às zonas periféricas,
ocupando as chamadas áreas de “expansão urbana”, de forma desordenada, rápida
e agressiva.
54
Hoje a cidade de Manaus, não mais pode ser retrada como nos séculos
passados, devido a sua grande expansão urbana (Figura 13). O Instituto Brasileiro
de Geografia e Estatística (IBGE) informava, de acordo com o Censo de 2010, que
Manaus possuia uma população de 1.810.014 habitantes, distribuída numa área de
11.401,092 km², cuja densidade demográfica alcançava um valor de 158,06
hab/km². Segundo o IBGE, a população estimada para 2014 (DOU, 2014) seria de
2.020.301 habitantes.
Figura 13: Planta da cidade de Manaus.
Fonte: Google Earth,image 2016.
2.8.1 Características Geotécnicas
A capital do Estado do Amazonas convive historicamente com escassez de
matérias-primas superficiais para a obtenção de agregados pétreos, notadamente,
pela localização do seu topo rochoso a profundidades, em geral, maiores que 5 m
(BENTO e FROTA, 1999).
Segundo a Companhia de Pesquisa de Recursos Minerais (CPRM, 1998),
registravam-se no citado Município três pedreiras ativas na produção de brita. Em
particular, tinham-se duas mais importantes. A primeira encontrava-se no km 150 da
55
Rodovia BR-174 (Agro-Indústria Martins Ltda – “pedreira do Silvino”), com rocha
vulcânica (dacito, Grupo Iricoumé), tendo a seguinte composição mineralógica:
feldspato, quartzo, anfibólio, calcita, apatia, clorita, óxidos de ferro e opacos. A
segunda situada no km 200 (“pedreira no terreno do Sr. Roberto”) com granito da
Suite Intrusiva Abonari (Figura 14). Sua mineralogia apresentava feldspato (45%),
quartzo (25%), plagioclásio (15%), anfibólio (ferrohastingsita) (12%), biotita (3%) e
minerais acessórios (titanita, opacos, apatita, zircão). Esta jazida foi utilizada pelo
Sexto Batalhão de Engenharia e Construção (6° BEC) na pavimentação da BR-174
(Figura 15 e 16).
Figura 14: Rochas da Rodovia BR-174.
(a) Rocha vulcânica (dacito da Formação Iricoumé); (b) Granito alcalino da Suite
Intrusiva Abonari.
Fonte: Companhia de Pesquisa de Recursos Minerais (CPRM, 1998).
Figura 15: Frente de lavra da “Pedreira do Silvino”, km 150 da BR-174.
Fonte: Companhia de Pesquisa de Recursos Minerais (CPRM, 1998).
56
Figura 16: Britador na “Pedreira do Silvino”.
Fonte: Companhia de Pesquisa de Recursos Minerais (CPRM, 1998).
Considerando, ainda, a dificuldade de aquisição de agregado (brita) em
nossa região, a CPRM relata que entre os quilômetros 150 e 153 da rodovia BR-174
(Figura 17) havia excelentes exposições de rochas metamórficas do Complexo
Jauaperi, assim como, rochas vulcânicas Iricoumé da Formação Prosperança
(Figura 18) nos quilômetros 161 e 163, além de pedreiras abandonadas nos
quilômetros 199 e 202 da referida rodovia (Figura 19).
Figura 17: Lavra para obtenção de brita, rochas do Completo Jauaperi, BR-174.
Fonte: Revista Brasileira de Geociências, março de 2009.
57
Figura 18: Grupo Iricoumé, Formação Prosperança, BR-174
Fonte: Revista Brasileira de Geociências, março de 2009.
Figura 19: Pedreira desativada no batólito granítico Abonari.
Fonte: Revista Brasileira de Geociências, março de 2009.
58
De acordo com publicação da Associação Nacional das Entidades de
Produtores de Agregados (ANEPAC, n. 56/2012): a) a rodovia BR-174 destacava-se
como a “estrada da brita”, ao longo da qual havia mais de 10 pedreiras,
configurando-se como a principal região da extração de agregado graúdo; b) no ano
de 2011 tinham-se retirados 656 milhões de toneladas de agregados no Brasil e,
deste total, 262 milhões de toneladas representavam pedras britadas e 394 milhões
de toneladas areia; e c) na Região Metropolitana de Manaus (RMM) tinham-se
produzidos, em 2010, cerca de 720.000 toneladas de pedra britada, tendo como
principal região das jazidas o Município de Presidente Figueiredo. A Figura 20
mostra a Pedreira Manaus, localizada no citado município, com uma pequena
produção de 5.000 m³/mês. Destaca-se que o Município de Presidente Figueiredo,
localizado ao norte de Manaus, constui-se até o presente momento a alternativa
mais próxima da cidade para obtenção de brita, cujas jazidas estão localizadas a
cerca de 110 km da capital. Tal distância traduz-se em um alto custo no transporte
desse material.
Figura 20: Pedreira Manaus.
Fonte: Revista Areia e Brita, Edição 56, 2012.
Conforme a DNPM (2009), com exceção do Acre, que importa a brita de
estados vizinhos para seu consumo, todas as unidades da federação são produtoras
de brita e cascalho, segundo os relatórios anuais de lavra (RAL). Enfatiza, ainda,
que a Região Norte mostra o custo mais elevado desse agregado no país,
sobressaindo neste aspecto o Estado do Amazonas.
59
Nesse contexto regional, tem-se como material alternativo à brita, a
utilização do seixo, cuja exploração causa grande impacto ambiental aos
ecossistemas fluviais, uma vez que é obtido por dragagem do leito de rios. Segundo
a Companhia de Pesquisa de Recursos Minerais (CPRM,1998), a sua retirada do
leito do rio Uatumã comprometia a falta da reposição natural deste material
aluvionar, em decorrência da barragem do aludido rio pela Usina Hidrelétrica de
Balbina. Também explicava que já havia indícios de inicial esgotamento dos
principais rios no Estado do Amazonas, como o Aripuanã e o Japurá.
Em conformidade com Soares (2010), a extração de seixo rolado dos leitos
dos rios, com ênfase para o Rio Aripuanã, e a sua utilização como agregado graúdo,
impõe um transporte realizado por balsas e ocorre num período de 10 dias
(ida/volta). Relativo ao Rio Japurá, afluente do Rio Solimões, o transporte por balsa
transcorre no período de 16 dias (ida/volta). Destaca-se que esse tipo de transporte
fica restrito ou comprometido no período de vazante máxima dos rios, fato este que
ocorre no período de outubro a dezembro. Neste período há riscos a navegabilidade
e influência diretamente o abastecimento de Manaus, que apresenta volume
aproximado atualmente de 70.000 m³/mês (informação dos fornecedores de seixo
em portos de Manaus). Outra região de extração desse material aluvionar localiza-se
no Município de Novo Ayrão, médio Rio Negro, tendo o seixo faixa granulametrica
tendendo a um agregado miúdo, equivalente ao pedrisco, cujo volume
desembarcado em Manaus é da ordem de 10.000 m³/mês.
Sobre o citado material aluvionar a literatura informa: a) Frota et al., (2007a)
mencionam que é um agregado de forma aredondada e textura superficial lisa,
portanto, reduz o atrito entre suas partículas e, por conseguinte, diminui a resistência
ao cisalhamento das misturas asfálticas; e b) Cavalcante et al. (2012) verificaram no
Município de Manaus, o uso desse material como agregado graúdo em misturas do
tipo CA contribuem na formação de trincas, fissuras e panelas.
Destacam-se também na literatura os seguintes trabalhos do Grupo de
Geotecnia (GEOTEC) da UFAM, na busca por alternativas, visando adequar o
revestimento asfáltico às circunstâncias regionais — clima, carga e, notadamente, a
indisponibilidade de material: Bertoldo et al., 2010; Cavalcante et al., 2010; Cunha,
2010; Cunha et al., 2010; Oliveira et al., 2010; Silva et al., 2010; Cavalcante et al.,
60
2011b; Cavalcante et al., 2011c; Cunha et al., 2011; Ferreira et al., 2011a; Silva et
al., 2011b e Silva et al., 2011c.
Pelo exposto, é notória a premente necessidade por materiais que venham
minimizar a extração e dar alternativas as matérias-primas naturais, indo de encontro
à motivação do trabalho em pauta.
61
Capítulo 3
3. MATERIAIS E MÉTODOS
Neste capítulo discute-se sobre os materiais constituintes das misturas
asfálticas SMA, a dosagem, a inclusão do nanomaterial ao ligante e os ensaios
realizados para análise do desempenho mecânico das composições, conforme
indica o fluxograma da Figura 21.
Figura 21: Fluxograma da Metodologia
Ligante Graúdo Caracterização
Agregado Miúdo Dosagem
Fibra Fíler Compactação
NanomaterialAnálise
Mecânica
Módulo de
Resiliência
Módulo
Dinâmico
STONE MATRIX
ASPHALT
MATERIAIS MÉTODOS
Resistência à
Tração
62
3.1 MATERIAIS
Neste item apresentam-se os materiais e a metodologia utilizada para
realização dos ensaios de caracterização, mecânicos e o procedimento para
confecção dos corpos de prova.
As misturas asfálticas SMA tiveram como participantes os seguintes
materiais: a) cimento asfáltico de petróleo (CAP); b) Resíduo de Construção e
Demolição (RCD) e Agregado Sinterizado de Argila Calcinada (ASAC), como
agregados graúdos; c) areia, como agregado miúdo; d) cimento Portland na
condição de filer; e) resíduo da fibra do Curauá; e f) material cerâmico na escala
namométrica.
Ao longo do texto as composições asfálticas serão assim denominadas:
SMA-ASAC (mistura com agregado graúdo ASAC), SMA-RCD (mistura com
agregado graúdo RCD) e SMA-RCDn (mistura com a participação do agregado
graúdo RCD e a incorporação de material cerâmico em escala nanométrica).
3.1.1. Cimento Asfáltico de Petróleo (CAP 50/70).
O ligante betuminoso utilizado é comercializado na região pela Refinaria
Isaac Sabbá (REMAN) e oriundo dos petróleos Campo Fazenda Alegre, no Estado
do Espírito Santo, e do Ceará-mar, no Estado do Ceará. A sua caracterização foi
realizada pelo fabricante conforme experimentos prescritos pela Agência Nacional
de Petróleo, Gás Natural e Biocombustíveis (ANP), de acordo com os seguintes
ensaios: Penetração, Ponto de Amolecimento, Viscosidade, Índice de
Suscetibilidade, Ponto de Fulgor, Solubilidade de Tricloroetileno, Ductilidade e Efeito
do Calor e do Ar, seguido da Variação em Massa, Ductilidade e Penetração.
Observa-se que nos corpos de prova SMA-RCDn, adicionou-se ao ligante puro
resíduo cerâmico em escala nanométrica.
A atual especificação da Agência Nacional do Petróleo, Gás Natural e
Biocombustíveis (ANP) emprega o ensaio de Penetração (ASTM, 1997) a 25°C
como parâmetro de seleção das classes, com a maior consistência do cimento
asfáltico relacionada a uma menor penetração. Os demais ensaios presentes na
citada norma buscam estabelecer condições mínimas para uso do ligante.
63
A viscosidade, por exemplo, trata, também, da consistência do material, ou
seja, da sua resistência ao escoamento. O Ponto de Amolecimento igualmente é
considerado uma medida de consistência de natureza empírica do cimento asfáltico.
Para efeitos práticos, o experimento sugere a temperatura a partir da qual o material
passa a ter consistência adequada ao escoamento. Outros ensaios especificados
segundo a mencionada norma brasileira (ASTM, 1997) são: Ponto de Fulgor,
Solubilidade no Tricloroetileno e a Ductibilidade.
O primeiro determina a temperatura a partir da qual ocorre liberação de gases
inflamáveis por parte do ligante, de modo que se cuida de uma informação
importante para o manuseio seguro do material. O segundo, por outro lado, define o
grau de impurezas contidas no asfalto. O terceiro mede, de maneira empírica, a
coesão dos asfaltos e retrata a capacidade do material de se alongar na forma de
filamento até a ruptura.
Por fim, mede-se a durabilidade do asfalto aos efeitos do envelhecimento
por meio de Variação de Massa e do Ponto de Amolecimento, bem como da
Ductilidade. Para tanto, a amostra é previamente condicionada em estufa de filme
fino rotativo (RTFOT, do inglês rolling thin film oven test) a 163°C por 85min. Em
seguida, submete-se a amostra aos ensaios supracitados, cujos resultados podem
ser comparados com aqueles anteriores ao envelhecimento induzido pela estufa
RTFOT.
3.1.2. Agregados
Fizeram parte das misturas asfálticas como: a) agregados graúdos, os
subprodutos industriais da construção civil e do principal Polo cerâmico regional,
quais sejam o Resíduo de Construção e Demolição (RCD) e o Agregado Sinterizado
de Argila Calcinada (ASAC); b) agregado miúdo, areia residual, adquirida nas lojas
de material de construção de Manaus; c) material de enchimento, o cimento Portland
CP II-Z-32 usualmente utilizado na construção civil local; d) resíduo cerâmico
confeccionado em escala nanométrica, e produzido a partir de descarte de tijolos
cerâmicos do Polo Oleiro de Iranduba/AM e, e) fibra, resíduo do Curauá.
