CBUQ x PMF

Em pavimentos flexíveis pode ser utilizado misturas a quente ou misturas a frio. Entre as misturas a quente, a mais utilizada é o CBUQ (Concreto Betuminoso Usinado a Quente). Já entre as misturas a frio o PMF (Pré-Misturado a Frio) é a mais conhecida. Quais são as diferenças principais entre as misturas? Quando é recomendado utilizar cada uma?

Em ambas as misturas asfálticas a composição é formada por agregados minerais (britas, pó-de-pedra, filler) e um ligante asfáltico que os unem. A classificação mais comum é dividir em quente ou frio, no entanto a principal diferença é o ligante asfáltico. Este influencia os demais parâmetros da mistura. No CBUQ, o ligante CAP (cimento asfáltico de petróleo) é um produto semi-sólido em temperatura ambiente que necessita deste aquecimento para possibilitar a sua mistura com os agregados. Já para o PMF é necessário emulsionar o ligante asfáltico em água, obtendo uma emulsão asfáltica catiônica, com propriedades que permitem melhor adesividade com os agregados.

      O CBUQ é produzido em uma Usina de Asfalto em processo a quente, enquanto o PMF é produzido em temperatura ambiente em uma Usina de Pré-Misturado a Frio, conhecido também como Usina de Solos, que é muito mais simples. Dotada apenas de silos de recebimento de agregados, correias dosadoras e misturador, a Usina de Solos não necessita de todo o sistema de secagem, mistura, filtragem e automação de uma Usina de Asfalto a Quente convencional.

Esquema de funcionamento de uma Usina de Solos

 

Usina de Solos em Operação

 

Esquema de funcionamento de uma Usina de Asfalto a Quente

 

Usina de Asfalto em operação

 

 

O CBUQ é uma mistura entre agregados minerais (aproximadamente 95%) e o CAP (aproximadamente 5%). Os agregados mais utilizados são as britas e o pó-de-pedra, cuja função no pavimento é a resistência mecânica e estabilidade da mistura. Já CAP tem função de promover a aglutinação, flexibilidade, impermeabilidade e durabilidade da mistura asfáltica. O CBUQ é classificado de acordo com a curva granulométrica dos agregados que a compõe, podendo ter graduação densa, aberta, uniforme ou descontínua.

O CAP é um material termosensível cuja utilização deve obedecer sua curva viscosidade/temperatura. Por esta razão, é necessário muito cuidado com a temperatura de usinagem. Se a temperatura subir excessivamente há um dano as propriedades do CAP, que se oxida precocemente, alterando sua constituição e reduzindo a vida útil do material asfáltico recém produzido. O CAP é classificado de acordo com a sua consistência medida por penetração de agulha a 25°C (CAP 30/45, CAP 50/70, etc) em décimos de milímetro. A composição da mistura asfáltica em relação ao CAP utilizado e as propriedades dos agregados disponíveis em determinada obra deve ser regida por estudos e projetos específicos. O CAP é armazenado aquecido em tanques junto às Usinas de Asfalto, mantido em temperaturas entre 145°C e 155°C.

No PMF, o ligante que une os agregados graúdos e miúdos é a emulsão asfáltica, uma dispersão do CAP em fase aquosa estabilizada com tensoativos. Pode ser utilizada na mistura com agregados úmidos, ao contrário do CAP em uma mistura a quente onde há necessidade de secagem dos materiais pétreos para que haja a aderência do ligante com os agregados. Dependendo da origem mineral do agregado é necessário adicionar cal para que haja adesividade com o CAP.

Um período de cura para o PMF é necessário para que a capacidade adesiva do ligante seja mantida. A emulsão asfáltica pode ter inúmeras composições, classificadas de acordo com tempo de ruptura (ligante asfáltico se separa da água para aderir ao agregado), teor de asfalto e a presença de material de reforço tal como polímeros. Já o PMF pode ser classificado em mistura aberta, semi-densa e densa. As PMFAs (pré-misturados a frio abertas) tem um alto teor de vazios (Vv > 22%) e tem como característica o atrito entre as partículas e uma pequena parcela de película ligante. Acrescentando material fino há uma diminuição do teor de vazios e a mistura se transforma em um PMFsD (pré-misturado a frio semi-denso) ou PMFD (pré-misturado a frio denso), tendo assim seu comportamento orientado pelo mastique asfáltico, que é o material de consistência fluída resultante da mistura do agregado mineral graduado com o ligante.