64
3.1.2.1 Agregado Graúdo
Destaca-se que a granulometria dos resíduos de construção e cerâmicos
tiveram como referência a textura recomendado pela National Asphalt Pavement
Association (NAPA, 2002).
3.1.2.1.1 Caracterização do Agregado Sinterizado de Argila Calcinada (ASAC)
A produção do agregado de argila, ASAC, (Figura 22) empregou o solo típico
da província petrolífera de Urucu (amostra SUC), localizada aproximadamente 650
km da cidade de Manaus, no Município de Coari – AM. Foram confeccionados a
partir de processos industriais, na cerâmica Montemar fabricante de artefatos em
argila. Esse agregado também tomou parte como agregado graúdo em outros
trabalhos do GEOTEC (Silva, 2011 e Silva, 2014).
Figura 22: ASAC após britagem industrial.
Fonte: Silva, 2011.
Foram caracterizados quanto à textura (ASTM C136, 2006); segundo os
parâmetros Gsa (Apparent Specific Gravity - Densidade Real), Gsb (Bulk Specific
Gravity - Densidade Aparente), Gsbssd (Bulk Specific Gravity in the condition
Saturated Surface Dry - densidade aparente na condição superfície saturada);
Absorption (ASTM C127, 2012); adesividade (DNER ME 078, 1994) e abrasão
(ASTM C 131- 01).
65
Complementarmente, a matéria-prima in natura e na condição calcinada
foram analisadas quanto à composição química e mineralógica, por Flourescência
de Raios X e Difratometria de Raios X, respectivamente, em trabalho do Grupo de
pesquisa em Geotecnia (Silva, 2011).
3.1.2.1.2) Caracterização do Resíduo de Construção e Demolição (RCD)
Os agregados de RCD, proveniente da britagem de resíduos da construção
civil, foram doados ao presente trabalho por uma empresa local que comercializa
tais materiais. Sua caracterização física, para efeito de comparação com o ASAC e
comumente usada neste tipo de estudo, realizou-se de forma semelhante.
Em particular, visando o cálculo das densidades executou-se o seguinte
procedimento: a) o RCD foi separado por peneiramento a seco. Rejeitou-se todo o
material que passou na peneira 4,75mm. Na sequência foi lavado para remover a
parte pulverulenta e outros revestimentos superficiais, sendo, então, colocado em
estufa por 24 horas; b) depois de seca, a amostra foi imersa em água durante 24h,
até preenchimento total dos poros; c) em seguida, retirou-se a amostra da água,
removendo individualmente dos grãos, com pano absorvente, todos os filmes
visíveis de água da superfície. Determinando-se, assim, a massa da amostra no
estado da superfície saturada seca (B), com aproximação de 0,5g; d) posteriormente
colocou-se a amostra numa cesta, imergiu o conjunto em água até uma
profundidade suficiente para cobrir a amostra. Calculou-se, então, a massa da
amostra saturada em água (C), tendo o cuidado de remover todo o ar aprisionado
antes de determinar sua massa, por meio da agitação do recipiente enquanto
imerso; e) o material foi levado à estufa, a uma temperatura de 110°C. Após a
permanência na estufa, ficou durante 1 a 3 horas na temperatura ambiente, ou até
que fosse possívem manusea-lo (aproximadamente 50°C). Calculou-se, portanto, a
massa da amostra seca (A). As densidades foram computadas a partir das equações
18, 19 e 20.
𝐺𝑠𝑎 =𝐴
𝐴 − 𝐶 (18)
66
𝐺𝑠𝑏 =𝐴
𝐵 − 𝐶 (19)
𝐺𝑠𝑏𝑠𝑠𝑑=
𝐵
𝐵 − 𝐶 (20)
Após os procedimentos descritos anteriormente calculou-se a absorção de
acordo com a equação 21. Tal valor é empregado na determinação da variação de
massa do agregado, devido à absorção de água pelos poros no interior das
partículas, frente à condição seca.
𝐴𝑏𝑠𝑜𝑟çã𝑜 =𝐵 − 𝐴
𝐴100(%) (21)
O experimento que objetiva encontrar a resistência à degradação de
agregados graúdos de pequeno tamanho (inferiores a 37,5mm), por abrasão e
impacto, utiliza a máquina “Los Angeles” (Figura 23), segundo a norma ASTM C
131-01, semelhante ao procedimento DNER ME 035 (1998). Nesta metodologia a
resistência corresponde ao desgaste do agregado após ser colocado na máquina
“Los Angeles”, simultaneamente com uma carga abrasiva (esferas de aço), sendo o
conjunto submetido a um determinado número de revoluções numa velocidade de
30rpm a 33rpm.
Figura 23 - Equipamento: (a) tambor rotativo; (b) esferas e (c) contador de rotações.
(a)
(b)
(c)
67
O resultado é expresso pela porcentagem em peso do material
posteriormente ao ensaio, relativo à massa do material inicial, que passa pela
peneira de abertura de malha 1,70mm (Tyler No. 12), de acordo com a equação 22,
onde:
𝐴𝑛 =𝑚𝑛−𝑚´𝑛
𝑚𝑛𝑥 100 (22)
An – Abrasão Los Angeles da Graduação n (%);
mn – Massa total da amostra seca;
m’n – Massa da amostra lavada e seca, após o desgaste (retida na peneira 1,7mm).
Referente à adesividade executaram-se as seguintes etapas: a) pesou-se
500 g de material passando na peneira de 19,0mm e retido na peneira de 12,7mm,
levando-se para estufa por 2 horas; b) colocou-se sobre a amostra aquecida o CAP
selecionado (na temperatura de norma) e com a espátula realizou o completo
envolvimento do agregado com o ligante; c) a mistura não compactada foi entornada
numa bandeja, até resfriamento. Em seguida foi colocada em fraco de vidro pirex,
totalmente coberta com água destilada e levada à estufa numa temperatura de 40°C,
durante 72 horas; d) na sequência verificaram-se as condições das partículas
cobertas pelo ligante, observando se houve ou não deslocamento da película do
ligante; e) a adesividade satisfatória é constatada pelo não deslocamento da película
betuminosa que recobre o agregado. Tal resultado varia em função da composição
química do ligante e da composição mineralógica do agregado.
3.1.2.2 Caracterização do agregado miúdo
Areia
A caracterização física da areia, proveniente do comércio da cidade de
Manaus, efetivou-se pelos ensaios de granulometria por peneiramento (ASTM C136,
2006), determinação dos parâmetros Gsa (Densidade real), Gsb (Densidade
aparente) e da absorção (ASTM C128, 2012).
68
3.1.2.3 Caracterização do material de enchimento – cimento Portland
Para composição das misturas asfálticas escolheu-se o cimento Portland CP
II-Z-32 utilizado na construção civil regional. Foi analisado pela massa específica por
meio dos métodos do frasco Le Chantelier (DNER-ME 085/94) e ensaio de
granulometria de acordo com a especificação do DNER ME 367 (1997).
Particularmente, a massa específica real do filer (ME real) determinou-se de acordo
com a equação 23.
𝑀𝑎𝑠𝑠𝑎 𝑒𝑠𝑝𝑒𝑐í𝑓𝑖𝑐𝑎 𝑅𝑒𝑎𝑙 (𝑀𝐸) =𝑀𝑎𝑠𝑠𝑎 𝑑𝒇𝒊𝒍𝒆𝒓
𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝒅𝒆𝒔𝒍𝒐𝒄𝒂𝒅𝒐 (23)
3.1.3 Material cerâmico em escala nanométrica
Proveniente do descarte de tijolos cerâmicos do Polo Oleiro de Iranduba/AM,
o material cerâmico foi inicialmente moído no equipamento de Abrasão Los Angeles,
e, em seguida, peneirado, separando-se, deste modo, a fração com diâmetro
máximo inferior a 1,2mm (Figura 24). Realizaram-se análise química associando a
técnica de fluorescência de raios X (FRX) com o ensaio de perda ao fogo (PF). As
amostras para a FRX foram quarteadas e a fração passante na peneira ABNT no200
(0,074 mm) prensadas manualmente em forma de pastilha com diâmetro de
aproximadamente 15 mm, sendo analisadas em um espectrômetro EDX-720 da
Shimadzu. Por limitação do método, detectaram-se somente elementos entre Na
(11) e U (92). No ensaio de perda ao fogo, as amostras após secagem em estufa por
24 h a 105±5ºC, foram aquecidos em forno resistivo tipo mufla até 1000ºC, aplicando
uma isoterma de 60 minutos. Calculou-se a perda mássica pela diferença das
massas da amostra seca e da amostra calcinada. Na determinação da mineralogia
por difração de raios X (DRX), empregou-se o difratômetro XRD-6000 da marca
Shimadzu com a seguinte parametrização: campo de varredura de 2° a 80° para 2θ;
velocidade de varredura de 2°/min, passo de 0,02°; tensão de 40 kV, corrente de 30
mA; e tubo de Cu (λ= 1,54056 Å) como fonte primária de raios X. Efetivou-se as
fases minerais por comparações com as cartas padrões compiladas pelo Joint
69
Committee on Powder Diffraction Standards (JCPDS) e cadastradas no International
Centre for Diffraction Data (ICDD).
Figura 24: Resíduo cerâmico em diversas granulometrias.
Esse resíduo argiloso, proveniente do tijolo (pó), foi novamente submetido a
um processo de moagem. Neste caso, em um moinho marca SPEX, pertencente ao
GEOTEC, para atingir a escala nanométrica e, finalmente ser incluído nas misturas
asfálticas junto com o ligante (SMA-RCDn). O processo de moagem de alta energia
acompanhou as seguintes etapas: a) o material cerâmico foi pesado em balança
eletrônica, com precisão de 0,001 g, e em seguida colocado dentro do recipiente
metálico cilíndrico (D = 2 ¼” e h = 3”) com capacidade de carga de 3 a 10g,
juntamente com duas esferas de aço de ½ polegada de diâmetro; e b) após fechar o
cilndro, encaixar e ajustar a válvula de segurança, para travamento do recipiente no
compartimento interno do moinho, configurou-se o tempo de processo da moagem
por 60 minutos até sua completa execução (Figura 25).
70
Figura 25: Etapas da moagem
(a) pesagem; (b) inclusão no cilindro do moinho; (c) ajuste; (d) travamento do
equipamento; (e) programação do tempo e (f) material após moagem.
3.1.4 Fibra
Neste trabalho participaram os resíduos da fibra do Curauá (Figura 26),
fornecidos ao estudo pelo Centro de Biotecnologia da Amazônica (CBA), sendo
caracterizado quanto: a) ao comprimento, obtendo-se suas medidas por meio de um
paquímetro. Inicialmente foram cortados manualmente e, em particular, no
comprimento de 0,02m, considerando que as fibras do tipo longa podem acumular-
se, não se misturando com o asfalto, dificultando a dispersão. Observa-se que,
quando muito curtas, não proporcionam efeito de reforço, cumprindo apenas o papel
de material de enchimento na composição (ABTAHI, SHEIKHZADEH & HEJAZI,
2010); e b) a densidade, esta determinada por meio da norma DNER-ME 084/95,
cujos ensaios foram realizados por Valença (2012).
(a) (b) (c)
(d) (e) (f)
71
Figura 26: (a) Fibra do Curauá fornecida pelo Centro de Biotecnologia da Amazônia
(CBA), e (b) Resíduos da fibra cortado.
3.2 MÉTODOS
Na confecção das misturas asfálticas do tipo SMA seguiu-se a metodologia
SUPERPAVE e NAPA. No tocante aos agregados, a composição acompanhou as
faixas granulométricas máximas e mínimas descritas na Tabela 7 e, particularmente,
nesse estudo foram trabalhados os tamanhos máximos nominais (TMN) iguais a
12,5mm e 19,0mm, respeitantes as composições com o ASAC e com RCD,
respectivamente. Era meta atingir dentro da faixa especificada uma composição
granulométrica que fornecesse uma maior descontinuidade.
Tabela7
Faixas Granulométricas para misturas do tipo SMA.
Fonte: NAPA (2002).
Faixa
Inferior
Faixa
Superior
Faixa
Inferior
Faixa
Superior
25 100 100 - -
19 90 100 100 100
12,5 50 74 90 100
9,5 25 60 26 78
4,75 20 28 20 28
2,36 16 24 16 24
1,18 13 21 13 21
0,6 12 18 12 18
0,3 12 15 12 15
0,075 8 10 8 10
Abertura
(mm)
TMN = 19,0 mm TMN = 12,5 mm
(a) (b)
72
Sugestivo à dosagem, Vale (2007) recomenda que: a) a composição deve
conter entre 70 a 80% de agregados graúdos, 20 a 30% de finos e 8% a 13% de
fíler; b) o ligante asfáltico participe segundo um intervalo de 6,0 a 7,0%; e c) para o
intervalo de 0,3% a 1% em peso total do compósito, deva considerar-se um
escorrimento do CAP de até 0,3%. Justifica este percentual, visto que na Europa e
na América do Norte as fibras de celulose e minerais usam valores de 0,3% e na
faixa de 0,3% a 0,4%, respectivamente. Alusivo a Suchismita (2009), este cita as
percentagens de 70 a 80% de agregado total, 8% a 12% de fíler, 6% a 7% de ligante
e 0,3 a 0,5% de fibra, nesse tipo de revestimento asfáltico.
3.2.1 Dosagem mineral
Para determinação da granulometria da mistura mineral, seguindo
metolodogia SUPERPAVE, efetivou-se o enquadramento em um gráfico, onde no
eixo da ordenada, em escala logarítmica, tem-se a porcentagem passante, e na
abscissa, numa escala numérica, o “diâmetro” das peneiras elevada à potência de
0,45. Incluem-se também nesse gráfico, os Pontos de Controle (PC), que mostram
onde a curva granulométrica deve passar, a Zona de Restrição (ZR), que deve ser
evitada, e a linha de densidade máxima, na qual a curva não deve cruzar (apenas
recomendação). Ressalta-se na literatura estudos com avaliações do efeito da Zona
de Restrição no desempenho de misturas asfálticas. Exemplifica-se os trabalhos de
Kandhal e Cooley Jr. (2001), e do Departamento de Transportes do Estado da
Geórgia, cujos resultados mostram excelente comportamento das misturas asfálticas
embora tenham infringido essa área.
Na Tabela 8 estão apesentados os pontos de controle empregados nesse
estudo, de acordo com o Tamanho Nominal Máximo (TMN) de 12,50mm e 19,00mm,
assim como a zona de restrição (SUPERPAVE).
(SUPERPAVE)
73
Tabela 8
Pontos de Controle e Zona de Restrição segundo com o Tamanho Máximo do
Agregado (SUPERPAVE).
Fonte: NAPA (2002)
3.2.2 Determinação do Teor de Projeto
Para realização das misturas com a inclusão do ASAC como agregado
graúdo, procede-se da seguinte forma: a) escolheram-se três composições
granulométricas, separando material para confeccionar 2 (dois) corpos de prova
para cada uma; e b) em seguida definiu-se os parâmetros de compactação relativos
ao número de giro (inicial, de projeto e máximo) em função do tráfego (Tabela 9).
Tabela 9
Número de giros x tráfego.
Tráfego N AASHTO x 106 Parâmetros de compactação
Nini Nprojeto Nmáx
< 0,3 6 50 75
0,3 a 3 7 75 115
3 a 30 8 100 160
> 30 9 125 205
Inferior Superior Inferior Superior Inferior Superior Inferior Superior
25 100 - - - - - - -
19 90 100 - - 100 - - -
12,5 - 90 - - 90 100 - -
9,5 - - - - - 90 - -
4,75 - - - - - - - -
2,36 23 49 34,6 34,6 28 58 39,1 39,1
1,18 - - 22,3 28,3 - - 25,6 31,6
0,6 - - 16,7 20,7 - - 19,1 23,1
0,3 - - 13,7 13,7 - - 15,5 15,5
0,15 - - - -
0,075 2 8 2 10
12,5 mmPeneira
mm Pontos de Controle Zona de Restrição
% passando, em peso
Pontos de Controle Zona de Restrição
19,00 mm
74
Neste trabalho, para misturas com o ASAC, seguindo a metodologia
SUPERPAVE, considerou-se o tráfego de médio a alto (Tráfego N AASHTO x 106 -
Vias principais e Rodovias Rurais), definindo-se desta forma o número de giros do
compactador giratório, e segundo: a) obtenção de dois corpos de prova no teor de
ligante inicial estimado, prosseguindo com os ensaios para teores de ± 0,5% e
+1,0% em relação ao teor inicial; b) colocação das misturas na estufa à temperatura
de compactação por 2 (duas) horas para simular o envelhecimento que sempre
ocorre durante o período de usinagem, transporte e compactação no campo; c)
inserção da mistura no molde metálico, que também estava na temperatura de
compactação, levando o mesmo ao CGS; d) compactação dos corpos de prova para
cada número de giro desejado (inicial, projeto e máximo), e anotou-se a altura
correspondente do CP ao longo da densificação; e) retirada do corpo de prova do
molde e determinou-se a densidade aparente (Bulk Specific Gravit – Gmb), seguindo
a norma ASTM D 1188 ou ASTM D 2726 (material absorsivo). Pesaram-se os corpos
de prova nas condições seca, submersa e superfície saturada seca; f) preparação de
outra mistura, nas mesmas condições do teor de projeto, que não será compactada,
visando encontrar a densidade máxima da mistura (Maximum Specific Gravity - Gmm)
de acordo com a norma ASTM D 2041; g) determinação dos parâmetros
volumétricos da composição partindo dos valores conhecidos de Gmb e Gmm. O
principal deles se relacionou ao volume de vazios (Vv) igual a 4%, alusivo à
compactação com o número de giros do projeto (Nprojeto). Além desse parâmetro,
calcularam-se: Vazios do Agregado Mineral (VAM) e percentual de compactação ao
número de giros inicial (Ninicial) e máximo (Nmáximo), que representa a condição da
mistura ao final se sua vida útil; e h) verificação da porcentagem de fibra para evitar
o escorrimento do mástique em até 0,3%, conforme a norma AASHTO T 305/97
(Determination of Draindown Characteristics in Uncompacted Asphalt Mixtures)
atinente ao teor de projeto definido.
Nota-se, que o teor de projeto da mistura foi aquele que atendeu a todos os
requisitos simultaneamente. Caso não tivesse encontrado esse valor com
considerando todos os requisitos da metodologia, seria necessário iniciar nova
tentativa alterando a quantidade de ligante inicial estimada ou interferindo na
dosagem mineral. A Figura 27 mostra de forma simplificada a confecção dos CP´s
75
relativos aos revestimentos do tipo SMA-ASAC, em seguida a definição do teor de
projeto.
Figura 27: Preparação dos CP para SMA-ASAC.
(a); (b); (c) e (d) pesagem dos materiais; (e) inclusão do ligante aquecido; (f) mistura
manual; (g) envelhecimento em estufa; (h) lançamento do CP no cilindro d=100 mm;
(i) extração do CP compactado e (j) série de corpos para ensaio.
O procedimento de dosagem executado nas composições SMA-RCD e
SMA-RCDn obedeceram a metodologia SUPERPAVE, quanto a compactação e
definição da curva granulométrica. Entretanto, o número de giros definiu-se
diretamente considerando a abrasão Los Angeles do material, de acordo com a
NAPA (2002), ou seja, não foram verificados os critérios volumétricos para NINICIAL e
(a) (b) (d ) (c)
(e) (f) (g) (h)
(i) (j)
76
Nmáximo sendo a compactação das misturas realizada para Nprojeto de 100 giros
quando a abrasão dos agregados for inferior a 30% e para o caso maior que 30%
adotam-se 75 giros. Na Tabela 10 apresentam-se requisitos Superpave para
misturas SMA com uso do Compactador Giratório Superpave (CGS), segundo a
NAPA.
Tabela 10
Especificações da mistura SMA com uso do CGS.
Propriedade
Requerido
Cimento asfáltico, % 6,0 - mínimo
Volume de vazios, % 4,0
VAM, % 17,0 - mínimo
VCAMIX, % Menor que VCADRC
Escorrimento na temperatura de produção, % 0,30 máximo
Fonte NAPA (2002)
O parâmetro VCA (Voids in the Coarse Aggregate) denominado na mistura
compactada de VCAMIX corresponde ao volume existente entre as partículas do
agregado graúdo, incluindo o filer, o agregado miúdo, o ligante, a fibra e o próprio
volume de vazios, enquanto os vazios do agregado graúdo (VCADRC) correspondem
ao volume entre as partículas do agregado graúdo e o volume de ar existente,
quando compactado e são calculados de acordo com as equações 24 e 25
respectivamente:
𝑉𝐶𝐴𝑀𝐼𝑋 = 100 − (𝐺𝑀𝐵
𝐺𝐶𝐴 𝑥 𝑃𝐶𝐴) (24)
𝑉𝐶𝐴𝐷𝑅𝐶 = (𝐺𝐶𝐴 𝑥 𝑊 − 𝑆
𝐺𝐶𝐴𝑆
) 𝑥100 (25)
Onde:
VCAMIX – vazios da fração graúda do agregado na mistura compactada, %;
77
VCADRC – vazios da fração graúda do agregado compactado, em %;
GCA – massa específica aparente da fração graúda do agregado, em kg/m³;
GMB – massa específica aparente da mistura compactada, em g/cm³;
PCA – fração graúda do agregado em relação ao peso total da mistura, em g/cm³;
S – massa específica da fração graúda do agregado seco compactado, em kg/m³;
W – massa específica da água, em kg/m³.
Sendo os valores de GCA calculado pela ASTM C 127 (2012), S pela ASTM
C29 (2009) e a fração graúda do agregado em relação ao peso total da mistura (PCA)
definida como a porção relativa à mistura total de agregados, retida numa
determinada peneira, variando em função do diâmetro nominal máximo dos
agregados, demonstrado na Tabela 11.
Tabela 11
Definição da Fração Graúda do Agregado em relação ao Peso Total da Mistura
(PCA).
Diâmetro Nominal do Agregado graúdo Porção de Agregado Retido (PCA)
25 mm 1" 4,75 mm # 4
19 mm 3/4" 4,75 mm # 4
12,5 mm 1/2" 4,75 mm # 4
9,5 mm 3/8" 2,36 mm # 8
4,75 mm N° 4 1,18 mm # 16 Fonte – NAPA (2002).
A mistura dos componentes do revestimento SMA-RCD executou-se
manualmente, conforme procedimento anteriormente descrito para a formulação
SMA-ASAC. No caso da composição asfáltica SMA-RCDn aproveitou-se a chegada
do novo equipamento do GEOTEC, e a mistura dos partícipes realizou-se no
Misturador Planetário de acordo com a sequência exposta na Figura 28.
78
Figura 28: Preparação dos CP - SMA-RCDn
(a) pesagem dos materiais; (b) equipamento – Misturador Planetário; (c) agregados
no misturador; (d) pesagem do ligante na medida exata (e) inclusão das
nanopartículas ao ligante aquecido; (f) lançamento do ligante no misturador após
agregados atingirem a temperatura da mistura; (g) retirada da composição depois de
concluído o ciclo no misturador; (h) envelhecimento em estufa por 2 h; (i)
compactação e posterior extração do CP e j) na sequência à compactação dos
corpos de prova pelo CGS, determinaram-se os parâmetros Gmm e Gmb, tendo sido
(a) (b) (c)
(d) (e) (f)
(g) (h) (i)
79
verificado os requisitos de acordo com a NAPA, principalmente quanto ao Volume de
vazios igual a 4%.
Observa-se que o material em escala nanométrica, inserido no cimento
asfáltico, não faz parte do estudo para determinação da dosagem da mistura,
participando apenas na condição de aditivo. Para a mistura do SMA-RCDn utilizou-
se 4% do material cerâmico para cada 100 gramas de CAP 50/70. Considerou-se a
densidade do ligante fornecida pelo fabricante e as recomendações de You et al.
(2011). Nota-se que na preparação dessa composição alternativa, adicionou-se
separadamente o nanomaterial ao ligante, vertendo-o paulatinamente, sempre
acompanhado de aquecimento e agitação manual. A despeito de You et al (2011) e
SANTOS et al (2015) aconselharem uma agitação mecânica na inserção desse
material ao aglutinante, verificou-se que o procedimento manual mostrou uma
mistura homogênea, sem formação de grumos.
3.2.3 Dosagem da fibra
A percentagem de fibra utilizada para evitar o escorrimento do mastique em
até 0,3% determinou-se conforme a norma AASHTO T 305/97 (Determination of
Draindown Characteristics in Uncompacted Asphalt Mixtures). A Figura 29, em forma
de fluxograma, demonstra a sequência de ensaios executados para determinação
final da dosagem SMA em obediência a norma.
Foram realizados ensaios sem a fibra (0 %) e com a sua participação de
0,3% e 0,5% de fibra do Curauá, para as misturas SMA-ASAC e SMAR-RCD,
respectivamente. Para cada teor de fibra executaram-se 4 (quatro) amostras. Duas
testadas na temperatura de mistura do ligante (usinagem) e as outras duas numa
temperatura acrescida em 15°C, com vistas a analisar comportamento
confeccionado em usinas e a variação da temperatura de produção.
80
Figura 29: Fluxograma do ensaio de escorrimento.
O procedimento para dosagem da fibra do Curauá ocorreu de acordo com os
seguintes passos: a) preparo da mistura SMA (ASAC e RCD) com 1200g ± 200g, de
acordo com dosagem previamente estudada e enquadrada dentro da metodologia
SUPERPAVE e NAPA; b) pesou-se o cesto de arame padronizado com furo de 6,3
mm de malha (para mistura SMA igual ou maior que 9,5mm do tamanho máximo do
agregado), a bandeja e filtro de papel antes de iniciar o procedimento, com balança
de precisão de 0,1g; c) colocou-se a mistura no cesto tomando cuidado para não
movimentar a mesma após transferência; d) levou-se o conjunto (cesto com a
mistura, bandeja e filtro) ao forno por 60 ± 5 minutos; e) foi conferida se a
temperatura da mistura não baixou mais do que 25ºC, em relação a temperatura
desejada. Caso tivesse ocorrido, a mistura deveria ser mantida no forno por mais 10
minutos, aumentando o tempo de ensaio para 70 minutos; f) transcorrido o tempo,
retirou-se o conjunto do forno, e pesou-se o cesto com a mistura, com precisão de
0,1 g; g) determinou-se o escorrimento (draindown) como uma percentagem da
Stone Matrix
Asphalt (teor de
projeto)
0% de fibra 0,3% de fibra 0,5% de fibra
SMA DOSAGEM
SUPERPAVE
ESCORRIMENTO
AASHTO T 305/97
81
massa restante no cesto com a mistura (ou bandeja), concernente à massa total da
mistura antes do teste conforme equação 26.