Em comparação com as misturas a quente, o PMF necessita de um maior volume de vazios para que a água evapore. Há maior desgaste ao uso e envelhecimento acelerado em comparação com o CBUQ, por estar mais sensível a ação da água e do ar. Inúmeros estudos comprovam que o número de repetições de carga para romper um corpo de prova é muito maior para um CBUQ do que para um PMF. Alguns valores de estabilidade Marshall só podem ser atingidos pelo CBUQ. O PMF apresenta limitações para aplicação em rodovias, principalmente quando há previsão de cargas pesadas circulando sobre o pavimento.

A recomendação de aplicação do PMF é ser utilizado em vias com baixo volume de tráfego e em camadas intermediárias da estrutura do pavimento, obedecendo a uma criteriosa dosagem da mistura. Pode ser incorporado polímero na emulsão, melhorando as propriedades em relação a estabilidade da mistura. Há tendência de desagregação da superfície, que pode ser protegida através de um tratamento superficial. É importante também examinar o projeto de drenagem, para que a água escoe e não desagregue o material.

Equivocadamente, o PMF vem sendo utilizado em rodovias com tráfego pesado em diversos Estados do Brasil. Embora o PMF tenha custo bastante inferior a uma mistura asfáltica a quente e seja muito mais fácil de produzir, a sua aplicação não pode substituir o CBUQ em vias de tráfego mais pesado. Outro erro também é aplicar o PMF por espalhamento com o uso de motoniveladoras. A qualidade obviamente fica muito abaixo de um CBUQ aplicado por vibroacabadora.

 

PMF espalhado por motoniveladora

 

CBUQ aplicado por vibroacabadora

 

Em relação a custos, o PMF é cerca de 50% mais barato do que o CBUQ, com algumas variações conforme a região do Brasil. Portanto, a questão de escolher entre um e outro depende do porte e das características da obra. Uma mistura asfáltica a quente terá qualidade e resistência superior em relação a mistura a frio. Entretanto se o PMF apresenta um traço bem projetado, com a correta dosagem e com rigoroso controle tecnológico pode ser uma ótima alternativa para vias com baixo volume de tráfego.

 

 

 

Rodovias Pavimentadas e Não-Pavimentadas no Brasil: a saída pelas concessões

O retrato de nosso atraso em infraestrutura e em rodovias são os números divulgados por órgãos técnicos do governo em relação a nossas estradas. No Brasil, apenas 12% das rodovias são pavimentadas. E deste 12%, praticamente a metade necessita de um reparo de manutenção corretiva ou mesmo de uma intervenção estrutural.

Se compararmos com os Estados Unidos, um país que tem apenas 15% a mais de área territorial, a diferença em relação a extensão da malha viária é 369% superior. Se considerarmos que os EUA têm 65% de suas rodovias pavimentadas enquanto o Brasil tem apenas 12%, a diferença entre a extensão da malha pavimentada americana com a brasileira é 20 vezes maior.

Das rodovias pavimentadas no Brasil, aproximadamente 58% estão em estado regular, ruim ou péssima. Isto significa que dos 210.200 km pavimentados, cerca de 121.800 km necessitam ser recuperados imediatamente.

 

Estes números comprovam o atraso em que nos encontramos. Uma das tantas razões que levaram o Brasil a uma crise econômica foi a falta de capacidade do governo em alavancar projetos de infraestrutura. Além da precariedade da infraestrutura viária, há falta projetos em ferrovias, hidrovias e de modernização dos portos e aeroportos. No caso de rodovias ocorreram inúmeros atrasos de projetos e execução. Em 2015 a grande parte das obras públicas diminuíram o ritmo de trabalho ou pararam em função da falta de pagamento do governo federal. O que é uma vergonha para um país com seríssimos problemas de infraestrutura e que busca o desenvolvimento econômico e social.

As únicas obras que não tiveram o seu ritmo diminuído foram as concessões privadas. Para o Brasil buscar o caminho do crescimento novamente, a saída é conceder para a iniciativa privada as grandes obras de infraestrutura. Não há dúvidas de que para o Brasil o modelo de concessões é a melhor alternativa para que os projetos saiam do papel e o gargalo em infraestrutura seja diminuído. Definitivamente, alavancar obras através da gestão pública é um modelo fracassado em nosso país.