𝐸𝑠𝑐𝑜𝑟𝑟𝑖𝑚𝑒𝑛𝑡𝑜 (%) = A − B
C x 100 (26)
Onde:
A – peso final do conjunto (cesto, bandeja e filtro);
B – peso inicial do conjunto (cesto, bandeja e filtro);
C – peso da amostra inicial.
O resultado final é a média aritmética de duas amostras em cada
temperatura de ensaio. Com a determinação da quantidade de fibras realizou-se
novamente a dosagem SUPERPAVE, agora com a inclusão das fibras do Curauá.
3.3 ENSAIOS MECÂNICOS
Avaliaram-se as misturas tipo SMA pelo comportamento mecânico de acordo
com os ensaios de Resistência à Tração, Módulo de Resiliência e Módulo Dinâmico.
A Resistência à Tração e Módulo de Resiliência realizaram-se na Universal Testing
Machine (UTM14), acondicionada em uma câmara ambiental. Esse equipamento
possui interface computacional, software para aquisição de dados e calculos de
saída, capacidade para variação nos tipos de pulsos de cargas e na freqüência de
aplicação destes, e condições de confinamento. As leituras dos deslocamentos
registram-se por sensores do tipo Linear Variable Diferential Transducers (LVDT). O
ensaio de Módulo Dinâmico executou-se Universal Testing Machine (UTM100).
Ambas as UTMs foram fabricadas pela empresa australiana IPC Global, e
pertencem ao Grupo de pesquisa em Geotecnia (GEOTEC/UFAM). Tais
experimentos acompanharam a metodologia descrita no fluxograma da Figura 30.
82
Figura 30: Fluxograma do programa de ensaios mecânicos
3.3.1 Resistência à Tração.
Visando o ensaio de resistência à tração por compressão diametral (DNIT
136/2010-ME) confeccionaram-se copos de prova (CP) para as composições
estudadas (SMA-ASAC, SMA-RCD e SMA-RCDn), tendo sido conduzido pelo
software UTS002 (3.13 Stress Strain Test), de acordo com as seguintes etapas: a)
inicialmente determinaram-se as medidas de alturas e diâmetros dos corpos de
prova; b) centralizou-se o CP na base de apoio e posteriormente colocou-se o friso
metálico, para em seguida o conjunto ser levado para a prensa; c) desceu-se o
pistão até entrar em contato levemente com o friso metálico; d) inseriu-se o nome da
Temperatura
25°C
40°C
60°C
Temperatura
25°C
40°C
Frequencia
0,1 s (carga)
0,9 s(repouso)
Temperatura
5°C
25°C
40°C
Frequencia
25Hz
10Hz
5Hz
1 Hz
0,5Hz
0,1Hz
RESISTÊNCIA À TRAÇÃO
Módulo Dinâmico E* e Ângulo
de Fase
Módulo de Resiliência (MR)
(Força de 5%, 10%, 15%, 20% e
30% da RT)
Resistência à Tração (RT)
STONE MATRIX ASPHALT
ENSAIOS MECÂNICOS
COMPACTADOR GIRATORIO
SUPERPAVE
MÓDULO DE RESILIÊNCIA MÓDULO DINÂMICO
83
amostra, dados de alturas, diâmetros e dados referentes à velocidade de
deformação (0,8 ± 0,1mm/s); e) acionou-se o equipamento. Tendo sido iniciado o
procedimento, a carga foi progressivamente aplicada até a ruptura do corpo de
prova, acompanhada pelo software. Anotou-se o valor da carga de ruptura para
posterior cálculo da Resistência a Tração; e) para realização dos ensaios na
temperatura diferente da ambiente (25° C), fechou-se a UTM14, acionando o
controle de temperatura da câmara ambiental na temperatura do ensaio (40°C e
60°C) até os corpos de prova atingirem equilíbrio térmico; f) nos ensaios realizados a
60°C os corpos de prova foram deixados em estufa para alcançar a temperatura
requerida e na sequência executou-se o ensaio com a câmara de temperatura
também acionada; g) para conferência e controle da temperatura fizeram-se
medições nos corpos de prova, antes, durante e após a efetivação do ensaio. A
Figura 31 expõe: (a) software utilizado no ensaio; (b) CP na UTM – 14; (c) controle
de temperatura do CP após ruptura.
Figura 31: Etapas do ensaio de Resistência à Tração.
(b) (c)
(a)
84
3.3.2. Módulo de Resiliência.
O ensaio de Módulo de Resiliência acompanhou o software UTS003 2.00b -
Indirect Tensile Modulus Test, baseado nos protocolos ASTM D4123-82 (1995) e
AASHTO TP-31-96 (2000), resumidamente apresentado na Figura 32.
Figura 32: Protocolos: (a) ASTM D4123 e AASHTO TP 31-96 e (b) fluxograma
adotado.
Em seguida a confecção dos corpos de prova (SMA-ASAC, SMA-RCD e
SMA-RCDn), realizaram-se as seguintes etapas: a) medidas das alturas e diâmetros
dos corpos de prova; b) encaixe da moldura que serve de apoio dos LVDT´s (linear
Variable Differential Transducer), fixando-a e prendendo ao corpo de prova; c)
colocação do friso metálico superior e levado o conjunto para a prensa, tomando-se
o cuidado de assentar o friso no direcionamento do pistão, descendo-o em seguida
até o seu contato levemente com o friso metálico; c) inserção do nome da amostra,
dados de alturas e diâmetros no software já referenciado, selecionando os
protocolos adotados ASTM D4123-82/AASHTO TP31, e lançados os parâmetros de
Tempo de carga
(s)0,1 a 0,4 0,1
Coeficiente de
Poisson ()Não informado 0,10 a 0,50
5, 25 e 40 5, 25 e 40
10,33; 0,5; 1
Suporte
≥ 30
Carga aplicada
Protocolo ASTM D 4123 AASHTO TP 31-96
Suporte ou
colado
50 a 200
10% a 50% da
RT
5%, 15%, 30% da RT
(25°C)
Temperatura °C
Frequencia (Hz)
Tipo de leitor de
deformação
Número de ciclos
Temperatura
25°C
40°C
60°C
Temperatura
25°C
40°C
Frequencia
0,1 s (carga)
0,9 s(repouso)
Temperatura
5°C
25°C
40°C
Frequencia
25Hz
10Hz
5Hz
1 Hz
0,5Hz
0,1Hz
RESISTÊNCIA À TRAÇÃO
Módulo Dinâmico E* e Ângulo
de Fase
Módulo de Resiliência (MR)
(Força de 5%, 10%, 15%, 20% e
30% da RT)
Resistência à Tração (RT)
STONE MATRIX ASPHALT
ENSAIOS MECÂNICOS
COMPACTADOR GIRATORIO
SUPERPAVE
MÓDULO DE RESILIÊNCIA MÓDULO DINÂMICO
85
controle como temperatura (25°C e 40°C), tempo do pulso de aplicação da carga
(100), tempo total de um ciclo do pulso (1000), quantidade de pulsos de
condicionamento (100), coeficiente de Poisson (adotado 0,35) e a porcentagem da
RT previamente calcualda; d) considerando os protocolos definidos nesta pesquisa,
os corpos de prova foram submetidos aos carregamentos de 5%, 10%, 15%, 20% e
30% da resistência à tração determinada, e frequência de 1 Hz, com período de
carregamento de 0,1s e descarregamento de 0,9s (repouso); e) os dois sensores do
tipo LVDT´s resgistraram os deslocamentos horizontais ocorridos durante a
aplicação da força, tendo sido fixados e ajustados, com auxilio dos parafusos de
ajuste fino e, finalmente, iniciado o ensaio; f) os ensaios realizaram-se em duas
temperaturas. Para a temperatura diferente de 25°C fechou-se a UTM14, acionou-se
o controle de temperatura da câmara ambiental na temperatura de 40°C até o corpo
de prova atingir equilíbrio térmico, monitorando-se as temperaturas antes e após a
execução do ensaio (Figura 33 e 34); e g) ao final do ensaio o resultado do Módulo
de Resiliência é fornecido diretamente pelo software, correspondente a média
atitmética dos últimos cinco últimos pulsos de carregamento, fornecendo resultados
de MR para cada % da RT aplicada. A montagem para execução do ensaio de
Módulo de Resiliência na UTM14 apresenta-se na Figura 35.
Figura 33: Software UTS003 2.00b: (a) entrada de dados, (b) definição do Protocolo.
86
Figura 34: Software UTS003 2.00b, ajuste dos LVDT´s.
Figura 35: Ensaio de Módulo de Resiliência: (a) Vista Geral e (b) detalhe do corpo de
Prova no Ensaio
Fonte: Valença (2012)
87
3.3.3 Módulo Dinâmico
O ensaio de Módulo Dinâmico, de acordo com a ASTM 3497-05 (Standard
Test Method for Dynamic Modulus of Asphalt Concrete Mixtures) e a norma da
AASHTO TP 62-03, é realizado com aplicação de um carregamento axial senoidal
(haversine), sem impacto e com cargas variáveis entre 0 e 35 psi (241 KPa), durante
um período mínimo de 30 segundos e não superior a 45 segundos, em corpos de
prova cilíndricos a uma dada temperatura e frequência de carregamento. Na Figura
36 exibem-se as temperaturas e frequências utilizadas nestes ensaios.
Figura 36: Fluxograma do Ensaio de Módulo Dinâmico.
As amostras SMA foram compactadas no CGS, conforme já descrito, e os
ensaios realizaram-se na UTM100 servo-hidráulica, com função geradora capaz de
produzir onda de forma haversine, realizando testes de carga e deslocamento
controlado. Fazem parte desse equipamento uma câmara de temperatura, controle e
aquisição de dados totalmente integrado pelo Sistema de Aquisição de Dados
IMACS (Integrated Control & Data Acquisition System). Possuí ainda uma interface
Temperatura
5°C
25°C
40°C
Frequencia
25Hz
10Hz
5Hz
1 Hz
0,5Hz
0,1Hz
Módulo Dinâmico E* e Ângulo
de Fase
MÓDULO DINÂMICO
88
com computador por cabos seriais, onde se utiliza o software para execução do
ensaio de módulo dinâmico (Figura 37).
Figura 37: UTM100 e componentes integrados.
Segundo a norma ASTM 3497-05, moldaram-s os corpos de prova de
acordo com o Método D 3496, obedecendo a proporção entre a altura e o diâmetro
de 2:1, cujo diâmetro mínimo é de 4 polegadas. Exigi-se também que o diâmetro
seja de quatro ou mais vezes o tamanho nominal máximo (TMN) das partículas de
agregado. A série mínima de testes preconizada pela ASTM 3497-05 é composta de
testes nas temperaturas de 5, 25, e 40 ° C, bem como nas frequências de carga
iguais a 1, 4 e 16 Hz para cada temperatura.
Na literatura diversos trabalhos são apresentados acompanhando a relação
entre altura e diâmetro diferente do que sugere a ASTM 3497-05. A norma AASHTO
TP 62-03 (AASHTO, 2005) recomenda que essa relação seja de 1,5 considerando
apenas os ensaios de compressão axial.
Segundo KIM (2009), as relações entre altura e diâmetro devem ser
definidas em função do ensaio, atendendo a relação entre altura e diâmetro de 1,5
para ensaios de compressão. Haverá necessidade de uma relação maior igual a 2
para ensaios de tração, tendo em vista a necessidade de fixação das placas
metálicas nas bordas, para permitir o tracionamento do corpo de prova durante o
ensaio.
Controle da temperatura
Sistema de aquisição de dados integrado da UTM
Software
interligado
89
O referido autor apresentou resultados, cujas misturas submetidas à
compressão axial, compactadas com o uso do compactador giratório, tendo
dimensões iguais a150 mm de diâmetro e 178 mm de altura, foram cortadas (em
ambas as extremidades) axial e radialmente em corpos cilíndricos de dimensões 100
mm de diâmetro e de 150 mm de altura com o fito de assegurar uma distribuição de
vazios mais consistentes ao longo da altura dos corpos de prova para,
posteriormente, realizar-se os ensaios de módulo dinâmico. O resultado comprovou
a redução no volume de vazios das amostras cortadas em cerca de 1,5% a 2%.