Abaixo, fotos tiradas em 2015 na execução da obra da BR-163, no Mato Grosso, pela Concessionária Rota do Oeste. Nesta obra, o que há de mais moderno em tecnologia de pavimentação está em operação:

 

1: ROLO COMPACTADOR DE 20 TONELADAS: A cultura na compactação brasileira é a utilização de rolos da faixa de 11 toneladas de peso operacional para a compactação do subleito e de camadas de base. Rolos com peso operacional superior tem sido utilizado em grandes obras, onde há demanda por maior produção. Mesmo em solos coesivos, a utilização de rolos de 20 ton tem garantido compactação com espessuras mais espessas, o alcance do grau de compactação com menor número de passadas e redução de custos operacionais pela capacidade em substituir dois ou mais rolos de menor peso operacional. As dimensões do equipamento de 11 ton para o de 20 ton são similares, não acarretando nenhum contratempo em relação a transporte e mobilização.

 

2: PAVIMENTADORA DE ASFALTO COM SISTEMA DE NIVELAMENTO E PRÉ-COMPACTAÇÃO: em tese todas as vibroacabadoras (ou pavimentadoras) de asfalto são máquinas dotadas de sistema de nivelamento para aplicar a camada asfáltica com regularidade e inclinação pré-definida. Porém ainda há pouco treinamento e falta de conhecimento quanto à configuração ideal da máquina para que o serviço seja executado com qualidade.

Uma configuração que agrega uma grande precisão na aplicação do nivelamento é a utilização de múltiplos sensores ultrassônicos, montados em uma haste lateral à pavimentadora. O somatório e a média das leituras de todos os sensores repassam dados de nivelamento sem distorções, mesmo que por ventura haja algum desnível sobre a camada fresada. Fornece um nível de referência longo e contínuo, sem a necessidade de referências artificiais tais como fio-guias esticados em estacas.

 

 

 

As pavimentadoras de asfalto que trabalham na BR-163 estão equipadas com uma mesa compactadora com sistema de pré-compactação por barras de pressão, um dispositivo que aplica maior força sobre a camada asfáltica de modo a deixá-la com um alto grau de compactação. Desta maneira, é possível reduzir as passadas dos rolos compactadores de asfalto, minimizando riscos de operar um cilindro vibratório sobre material frio após a temperatura do asfalto cair.

 

 

3: COMPACTAÇÃO ASFÁLTICA: etapa da obra onde ocorrem erros comuns por seguir métodos ultrapassados, é preciso ter atenção especial em relação a sequência de rolagem, temperatura do material e aos próprios rolos compactadores. A primeira passada está sendo executada com o rolo liso duplo vibratório tandem, com o rolo de pneus finalizando e dando o acabamento superficial à camada. O rolo de pneu possui sistema de controle de pressão para que haja total contato, agregando qualidade na finalização.

 

4: FRESAGEM ASFÁLTICA: na recuperação da pista já existente, a remoção da camada asfáltica envelhecida e deteriorada ocorre através do uso de fresadora de asfalto de grande porte. Com 2,0 metros de largura de trabalho e altíssima velocidade de execução, permite que a pista seja rapidamente liberada para o recapeamento.

 

 

 

5: RECICLAGEM DE ASFALTO: em alguns trechos foi necessário reforçar estruturalmente o pavimento através da Reciclagem de Asfalto com a adição de cimento, aumentando a capacidade de suporte. O cimento é espalhado na taxa correta através de um equipamento especial, o espargidor e distribuidor Streumaster, e na sequência a Recicladora corta, tritura, mistura e torna homogêneo todo o material da camada de base e da capa de rolamento, dentro da profundidade de trabalho selecionada, transformando em uma nova e reforçada camada apta a resistir aos esforços oriundos do tráfego.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Vida útil do pavimento e de sua estrutura

Nos países onde há uma melhor qualidade na construção e manutenção de rodovias, a vida útil estimada para as respectivas camadas do pavimento são as seguintes:

·         Subleito compactado: de 50 a 100 anos

·         Camadas estruturais de sub-base e base: de 40 a 50 anos

·         Camada asfáltica de binder ou ligação: de 15 a 20 anos

·         Camada asfáltica de rolamento: de 10 a 15 anos

·         Rodovias em concreto: de 30 a 50 anos

 

 