3.3.3.1 Procedimento - método
Em seguida a confecção dos corpos de prova cilíndricos das composições
pesquisadas (SMA-ASAC, SMA-RCD e SMA-RCDn) executaram-se os seguintes
procedimentos: a) medidas as alturas e diâmetros dos corpos de prova; b) fixação
dos pinos sextavados no corpo de prova (CP) com o emprego de um gabarito do
equipamento Gauge Pont Fixing da IPC Global (Figura 38), com distância radial e
simétrica entre os pinos de 120° e espaçamento vertical de 70 mm entre os pinos,
proporcionando alinhamento preciso dos pontos. Prenderam-se os pinos com uma
cola de cura rápida, 24 horas antes da execução do ensaio, e estes vão servir de
apoio para encaixar os suportes dos LVDT’s, garantindo o posicionamento correto
dos mesmos; c) colocação do CP na câmara da UTM100, e em seguida inseriu-se o
topo metálico, tomando-se o cuidado de coloca-lo no direcionamento do pistão; d)
encaixe dos 3 suportes dos LVDT’s nos pinos fixados ao CP para ajuste dos
transducers; e) acionamento do equipamento, conectadando-se todos os cabos no
IMACS, para iniciar o ensaio com abertura do software UTS 006 Dynamic Modulus
Test 2.22b; f) verificação dos “levels” (força, temperatura, deslocamento); g) ajuste
do sistema eletrônico de medição com o posicionamento correto do pistão (eixo
vertical) até encostar no topo metálico com a utilização do virtual pendant; h)
inserção, na sequência, do nome da amostra, dados de alturas e diâmetros no
software já referenciado, dados do protocolo, além dos parâmetros de controle
como: temperatura (5° C, 25° C e 40° C) e coeficiente de Poisson (adotado 0,35); i)
fixação e ajuste dos três sensores do tipo LVDT´s, que realizam e registram os
deslocamentos ocorridos durante o experimento, para dar início ao ensaio.
90
Figura 38: Fixação dos pinos sextavados no CP para posterior encaixe dos suportes
dos LVDT’s.
3.3.3.2 Ensaio
Os ensaios de Módulo Dinâmico aconteceram em três níveis de
temperatura, 5° C, 25° C e 40° C. Foram colocadas as amostras na câmara
ambiental UTM 100 climatizada, até atingir-se a temperatura de ensaio e o corpo de
prova registrar o equilíbrio térmico, cuja temperatura também é verificada pelo corpo
de prova modelo conectado ao sistema de dados, mantido junto com a amostra.
Visa-se, portanto, determinar se a temperatura especificada foi alcançada (interna e
superficial), sendo facilmente checada pelo nível do transdutor de temperatura.
Executaram-se todos os testes nessa citada câmara com temperatura
controlada, começando com a mais baixa até a mais alta. Para todas elas
empregaram-se as frequências de 25 Hz, 10 Hz, 5 Hz, 1 Hz, 0,5 Hz e 0,1 Hz,
consoante a AASHTO TP 62-03 ao invés da ASTM 3497-05. As Figura 39 e 40
exibem os softwares e os controles da temperatura.Tais frequências aproximam-se
das taxas de carregamento aplicadas aos pavimentos de estradas com velocidades
baixas e tráfego muito lento. No caso das múltiplas frequências, estas garantem o
desenvolvimento completo da curva de módulo dinâmico. Uma sobreposição entre
tais curvas de módulo dinâmico isotérmico é desejável (embora não essencial) para
obtenção da curva mestra, sendo o módulo de elasticidade na frequência mais
elevada e a uma dada temperatura, semelhante ao módulo da frequência vizinha a
uma temperatura menor (GIBSON, 2006).
91
Figura 39: Software utilizado e respectivas frequências.
Figura 40: Ensaio: (a) controle dos transducer levels; (b) CP com LVDT’s e CP
modelo.
Destaca-se, ainda, que: a) a força utilizada no ensaio de Módulo Dinâmico
foi conduzida de forma que a deformação axial ficasse limitada a um máximo de
75με em todas as frequências, a fim assegurar um comportamento viscoelástico
CP modelo
(a)
(b)
CP do ensaio com
LVDT´s
92
linear e minimizar os danos microestrutural da amostra; b) determinaram-se o ângulo
de fase e o módulo dinâmico pela aplicação de carga de compressão sinusoidal
(haversine) e as deformações por meio de três LVDTs; e c) a repetição do ensaio
para diferentes temperaturas e frequências de carregamento facilita a construção da
importante curva mestra.
93
Capítulo 4
4 RESULTADOS E ANÁLISES
Neste capítulo apresentam-se a discussão dos resultados atinentes à
caracterização dos materiais, dosagem das misturas asfálticas e relativos aos
ensaios mecânicos de resistência à tração (RT), módulo de resiliência (MR) e
módulo dinâmico (MD).
Ressalta-se não ter sido encontrado na literatura trabalhos que abordassem o
ASAC em misturas do tipo SMA. Por conseguinte, as comparações, quando
pertinentes, serão realizadas frente às composições do tipo concreto asfáltico (CA).
4.1 CIMENTO ASFÁLTICO DE PETRÓLEO
Os resultados dos ensaios de caracterização tradicional do asfalto, visando
seu emprego como ligante betuminoso, segundo especificação da ANP, são
mostrados na Tabela 12 e 13, e inferem: a) classificação do ligante como CAP
50/70, visto que a Penetração a 25°C apresentou valor igual a 69 mm; b) valores do
Ponto de Amolecimento e da Solubilidade em tricloroetileno próximos daqueles
prescritos pela ANP; c) Ponto de Fulgor com valor superior ao explicitado pela citada
norma. Porém, tal resultado, com uma maior temperatura, mostra uma maior
segurança na manipulação do material asfáltico; d) Ductilidade apresentando boa
consistência; e) valores da Viscosidade nas temperaturas de 135°C e 150°C mais
elevados frente à referência, porém alusivo à temperatura igual a 177°C mostrou-se
de acordo com o recomendado; e f) valores posteriores ao processo de
envelhecimento das amostras, em estufa de filme fino rotativo (RTFOT), conforme o
indicado, apenas com ressalva para aquele atinente à Penetração Retida. Em
resumo, o cimento asfáltico de petróleo (CAP), comercializado pela REMAN,
atendeu às características normatizadas.
94
Tabela 12
Caracterização do ligante asfáltico
Ensaio Método Unid. CAP 50/70
(ANP, 2005) CAP 50/70
Penetração D5 0,1 mm 50-70 69
Ponto de Amolecimento D36 °C 46 49,7
Ponto de Fulgor D92 °C 235 318
Solubilidade em Tricloroetileno D2042 % massa 99,5 99,9
Ductilidade D113 cm 60 > 100
Densidade Relativa a 20/4C D70 N/A - 0,998
Tabela 13
Viscosidades e parâmetros, após envelhecimento do ligante asfáltico.
Ensaio Método Unid.
CAP 50/70 (ANP,2005)
CAP 50/70
Viscosidade Saybolt Furol a 135°C E 102 s 141
283
Viscosidade Brookfield a 135°C D4402 cp 274
539
Viscosidade Saybolt Furol a 150°C E 102 s 50
140,7
Viscosidade Brookfield a 150°C D4402 cp 112
279,8
Viscosidade Saybolt Furol a 177°C E 102 s 30-150
50,8
Viscosidade Brookfield a 177°C D4402 cp 57-285
96,8
RTFOT Variação em % Massa D2872 % 0,5
0,04
RTFOT aumento do Ponto de Amolecimento D36 °C 8
7,1
RTFOT Penetração Retida D5 % 55
63
95
4.2 AGREGADOS
Os resultados granulométricos referentes aos agregados graúdos, agregado
miúdo, material de enchimento e resíduo cerâmico são expostos na Figura 41,
Tabela 14, determinados em conformidade com os procedimentos das normas
ASTM C 136 (2006) e DNER EM 367/97.
As texturas do ASAC e do RCD são classificadas como pedregulhos bem
uniformes, ou seja, a maioria de suas partículas encontra-se em uma faixa bastante
estreita, e tendo coeficientes de uniformidades iguais a 1,36 e 1,66
respectivamente. No caso da areia Manaus, esta apresenta distribuição
granulométrica fina a média (48% fina, 37% média e 14% grossa) pela ABNT e fina a
grossa segundo a ASTM (75% fina e 25% grossa). Consoante preceitua a norma, ao
menos 65% das partículas do fíler devem possuir diâmetro menor do que 0,075mm
(peneira de n°200). O cimento Portland (CP II Z32), adquirido no comércio local,
atendeu essa especificação, com 87,0% de material passante no citado diâmetro.
Figura 41: Curvas granulométricas dos agregados.
0,00
10,00
20,00
30,00
40,00
50,00
60,00
70,00
80,00
90,00
100,00
0,001 0,01 0,1 1 10 100
Passante
(%
)
Abertura das peneiras (mm)
FILLER
RESÍDUOCERÂMICO
AREIA
ASAC
RCD
96
Tabela 14
Distribuição granulométrica dos agregados.
Peneiras - ASTM Peneiras
(mm)
% que passa da amostra total
ASAC RCD AREIA FILER RESÍDUO
CERÂMICO
1 1/2" 38,1 100,00
100,00
100,00
100,00 100,00
1" 25,4 100,00
100,00
100,00
100,00 100,00
3/4" 19,1 100,00 99,26
100,00
100,00 100,00
1/2" 12,7 100,00 44,46
100,00
100,00 100,00
3/8" 9,5 51,98 -
100,00
100,00 100,00
N° 04 4,8 - - 99,96
100,00 100,00
N° 08 2,36 - - 99,13
100,00 100,00
N° 16 1,18 - - 96,71
100,00 100,00
N° 30 0,600 - - 85,38
100,00 100,00
N° 50 0,300 - - 64,66
100,00 100,00
N°200 0,075 - - 3,36 87,59 82,00
De acordo o trabalho de Silva (2011) e adicionado aos valores encontrados
nessa pesquisa, constam na Tabela 15 os resultados das densidades, absorção e
adesividade dos materiais partícipes das composições estudadas e da brita como
referência.
Observa-se a elevada absorção dos materiais graúdos ASAC concernente ao
RCD e a brita, que deverá acarretar maior consumo de CAP na mistura SMA-ASAC.
A adesividade de ambos agregados alternativos foi satisfatória, evitando-se dessa
forma que ocorram descolamentos da película asfáltica e desgaste precoce quando
utilizados nos pavimentos. Concernente às densidades estas expuseram para o
ASAC e RCD distintos valores, em decorrência da maior porosidade, além de
97
resultados inferiores, frente ao agregado granítico. Conclusões também encontradas
por Silva (2011), MELO (2009) e Valença (2012). Indicativo ao agregado fino e ao
fíler, estes apresentaram densidades coerentes com os valores encontrados na
literatura para tais materiais.
Tabela 15
Características físicas dos agregados
Amostra
Análise ASAC RCD Areia Filer
(cimento) Resíduo cerâmico
Brita
Gsa (g/cm³) 2,571 2,550 2,730 3,136 2,720 2,780
Gsb (g/cm³) 1,855 2,200 2,615 2,760
Gsbssd (g/cm³) 2,133 2,340 2,770
Absorção(%) 15 6,25 0,32
Adesividade Satisfatória Satisfatória Satisfatória
Também se determinou na qualificação dos agregados, o desgaste do
material ao longo do seu transporte (abrasão Los Angeles). Sua importância reside
igualmente no fato do seu resultado influenciar diretamente na dosagem das
misturas asfálticas. Menciona-se, como exemplo, a recomendação da NAPA (2012),
acerca do número de giros necessários à densificação utilizando o compactador
giratório 100 giros são tipicamente usados para agregados com Abrasão Los
Angeles menor do que 30% e os 75 giros deve ser empregado paro o intervalo entre
30 e 45.
A Tabela 16 mostra os resultados desse experimento, em que sobressaí o
menor valor para o RCD alusivo ao ASAC, bem como os valores para os agregados
alternativos extremamente superiores frente ao agregado pétreo regional. Um
desgaste dessa magnitude indica que o ASAC, a princípio, seria inadequado para
ser empregado como agregado graúdo. Entretanto, trabalhos do GEOTEC (Nunes,
98
2006, Frota et al., 2007 e SILVA, 2011a) apresentam misturas asfálticas que
mostram comportamento mecânico adequado de misturas asfálticas tendo sua
participação. Exemplifica-se, o menor potencial em desenvolver deformações
permanentes de composições com ASAC relativas à mistura com o seixo
amazônico.
Tabela 16
Características dos agregados graúdos, abrasão Los Angeles.
Agregado Graúdo Desgaste (%)
ASAC 70
RCD 44
BRITA 37,8
4.3 RESÍDUOS DA FIBRA DO CURAUÁ
Utilizou-se no estudo em apreço os resíduos da fibra do Curauá também
empregados por Valença (2012), além das mesmas dimensões. A informação da
literatura menciona que o tamanho máximo de 20 mm melhora a trabalhabilidade da
composição solta evitando a formação de grumos durante a mistura, e aumenta a
homogeneidade da mistura compactada, conforme trabalho de Vale (2007) com a
participação de fibras de coco. No estudo de Suchismita (2009), as fibras de coco
foram cortadas em pequenos pedaços, entre 25 e 75 mm, e tal material mostrou
valor da densidade semelhante ao encontrado para a fibra do Curauá. Neste
trabalho constatou-se que, o comprimento usado igual a 2,0 cm, foi eficiente em se
tratando de escorrimento. Porém, apresentou pequena dificuldade no manuseio seja
durante a mistura, ou na fase de inserção da composição no cilindro de
compactação, se aglomerando e aderindo, por vezes, nas espátulas tanto no
processo manual quanto se empregou o misturador planetário.
do C
99
Tabela 17
Densidades de fibras.
Fibra Referência Densidade (kg/m³)
Curauá
Presente estudo 1.430
MARINELLI et al, 2008 1.400
SILVA et al, 2008 1.380
Celulose SOUZA, 2007 480 - 530
Coco Suchismita (2009) 1.400
Fonte: adaptado de Valença, 2012.