Embora os valores pareçam exagerados, são possíveis de serem atingidos mesmo em um país com uma cultura de má qualidade nas construções rodoviárias como o Brasil (infelizmente esta é a nossa realidade).  Erros de projetos e de execução, além do uso de material de baixa qualidade, acentuam ainda mais os problemas de conservação dos pavimentos e de toda a sua estrutura. Alguns cuidados podem melhorar consideravelmente a vida útil de uma nova rodovia a ser construída:

1)      PROJETO: houve uma sondagem correta do solo antes da elaboração do projeto? Qual foi o distanciamento padrão entre os furos e a quantidade dos mesmos? As cargas consideradas para o projeto são condizentes com o volume de tráfego? Há possibilidade de aumento do volume deste tráfego para o futuro? As camadas foram dimensionadas corretamente em acordo com o volume de tráfego previsto? O projeto de mistura asfáltica foi devidamente elaborado de acordo com as características dos insumos disponíveis no local da obra? É necessário reforçar a mistura asfáltica com alguma adição em sua composição, por exemplo, com cal, polímeros, etc?

 

2)      EXECUÇÃO: o subleito está sendo devidamente compactado? As camadas estruturais de sub-base e base estão sendo construídas corretamente? A produção da mistura asfáltica é realizada com qualidade, de forma homogênea e preservando as características dos materiais? A logística entre usina e obra está bem dimensionada de maneira a proporcionar uma alimentação constante de materiais? A aplicação da camada asfáltica na pista é executada com precisão e nivelamento adequado? A compactação asfáltica é realizada da maneira correta, de forma homogênea e sem danificar o material?

 

3)      QUALIDADE DOS MATERIAIS: quais são os tipos e as propriedades dos agregados utilizados nas camadas de base e asfáltica? são provenientes de pedreiras ou estão em seu estado natural? Quais são as especificações do ligante asfáltico utilizado? Há controle tecnológico através de laboratório do processo de usinagem asfáltica?

Muitas rodovias acabam sofrendo com o excesso de carga aplicada, superando os valores para o qual foram projetadas, especialmente em países como o Brasil onde há uma predominância do transporte rodoviário pesado. Para estes casos, a Reciclagem de Asfalto é a solução técnica para promover o reforço estrutural de forma rápida e com reaproveitamento de 100% do material existente, adicionando cimento e/ou espuma de asfalto com o objetivo de melhorar as características da camada quanto a capacidade de suporte e resistência a forças de flexão.

 

A importância do treinamento para operadores

As empresas do setor de pavimentação investem milhões em maquinários para a execução das obras, mas continuam cometendo falhas na hora de selecionar e treinar os operadores. Os resultados são prejuízos financeiros, atrasos de cronograma e comprometimento da qualidade da obra.

Um operador preparado e bem treinado garante um resultado de qualidade e a preservação física do equipamento. É comum ver muitos erros de aplicação em função da falta de treinamento e qualificação dos operadores de maquinário.

 

Rolos Compactadores de Solos: é a etapa em que geralmente há menos cuidado em relação ao trabalho. É também onde os operadores recebem a primeira oportunidade de operar um equipamento, sendo a porta de entrada para galgar posições em equipamentos mais complexos.

Entre os erros mais comuns, o principal é a falta de controle no número de passadas. A presença de um encarregado de terraplenagem e de um engenheiro de obra para orientar e supervisionar é fundamental. O excesso de passadas, conhecido também como sobrecompactação ou supercompactação, além de gerar a descompactação do solo pode também danificar fisicamente o rolo. Quando o solo atinge sua densidade máxima, todo o impacto que o rolo vibratório executa sobre o solo acaba retornando ao próprio equipamento. Um rolo de 11 toneladas chega a mais de 30.000 kgf de impacto dinâmico durante o modo vibratório. Se o solo já está com sua compactação máxima atingida, todo este impacto retorna ao cilindro.

 

Rolos Compactadores de Asfalto: assim como nos rolos de solos, muitas vezes operadores sem experiência e treinamento são colocados para esta função. Na etapa de compactação asfáltica, com rolos lisos duplo tandem e rolos de pneus, a responsabilidade do operador é maior ainda em função de que esta etapa representa a finalização e o acabamento final da pavimentação. Erros cometidos podem comprometer todas as etapas anteriores, por mais bem feitas que tenham sido executadas.

 

A falha mais comum é executar uma junta asfáltica no modo vibratório. A mistura asfáltica a quente é compactada junto a uma faixa asfáltica já fria. Ao passar o cilindro liso no modo vibratório sobre a parte fria, o impacto gera a quebra de agregados a o surgimento das primeiras fissuras no pavimento.  Sobre a sequência recomendada para compactação de camadas asfálticas, clique aqui.