4.4 MATERIAL CERÂMICO EM ESCALA NANOMÉTRICA
Os resultados respeitantes ao resíduo cerâmico apontaram: a) valor igual a
2.720 kg/m³ para a massa específica real; b) granulometria essencialmente fina, ou
seja, 82% das partículas passantes na peneira de diâmetro 0,075mm; c) composição
química, conforme Tabela 18, tendo como principal constituinte a sílica, baixo teor de
Fe2O3, do óxido alcalino (K2O) e/ou óxido alcalino terroso (MgO); d) composição
mineralógica com predominância do quartzo, e picos característicos relativos a
caulinita e a hematita, demonstrado na Figura 42. A presença da caulinita nesse
material cerâmico evidencia que a condução do ciclo de queima das peças
produzidas no Polo Oleiro de Iranduba/AM, referente, especialmente, aos
parâmetros térmicos (tempo e temperatura), não promoveu a plena transformação
desse mineral argílico na fase amorfa e metaestável denominada metacaulinita.
100
Tabela 18
Análise química do material
Descrição
Principais Elementos (% peso)
SiO2 Al2O3 Fe2O3 K2O MgO TiO2 Outros(∑) P.F.
Resíduo 55,05 37,09 4,36 1,05 1,69 0,72 - -
Figura 42: Difratograma do Resíduo. C - Caulinita; H - Hematita; M - Moscovita; Q – Quartzo
101
4.5 DOSAGEM MINERAL E TEOR DE PROJETO
4.5.1 Granulometria mineral
A dosagem mineral consubstancia procedimento destinado a obter uma
mistura “ideal” dos agregados (graúdo, miúdo e fíler), com o propósito de melhorar o
arranjo entre as partículas. Para fornecer a “coesão” dos citados partícipes,
acrescenta-se o ligante, cuja quantidade adequada nomeia-se como teor de projeto
ou “teor ótimo”.
Na composição SMA com o ASAC, o arranjo mineral dos seus agregados
seguiram os limites apontados em NAPA (2002), com tamanho máximo nominal de
12,5 mm, conforme expõe a Tabela 19. A Figura 43 fornece o traçado
granulométrico representativo dessa dosagem mineral juntamente com os limites
prescritos, resultando na seguinte formulação: 81% de ASAC, 10% de areia e 9% de
filer. Observa-se, também, na citada figura, que a mencionada curva granulométrica
ficou inserida em sua quase totalidade nos limites estipulados.
Tabela 19
Distribuição granulométrica da Mistura com ASAC.
ASAC AREIA MANAUS Filler (CP II)
81 10 9
1 1/2" 38,1 81,00 10,00 9,00 100,00
1" 25,4 81,00 10,00 9,00 100,00 100 100
3/4" 19,1 81,00 10,00 9,00 100,00 100 100
1/2" 12,7 81,00 10,00 9,00 100,00 90 100
3/8" 9,5 42,10 10,00 9,00 61,10 26 78
N° 04 4,8 0,00 10,00 9,00 19,00 20 28
N° 08 2,36 0,00 9,91 9,00 18,91 16 24
N° 16 1,18 0,00 9,66 9,00 18,66 13 21
N° 30 0,600 0,00 8,49 9,00 17,49 12 18
N° 50 0,300 0,00 6,36 9,00 15,36 12 15
N°200 0,075 0,00 0,04 7,88 7,92 8 10
Limite inferior
(%)
Limite
superior (%)
Peneiras -
ASTM
Peneiras
(mm)
PORCENTAGEM DE MATERIAL PARA A MISTURA
(%)
Dosagem
(%)
TMN 12,5 mm
102
Figura 43: Curva granulométrica da Mistura SMA-ASAC
As composições com o RCD na condição de agregado graúdo obedeceram
à metodologia SUPERPAVE, quanto à definição da dosagem mineral (Tabela 20).
Particularmente, no enquadramento mineral (Figura 44) verificou-se uma discreta
ultrapassagem, pela curva granulométrica da mistura com o resíduo de construção,
respeitante ao limite superior recomendado. O resultado indicou para as misturas
SMA-RCD e SMA-RCDn: 73% de RCD, 17% de areia e 10% de filer,.
Tabela 20
Distribuição granulométrica da mistura com RCD
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0,01 0,1 1 10 100
Pa
ssa
nte
(%
)
Abertura das peneiras (mm)
TMN = 12,5 mm -Limite da AASTHO
SMA-ASAC 12,5 mm
RCD AREIA MANAUS Filler (CP II)
73 17 10 100
1 1/2" 38,1 73,00 17,00 10,00 100,00 100 100
1" 25,4 73,00 17,00 10,00 100,00 100 100
3/4" 19,1 72,46 17,00 10,00 99,46 90 100
1/2" 12,7 32,45 17,00 10,00 59,45 50 74
3/8" 9,5 0,00 17,00 10,00 27,00 25 60
N° 04 4,8 0,00 16,99 10,00 26,99 20 28
N° 08 2,36 0,00 16,85 10,00 26,85 16 24
N° 16 1,18 0,00 16,44 10,00 26,44 13 21
N° 30 0,600 0,00 14,52 10,00 24,52 12 18
N° 50 0,300 0,00 10,99 10,00 20,99 12 15
N°200 0,075 0,00 0,57 8,76 9,33 8 10
Limite inferior
(%)
Limite
superior
(%)
Peneiras -
ASTM
Peneiras
(mm)
PORCENTAGEM DE MATERIAL PARA A
MISTURA (%) Dosagem
(%)
TMN 19mm
103
Figura 44: Curva granulométrica das misturas com RCD
4.5.2 Teor de projeto
Com vistas à determinação do teor de projeto da composição SMA-ASAC,
considerou-se tráfego de médio a alto, definindo-se desta forma os parâmetros de
compactação relativos ao número de giros (inicial, de projeto e máximo) e a inclusão
dos resíduos da fibra de Curauá igual a 0,3%, percentagem necessária para o
enquadramento da mistura no limite do escorrimento estabelecido pela norma.
Baseado em tais condições e após a realização de diversas tentativas, chegou-se ao
teor “ótimo” para a mistura SMA-ASAC igual a 12,5%.
A Tabela 21 sintetiza os critérios e parâmetros alcançados para
determinação do mencionado teor de projeto. Nota-se, como esperado, que o
consumo de ligante foi elevado.
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0,01 0,1 1 10 100
% p
assa
nte
Abertura das peneiras, mm
TMN = 19,00mm - Limiteda AASTHO
SMA - RCD19,0 mm
104
Tabela 21
Teor de ligante e parâmetros volumétricos da mistura SMA-ASAC.
Teor de ligante
(%) N de giros
Corpo de prova 1
Massa total [g]
Gmm [g/cm3]
Atura [mm]
Gmb (medida) [g/cm3]
Gmb (estimada)
[g/cm3]
Gmb (corrigida)
[g/cm3] %Gmm
12,5
N INICIAL 8
908 1,8875
47,49
1,84
1,552 1,528 80,9
N PROJETO 100 62,98 1,836 1,807 95,7
N MÁXIMO 160 61,87 1,869 1,84 97,5
Corpo de prova 2
N INICIAL 8
919,1 1,8875
74,95
1,848
1,561 1,537 81,5
N PROJETO 100 63,36 1,847 1,819 96,4
N MÁXIMO 160 62,36 1,877 1,848 97,9
%Gmm (média)
N INICIAL 8 81,2 Gmb corrigido [%Gmm] % de
vazios (Vv) VAM Avaliação
N PROJETO 100 96,0 para Ninicial para Nprojeto
para Nmáximo
N MÁXIMO 160 97,7 81,2 96 97,7 4 30,7 Atende
Critérios: ≤ 89 96 ≤ 98 = 4 ≥ 17
O valor obtido do VCAMIX = 29,73% e VCADRC = 39,17% atenderam as
recomendações da NAPA (2002) determinando que VCAMIX seja menor que o
VCADRC.
No caso das misturas asfálticas com a participação do resíduo de
construção (RCD), o número de giros foi obtido de acordo com a NAPA (2002), que
prevê compactação com Nprojeto igual a 75 giros para agregados cuja abrasão seja
superior a 30%. As propriedades volumétricas consideradas foram similares àquelas
encontradas para as composições com o agregado de argila (Vv = 4%, VAM =
19,9%, VCAMIX = 34,12%, VCADRC = 42,61%) e todas dentro das especificações. O
teor ótimo de projeto, em conformidade com a citada norma e com a inserção de
0,3% do resíduo da fibra de Curauá, determinou-se igual a 6,82% de ligante (CAP
50/70) para as misturas SMA-RCD e SMA-RCDn.
105
4.6 ENSAIOS MECÂNICOS
Neste capítulo discutem-se os resultados atinentes à caracterização dos
materiais, dosagem das misturas asfálticas e relativos aos ensaios mecânicos de
resistência à tração (RT), módulo de resiliência (MR) e módulo dinâmico (MD).
Realizaram-se três tipos de ensaios mecânicos para a avaliação do
desempenho das misturas asfálticas SMA: (1) Resistência à Tração, (2) Módulo de
Resiliência e (3) Módulo Dinâmico.
4.6.1. Resistência a Tração
Apresentam-se os resultados da resistência à tração por compressão
diametral, referentes às composições pesquisadas (SMA-RCD, SMA-RCDn e SMA-
ASAC), segundo as temperaturas de 25, 40 e 60 °C.
No caso das misturas com a participação do resíduo de construção observa-
se: a) uma redução de 62,95% e 54,54%, quando a temperatura variou de 25°C a
40°C e de 40°C a 60°C, respectivamente, relativa às composições SMA-RCD
(Figura 45); b) para as misturas de SMA-RCDn (Figura 46), um decréscimo mais
acentuado, da ordem de 70,99% e 57,89%, respectivamente, segundo os aludidos
intervalos de temperatura; c) considerando a variação de 25°C a 60°C, valores
superiores a 83,1% para SMA-RCD e 87,78% respeitante ao revestimento SMA-
RCDn. Estudos realizados por Valença (2012), com similar material (RDC),
confirmaram a perda da RT em 55% para 25°C a 40°C, 68% de 40°C a 60°C, e
perda acentuada de 87,4% de 25°C a 60°C; e d) o valor desse parâmetro para a
mistura SMA-RCDn com 4% de nanomaterial cerâmico e na temperatura de 25°C,
superou os resultados do trabalho de SANTOS et al. (2015) usando concreto
asfáltico com CA sem modificadores (1,27 MPa), CA + 2% OMMT (0,98 MPa), CA +
3% OMMT (1,28 MPa), CA + 4% MMT (1,28 MPa); representou uma variação
positiva de 47,30%, ou seja, de 0,89 MPa para 1,31 MPa, atinente à composição
SMA-RCD. Demonstrando o quão vantajoso foi adição desse material proveniente
de subprodutos cerâmicos; e mostrou superioridade comparativa, ou seja, de
11,25% a 63,87% indicativos às composições SMA-RCD e SMA-RCDn (com 4% de
nanomaterial), respectivamente. Tais valores constam na Figura 47.
106
Figura 45: Resistência à Tração, SMA- RCD.
Figura 46: Resistência à Tração, SMA-RCDn.
0,00
0,10
0,20
0,30
0,40
0,50
0,60
0,70
0,80
0,90
1,00
Res
istê
nci
a à
Traç
ão (
MP
a)
Tipo de mistura
SMA-RCD 25° C SMA-RCD 40° C SMA-RCD 60° C
0,00
0,20
0,40
0,60
0,80
1,00
1,20
1,40
Res
istê
nci
a à
Traç
ão (
MP
a)
Tipo de mistura
SMA-RCDn 25° C SMA-RCDn 40° C SMA-RCDn 60° C
107
Figura 47 : Resistência à Tração, misturas SMA-RCDn e SMA-RCD, valor
recomendado pela EAPA (1998) e composições de SANTOS et al. (2015).
Barbosa et al. (2016).
Pertinente aos resultados para a mistura SMA-ASAC, o gráfico exibido na
Figura 48 demonstra os seguintes decréscimos da RT: de 27,53% no intervalo de
25°C para 40°C, 74% de 40°C para 60°C, e de um valor expressivo de 81,15%
relativo às temperaturas de 25°C para 60°C. Ressalta-se não ter sido encontrado na
literatura trabalhos que abordassem o ASAC em misturas do tipo SMA.
1,27
0,98
1,28
1,68
1,28
1,72
1,61
0,8 0,879
1,311
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
1,2
1,4
1,6
1,8
Res
istê
nci
a à
Traç
ão (
MP
a)
Tipo de mistura
CA (Santos et al, 2015)
CA + 2% OMMT (Santos et al, 2015)
CA + 3% OMMT (Santos et al, 2015)
CA+ 4% OMMT (Santos et al, 2015)
CA + 2% MMT (Santos et al, 2015)
CA + 3% MMT (Santos et al, 2015)
CA + 4% MMT (Santos et al, 2015)
EAPA (1998)
SMA-RCD
SMA + 4% de nanomaterial
108
Figura 48: Resistência à Tração, ASAC.
Na Figura 49 tem-se o conjunto das resistências à tração por compressão
diametral alusivo às misturas asfálticas estudadas, em que se nota claramente a
influência da temperatura de serviço nas propriedades mecânicas desses
revestimentos asfálticos. No mencionado gráfico, constata-se que, em geral, a
presença do agregado RCD indicou melhor desempenho, destacando a mistura com
a inclusão da argila em escala nanométrica. Porém, a composição confeccionada
com o ASAC (agregado graúdo) foi a que proporcionou maior RT quando submetida
a temperaturas de até 40oC, bem como menores perdas. Também se observa que
aos 25oC as misturas com o resíduo de construção apresentam resistência à tração
maior que 0,8, valor mínimo de acordo com a European Association Asphatl
Pavement (EAPA), segundo experimentos conduzidos em 2002 na malha viária
européia. Ressalta-se, ainda, que em torno de 60oC, o ligante asfáltico se apresenta
tão viscoso que não desempenha mais de forma satisfatória sua função de unir os
demais partícipes, constatado pelos baixos valores da RT para todas as
formulações.
0,00
0,10
0,20
0,30
0,40
0,50
0,60
0,70
0,80R
esis
tên
cia
à Tr
ação
(M
Pa)
Tipo de mistura
SMA-ASAC 25° C SMA-ASAC 40° C SMA-ASAC 60° C
109
Figura 49: Resistência à Tração das composições estudadas.
4.6.2 Módulo de Resiliência
Mostram-se nas Figuras 50 a 52 os resultados dos Módulos de Resiliência
(MR) das misturas estudadas (SMA-RCD, SMA-RCDn e SMA-ASAC), quando
submetidas as temperaturas de 25 e 40° C, e de acordo com 5%, 10%, 15%, 20% e
30% da Resistência à Tração (RT).
Na Figura 50, a composição com o agregado sinterizado (SMA-ASAC),
indica os valores do MR aproximadamente constantes frente a diferentes
porcentagens da RT. Em particular o citado parâmetro apresenta valores em torno
de 2700 MPa e 1200 MPa nas temperaturas de 25 e 40°C, respectivamente,
proporcionando uma diferença percentual igual a 55%. Nota-se (Figura 51) que a
mistura tendo a participação do resíduo de construção (SMA-RCD), análoga à
composição com o agregado de argila, igualmente exibe irrisória variação do Módulo
de Resiliência respeitante aos níveis de tensão aplicados. Observam-se, ainda,
valores de 2900 MPa e 950 MPa nas temperaturas de 25 e 40° C, respectivamente,
tendo-se, assim, uma diferença de 67,24%. No tocante à mistura (SMA-RCDn)
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
1,2
1,4
25° C 40° C 60° C
Res
istê
nci
a à
Traç
ão (
MPa
)
Temperatura (°C)
SMA-ASAC SMA-RCD SMA-RCDn
110
composta com o mencionado subproduto e o nanomaterial cerâmico (Figura 52)
têm-se variações do MR, notadamente a 25°C, decrescendo com o acréscimo da
porcentagem de tensão.
Figura 50: Módulo de Resiliência do ASAC
Figura 51: Módulo de Resiliência do RCD
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
5% 10% 15% 20% 30%
Mó
du
lo d
e R
esili
ênci
a (M
Pa)
Porcentagem da RT
SMA-ASAC 25°C SMA -ASAC 40°C
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
5% 10% 15% 20% 30%
Mó
du
lo d
e R
esili
ênci
a (M
Pa)
Porcentagem da RT
SMA-RCD 25°C SMA-RCD 40°C
111
Figura 52: Módulo de Resiliência do RCD
Visando confrontar os resultados, incluiu-se na Figura 53 o conjunto dos
dados apresentados individualmente nas Figuras de 50 a 52 que demonstraram: a)
decréscimos do MR com o aumento da temperatura; b) melhor desempenho elástico
das SMA-RCDn respeitante às demais, a 5% da Resistência à Tração e temperatura
de 25°C; c) diminuição do MR de 69,9° C (SMA-RCD), 73,3% (SMA-RCDn) e 57,7%
(SMA-ASAC), da temperatura inicial referente a 40°C a 5% da RT; d) quando
aplicado 10% da RT e na maior temperatura, redução do MR em torno de 56,4%
(SMA-ASAC), 68,2% (SMA-RCD) e 69,7% (SMA-RCDn); e) referente a 15% da RT
e a 40°C, ocorreu redução em todas as misturas, de 52,9% (SMA-ASAC), 67,1%
(SMA-RCD) e 63,2% (SMA-RCDn), sendo mais acentuada para a mistura sem a
inclusão do nanomaterial; f) consoante à aplicação de 20%, decréscimo do MR à
temperatura de 40°C, nas percentagens de 56,3% (SMA-ASAC), 64,8% (SMA-RCD)
e 64,9% (SMA-RCDn); g) diminuição do MR à temperatura de 40°C, segundo os
valores de 52,4% (SMA-ASC), 62% (SMA-RCD) e 61,9% (SMA-RCDn), para 30% da
RT; e h) nas misturas SMA-ASAC, quando submetidas a todas às tensões (5% a
30% da RT), decréscimos do MR superiores a 52%, com a elevação da temperatura.
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
5% 10% 15% 20% 30%
Mó
du
lo d
e R
esili
ênci
a (M
Pa)
Porcentagem da RT
SMA-RCDn 25°C SMA-RCDn 40°C
112
Figura 53: Módulo de Resiliência das misturas SMA-ASAC, SMA-RCD e SMA-RCDn
a 25°C e 40°C
Objetivou-se igualmente confrontar os resultados determinados no trabalho
em pauta com os dados constantes na literatura. Porém, tivemos dificuldades,
considerando a existência de poucos ensaios de módulo de resiliência na
temperatura de 40°C e em diversas percentagens da RT. Dessa pesquisa
destacamos o estudo de Valença (2012) empregando brita granítica, resíduos de
construção, como agregados graúdos, e a fibra do Curauá. Pelas Figuras 54 e 55, e
segundo condições similares de ensaio (porcentagem da RT e temperatura), verifica-
se análogo comportamento do MR alusivo à variação de temperatura; assim como
similar valor do MR nas misturas com RCD, de grandeza semelhante ao ASAC,
destacando-se todos em relação a tradicional brita.
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
5% 10% 15% 20% 30%
Mó
du
lo d
e R
esili
ênci
a (M
Pa)
Porcentagem da RT
SMA-ASAC 25°C SMA -ASAC 40°C SMA-RCD 25°C
SMA-RCD 40°C SMA-RCDn 25°C SMA-RCDn 40°C
113
Figura 54: Módulo de Resiliência x Temperatura das misturas (5% da RT)
Figura 55: Módulo de Resiliência x Temperatura das misturas (30% da RT)
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
25 C 40 C
Mó
du
lo d
e R
esili
ênci
a (M
Pa)
Temperatura (° C)
SMA-ASAC SMA-RCDSMA-RCDn SMA-RCD, Valença (2012)SMA-BRITA Valença (2012)
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
25 C 40 C
Mó
du
lo d
e R
esili
ênci
a (M
Pa)
Temperatura (° C)
SMA-ASAC SMA-RCD
SMA-RCDn SMA-RCD, Valença (2012)
SMA-BRITA Valença (2012)
114
4.6.3 Módulo Dinâmico
A avaliação das misturas asfálticas (SMA-ASAC, SMA-RCD e SMA-RCDn)
pelo módulo dinâmico efetivou-se pelo ensaio a compressão com deformação
controlada nas temperaturas de 5°C, 25°C e 40°C, cujos resultados (Módulo
Dinâmico ǀE*ǀ e ângulos de fase ()) constam nas Tabelas 22 e Figuras 56 a 58.
Relativo à mistura SMA-ASAC, tem-se na Figura 56 os valores pontuais do
Módulo Dinâmico ǀE*ǀ e do Ângulo de Fase (), em função das frequências e das
temperaturas. Verifica-se, nesse gráfico, que o valor do Módulo Dinâmico cresce
com o aumento da frequência de aplicação de carga e com a redução da
temperatura. Comparando os seus pontos mais extremos, ǀE*ǀ = 1654 MPa na
temperatura de 5°C (frequência de 25 Hz) e ǀE*ǀ = 386,4, MPa na temperatura de
40°C (frequência de 0,5 Hz), nota-se uma diferença que representa uma variação na
rigidez do material de mais de 4 vezes (4,2), que pode ser visivelmente observado
na Figura 57. Neste gráfico de barras, como esperado, os resultados mostraram uma
diminuição gradual do módulo dinâmico com o aumento das temperaturas, bem
como maiores valores relativos à alta frequência (25 Hz), reduzindo com a
diminuição da mesma (0,1 Hz). Silva (2011) em seu estudo sobre o concreto
asfáltico com o ASAC obteve resultados em que a variação da rigidez do material
atingiu 13,7 vezes, para o intervalo de temperatura de - 5° C a 40° C.
Figura 56: Módulo Dinâmico, mistura SMA-ASAC.
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
1600
1800
0,1 1 10 100
ǀE*ǀ
(M
Pa)
Frequência (Hz)
Temp 5
Temp 25
Temp 40
115
Figura 57: Módulo Dinâmico x frequência, mistura SMA-ASAC.
Avaliando-se os ângulos de fase () das composições SMA-ASAC constata-
se na Figura 58 que o maior valor ocorreu na temperatura de 40° C, correspondente
a 21,0°, e o menor valor igual a 7,87 ° na temperatura de 5° C. Verifica-se, também,
que o decréscimo desse parâmetro incidiu com aumento da frequência,
principalmente em baixas temperaturas. Porém, na temperatura de 40°C os
resultados mostraram-se opostos, ou seja, os ângulos de fase aumentaram com
aumento das frequências. Segundo XIE (2006), nas temperaturas altas predomina o
efeito da matriz pétrea dos agregados.
Figura 58: Ângulos de fase x frequência, mistura SMA-ASAC.
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
1600
1800
25 10 5 1 0,5 0,1
Módulo
Din
âm
ico (
MP
a)
Frequência Hz
SMA-ASAC 40° C
SMA-ASAC 25° C
SMA-ASAC 5° C
0
5
10
15
20
25
25 10 5 1 0,5 0,1
Ângulo
de f
ase (
°)
Frequência (Hz)
SMA-ASAC 40° C
SMA-ASAC 25° C
SMA-ASAC 5° C
116
A curva mestra das misturas SMA-ASAC determinou-se a partir da curva
principal. Foi construída para uma temperatura de referência e utilizou-se o princípio
da sobreposição tempo x temperatura os valores de MD são deslocados em
relação à frequência de carregamento até se fundirem em uma única curva,
conforme evidenciado na Figura 59. Os fatores de translação horizontal (αt) usados
para construção dessa curva são expostos na Tabela 22.
Figura 59: Curva mestra para o Módulo Dinâmico, mistura SMA-ASAC.
Ao observarmos a curva mestra da mistura SMA-ASAC verificou-se que
obtivemos valores de |E*| para frequências muito baixas e muito altas, que
dificilmente conseguiríamos experimentalmente, em função das limitações existentes
nos equipamentos. Da mesma forma podemos definir intervalos de temperatura
diferentes dos ensaiados com a utilização da referida curva.
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
1600
1800
0,00
01
0,00
10
0,01
00
0,10
00
1,00
00
10,0
000
100,
000
0
1.00
0,00
00
ǀE*ǀ
(M
Pa)
Frequência reduzida (Hz)
Temp 5° C
Temp 25° C
Temp 40° C
117
Tabela 22
Fator de translação horizontal, Módulo Dinâmico, mistura SMA-ASAC.
Os valores alusivos às misturas com o resíduo de construção (SMA-RCD)
estão apresentados no gráfico da Figura 60. Notam-se, resultados semelhantes
àqueles calculados para as composições com o material sinterizado, ou seja, Módulo
Dinâmico crescente com o aumento da frequência e diminuição da temperatura.
Analisando os pontos mais extremos (Figura 61), ǀE*ǀ = 7608 MPa na temperatura de
5°C (frequência de 25 Hz) e o menor valor ǀE*ǀ = 926,8 MPa na temperatura de 40°
C (frequência de 0,1 Hz), têm-se uma variação de rigidez do material superior a 8
vezes. Tais resultados confirmam o decréscimo gradual do MD com o aumento tal
como da temperatura e sua redução escalonada com a frequência.
Temperatura
(T)
shift factor
(αT)
Frequência
reduzida (ῶ),
Hz
Módulo
Dinâmico
(ǀE*ǀ),MPa
1,2 1040
5,8 1189
11,5 1259
57,5 1470
115,0 1561
287,5 1654
0,1 731,9
0,5 888,6
1,0 961,5
5,0 1176
10,0 1264
25,0 1359
0,001 329,2
0,004 386,4
0,008 424,1
0,04 608,2
0,1 682,3
0,2 820
1
11,5
0,0078
5° C
25° C
40° C
118
Figura 60: Módulo Dinâmico, mistura SMA-RCD.
Figura 61: Módulo Dinâmico x frequência, mistura SMA- RCD.
Examinando os ângulos de fase () verificou-se que o maior ângulo ocorreu
na temperatura de 25° C, correspondente a 27,21 graus, e o menor valor de 13,53
graus na temperatura de 5° C (Figura 62). Resultado atípico ocorreu em relação ao
0,00
2000,00
4000,00
6000,00
8000,00
10000,00
12000,00
0,10 1,00 10,00 100,00
ǀE*ǀ
(M
Pa)
Frequência (Hz)
Temp 5° C
Temp 25° C
Temp 40° C
0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
7000
8000
25 10 5 1 0,5 0,1
Módulo
Din
âm
ico (
MP
a)
Frequência Hz
SMA-RCD 40° C
SMA-RCD 25° C
SMA-RCD 5° C
119
ângulo de fase que aumentou com a diminuição das frequências (25Hz para 1Hz) e
somente depois decresceu. Apresentam-se para a mistura em apreço a curva
mestra na Figura 62 e os fatores de translação horizontal na Tabela 23.
Figura 62: Ângulos de fase x frequência, mistura SMA-RCD.
Figura 63: Curva mestra para o módulo dinâmico, mistura SMA-RCD.
0
5
10
15
20
25
30
25 10 5 1 0,5 0,1
Ângulo
de f
ase (
°)
Frequência (Hz)
SMA-RCD 40° C
SMA-RCD 25° C
SMA-RCD 5° C
0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
7000
8000
0,01
00
0,10
00
1,00
00
10,0
000
100,
000
0
1.00
0,00
00
ǀE*ǀ
(MP
a)
Frequencia Reduzida (Hz)
Temp 5° C
Temp 25° C
Temp 40° C
120
Comportamento similar ocorreu com a mistura SMA-RCD, em relação a
curva mestra, onde pode-se obter valores do módulo dinâmico para frequências
entre 0,01Hz e 1000Hz, quase impossível de determinar experimentalmente.
Tabela 23
Fator de translação horizontal, módulo dinâmico, mistura SMA-RCD.
No caso das misturas asfálticas com a participação do nanomaterial cerâmico
(SMA-RCDn), os valores referentes ao Módulo Dinâmico e Ângulo de Fase estão
expostos nas Figuras 64, 65 e 66. Analisando-se os pontos mais extremos do
Módulo Dinâmico (Figura 64), quais sejam ǀE*ǀ = 10410 MPa na temperatura de 5° C
(frequência de 25 Hz) e ǀE*ǀ = 983,2 MPa na temperatura de 40° C (frequência de
0,1 Hz), têm-se uma diferença representativa da mudança de rigidez do material em
torno de 11 vezes (10,6). A formulação em pauta mantém o comportamento similar
das demais composições, quanto à diminuição do módulo dinâmico com o acréscimo
da temperatura (Figura 65).
Temperatura
(T)
shift factor
(αT)
Frequência
reduzida (ῶ),
Hz
Módulo
Dinâmico
(ǀE*ǀ),MPa
2,5 2715
12,5 3784
25,0 4350
125,0 5956
250,0 6636
625,0 7608
0,1 1002
0,5 1593
1,0 1946
5,0 3217
10,0 3782
25,0 4577
0,045 926,8
0,2 1319
0,5 1541
2,3 2533
4,5 3019
11,3 3780
1
25
0,45
5° C
25° C
40° C
121
Figura 64: Módulo Dinâmico, mistura SMA-RCDn.
.
Figura 65: Módulo Dinâmico, mistura SMA-RCDn.
Na Figura 66, atinente aos resultados dos ângulos de fase, é notório seu
aumento gradual na medida em que diminui a frequência, nas temperaturas de 5° C
e 25°. Ressalta-se, ainda, que a 40° C esse parâmetro se mantém estável nas
0,00
2000,00
4000,00
6000,00
8000,00
10000,00
12000,00
0,10 1,00 10,00 100,00
ǀE*ǀ
(M
Pa)
Frequência (Hz)
Temp 5° C
Temp 25° C
Temp 40° C
0
2000
4000
6000
8000
10000
12000
25 10 5 1 0,5 0,1
Módulo
Din
âm
ico (
MP
a)
Frequência Hz
SMA-RCDn 40° C
SMA-RCDn 25° C
SMA-RCDn 5° C
122
quatro (4) primeiras frequências e na sequência mostra discreto decréscimo; bem
como o maior e menor seu valor ocorreram na temperatura de 25° C (28,07°) e
11,18° (5° C), respectivamente. A curva mestra da mistura SMA-RCDn é
evidenciada na Figura 67 e os fatores de translação horizontal na Tabela 24.
Figura 66: Ângulos de fase x frequência, mistura SMA-RCDn.
Figura 67: Curva mestra para o módulo dinâmico, mistura SMA-RCDn.
.
0
5
10
15
20
25
30
25 10 5 1 0,5 0,1
Ângulo
de f
ase (
°)
Frequência (Hz)
SMA-RCDn 40° C
SMA-RCDn 25° C
SMA-RCDn 5° C
0,00
2000,00
4000,00
6000,00
8000,00
10000,00
12000,00
0,0 0,1 1,0 10,0 100,0 1.000,0 10.000,0
ǀE*ǀ
(M
Pa)
Frequência reduzida (Hz)
Temp 5° C
Temp 25° C
Temp 40° C
123
Tabela 24
Fator de translação horizontal, módulo dinâmico, mistura SMA-RCDn.
Na Tabela 25 apresentam-se de forma unificada todos os resultados das
misturas asfálticas estudadas respeitantes aos módulos dinâmicos e, na sequência,
as curvas mestras na Figura 68.
Consoante a citada tabela 25, verificam-se nas temperaturas a 25°C e,
sobretudo, na de 40ºC, muito frequente em nossa cidade, praticamente em todas as
frequências, valores do Módulo Dinâmico |E*| das misturas SMA-RCD e SMA-RCDn
muito próximas e elevados em relação aos resultados da mistura SMA-ASAC.
Porém, com o decréscimo da temperatura e aumento das frequências, a mistura
SMA-RCDn (5°C; 25Hz) apresentou rigidez 1,4 vezes maior atinente à mistura SMA-
RCD e 11,2 vezes respeitante à mistura SMA-ASAC. Nota-se, ainda, o
comportamento das formulações estudadas na mais alta temperatura e menor
Temperatura
(T)
shift factor
(αT)
Frequência
reduzida (ῶ),
Hz
Módulo
Dinâmico
(ǀE*ǀ),MPa
18,0 4223,00
90,0 5758,00
180,0 6495,00
900,0 8372,00
1.800,0 9241,00
4.500,0 10410,00
0,1 983,20
0,5 1471,00
1,0 1753,00
5,0 2984,00
10,0 3596,00
25,0 4508,00
0,045 1020,00
0,2 1294,00
0,5 1459,00
2,3 2359,00
4,5 2834,00
11,3 3576,00
40° C 0,45
5° C 180
25° C 1
124
frequência (40ºC; 0,1Hz) com os seguintes valores: E*| = 329,2 MPa (SMA-ASAC),
|E*| = 926,8 MPa (SMA-RCD) e |E*| = |E*|= 1020 MPa (SMA-RCDn). Demonstra-se,
portanto, que a composição SMA-RCDn se manteve mais rígida frente às demais e,
consequentemente menos sujeitas às deformações permanentes.
Os resultados também confirmaram que na menor temperatura (5° C) e maior
frequência (25 Hz) a mistura SMA-RCDn atingiu rigidez bem superior ao
revestimento do tipo SMA-ASAC. Se tomar como referência o valor de |E*| = 10.410
MPa relativo à mistura SMA-RCDn, a composição SMA-ASAC, que registrou valor
de |E*| = 1.654 MPa, aquela revela-se cerca de 6,3 vezes mais rígida, de tal modo,
mais susceptível ao trincamento por fadiga. Na mais alta temperatura e menor
frequência (40º C e 0,1Hz), as composições SMA-RCDn e SMA-ASAC alcançaram
valores iguais a |E*| = 1.020 MPa e |E*| = 329,2 MPa, respectivamente. Por
conseguinte, revelando que a formulação com o nanomaterial é três (3) vezes mais
rígida concernente à mistura asfáltica tendo a participação do agregado de argila,
logo, também, menos susceptível às deformações permanentes.
Tabela 25
sConjunto dos Módulos dinâmicos, misturas estudadas.
Temperatura
(T)
Frequência
(ω), Hz
Módulo
Dinâmico
SMA-ASAC
(ǀE*ǀ),MPa
Módulo
Dinâmico
SMA-RCD
(ǀE*ǀ),MPa
Módulo
Dinâmico SMA-
RCDn
(ǀE*ǀ),MPa
0,1 1040 2715 4223,0
0,5 1189 3784 5758,0
1 1259 4350 6495,0
5 1470 5956 8372,0
10 1561 6636 9241,0
25 1654 7608 10410,0
0,1 731,9 1002 983,2
0,5 888,6 1593 1471,0
1 961,5 1946 1753,0
5 1176 3217 2984,0
10 1264 3782 3596,0
25 1359 4577 4508,0
0,1 329,2 926,8 1020,0
0,5 386,4 1319 1294,0
1 424,1 1541 1459,0
5 608,2 2533 2359,0
10 682,3 3019 2834,0
25 820 3780 3576,0
5° C
25° C
40° C
125
Figura 68: Conjunto das curvas mestras, misturas estudadas.
A importância da construção das curvas mestras bem representativa
permite ampliar o intervalo de dados relativos a frequência ou a temperatura,
possibilitando inclusive interpolar qualquer combinação de frequência e temperatura
para obtenção dos resultados.
Quanto ao comportamento do ângulo de fase dos materiais alternativos,
observou-se que aumentaram com a temperatura, até um determinado ponto,
indicando aumento da predominância viscosa do material que está
proporcionalmente ligada as deformações permanentes.
Para cada frequência, o ângulo de fase aumenta com a temperatura até
atingir determinado patamar, o que indica aumento da predominância viscosa do
material, que está proporcionalmente ligada as deformações permanentes.
0
2000
4000
6000
8000
10000
12000
0,0 0,0 0,1 1,0 10,0 100,0 1.000,0 10.000,0
ǀE*ǀ
(M
Pa)
Frequência reduzida (Hz)
SMA-ASAC
SMA-RCD
SMA-RCDn
126
CONCLUSÃO
Após analisar o comportamento mecânico das misturas asfálticas do tipo
SMA, com a participação de materiais alternativos como o ASAC e o RCD, bem
como o resíduo cerâmico (nanomaterial) e a fibra do Curauá, conclui-se:
1) Influência da temperatura nos parâmetros mecânicos (RT, MR e MD) das
misturas asfálticas pesquisadas (SMA-RCD, SMA-RCDn e SMA-ASAC);
2) Modificações no comportamento mecânico quando variou-se a
porcentagem da resistência à tração;
3) Quanto à resistência à tração por compressão diametral, todas as
composições com RCD indicaram valores acima do mínimo recomendado pela
European Association Asphatl Pavement e menores valores com o aumento da
temperatura. Verificou-se também maiores valores, à temperatura de 25oC, para as
misturas com o resíduo de construção e demolição. Contudo, às formulações com o
agregado sinterizado de argila calcinada apresentaram menores perdas quando
submetidas a variação de 25oC a 60 oC. Ressalta-se que a adição do nanomaterial
mostrou-se extremamente vantajosa na temperatura de 25 oC;
4) Referente ao Módulo de Resiliência, o conjunto das misturas asfálticas
exibiram decréscimos com o aumento da temperatura. Destaca-se que, as misturas
SMA-ASAC, quando submetidas a todas às porcentagens de tensões da resistência
à tração, apontaram, em geral, maiores valores na temperatura de 40oC e menores
reduções com a elevação da temperatura. Salienta-se, ainda, que os menores
resultados ocorreram tendo a participação do nanomaterial.
5) Alusivo ao Módulo de Dinâmico, os resultados apontam, mormente na
temperatura de 40ºC, independente da frequência, valores similares das
composições com a participação do resíduo da construção civil e maiores valores
relativo às formulações com o agregado de argila. Explicita-se, igualmente, o ganho
no desempenho das misturas asfálticas do tipo SMA-RCDn na mais alta temperatura
127
e menor frequência. Portanto, exibindo uma maior rigidez frente às demais misturas.
No tocante aos ângulos de fase, este mostrou, em geral, seu aumento na medida em
que diminuiu a frequência, independente da variação da temperatura.
6) Salienta-se a importância de se avaliar o comportamento das misturas
asfálticas quanto aos citados parâmetros, que balizam o desempenho mecânico em
campo. Porém, envidar esforços para reduzir a participação de materiais naturais
nessas composições. Neste caso, a utilização de subprodutos - caso dos resíduos
empregados, preserva os materiais finitos e contribui com o meio ambiente por meio
do seu reaproveitamento.
O estudo das características mecânicas dos compósitos com materiais
alternativos é bastante abrangente e com excelentes perspectivas de aplicação na
pavimentação asfáltica da nossa região. Visando aprimorar os resultados
encontrados, sugere-se:
a) Realizar ensaios em uma menor intervalo de temperatura incluindo as
temperaturas elevadas de nossa região, bem como experimentos relativos a vida de
fadiga com as composições estudadas.
b) Analisar o comportamento mecânico com a inclusão de ligantes
modificado por polímeros.
c) Avaliar o uso de modelos matemáticos e recursos computacionais para
ajustar a frequência e temperatura das curvas mestras.
d) Executar trechos experimentais com a utilização dos materiais alternativos
para avaliar o desempenho em campo.
e) Realizar estudos para correlacionar o Modulo Dinâmico com o Módulo de
Resiliência nos mesmos níveis de temperatura.
128
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