Outra falha também é a falta de controle da pressão do rolo de pneus que compromete a compactação e o acabamento, conforme já vimos aqui no blog..

 

Fresadoras de Asfalto: a operação da fresadora é teoricamente simples. Basta descer o cilindro de corte até a profundidade desejada e locomover o equipamento para a frente, executando assim a remoção do pavimento. Porém, há uma série de cuidados que devem ser seguidos.

 

Ter um comportamento suave com a máquina é pré-requisito básico, evitando impactos e solavancos. Velocidades de execução variam conforme o modelo e porte da fresadora, e devem ser obedecidos. Acionamentos principais e modo de operar também variam conforme o modelo, que se dividem entre máquinas de pneus de pequeno porte com descarga traseira ou máquinas de esteiras de grande porte e descarga frontal.

Evitar a colisão do cilindro fresador com obstáculos existentes também é responsabilidade do operador. Auxiliares devem ajudar a evitar estas colisões ao verificar a condição da pista. É muito comum em cidades do Brasil tampões de ferro que foram tapados com asfalto. Por esta razão é altamente recomendado utilizar detectores de metal. Um cilindro ao colidir contra um obstáculo pode ter os bits e até mesmo os porta-bits seriamente danificados.

A colisão da esteira de descarga com o caminhão de coleta de material também é muito comum. O operador deve estar atento para alertar o motorista do caminhão, em caso de fresadoras com descarga traseira onde o caminhão necessita se locomover em marcha a ré.

A limpeza diária é necessária. O cilindro sujo reduz a produtividade da máquina, limitando o transporte do material fresado. O porta-bit sujo pode emperrar o livre giro do bit, provocando seu desgaste precoce. O bit com giro livre sofre um desgaste homogêneo, enquanto o bit emperrado desgasta rapidamente o lado que está em contato com o material da camada que está sendo fresada.

 

 

Pavimentadora de Asfalto:

 

Etapa muito importante da pavimentação, onde deve haver o máximo de cuidado com o material asfáltico recebido durante a sua aplicação na pista. Ao contrário dos demais equipamentos, não basta apenas um único operador. É necessário também um auxiliar que trabalhe na mesa compactadora e um encarregado de pavimentação para supervisionar o serviço.

A pavimentadora, ou vibroacabadora, tem uma série de funções e acionamentos básicos que precisam ser aprendidas pelo seu operador. Portanto, a escolha para a função precisa ser bem acertada. Ideal é que seja um profissional já com experiência na função. Para os novatos, é essencial que haja treinamento prévio e acompanhamento de um profissional mais experiente.

O fluxo de recebimento e aplicação deve ser o mais constante possível. Embora dependa da logística de recebimento de material asfáltico por caminhões, o operador deve evitar ao máximo as paradas durante a execução. O operador precisa garantir que a locomoção esteja avançando em linha reta e que o fluxo de material alimente continuamente a mesa, enquanto o auxiliar e o encarregado controlam a mesa compactadora em relação a espessura e largura de pavimentação.

Segregação de material pode ocorrer se o silo frontal de recebimento não alimentar de maneira correta a correia transportadora. Se houver acúmulo de material na parede do silo, o material pode resfriar e posteriormente segregar, afetando assim a qualidade da pavimentação.

 

 

Recicladoras de Asfalto:

O trabalho de uma Recicladora em estabilização de solos eu reciclagem de pavimentos asfálticos é teoricamente simples. Basta descer o cilindro de corte até a profundidade de trabalho desejada e avançar com a máquina. No entanto, há uma série de cuidados que necessitam de um operador minimamente qualificado. As Recicladoras são máquinas modernas e versáteis, com inúmeros recursos e controladas através de um display eletrônico.

Em estabilização de solos, o controle da umidade é muito importante. Indicado por um laboratorista que analisa o solo da obra, o operador deve controlar a quantidade de água adicionada. A velocidade de avanço precisa ser ajustada, o que varia de acordo com a característica do material e de sua umidade. É preciso estar atento a obstáculos como pedras e pedaços de madeira.

Em reciclagem de pavimentos asfálticos é preciso ter os mesmos cuidados que os operadores de fresadoras. Em aplicações mais complexas, com o uso de espuma de asfalto, é obrigatório ter o treinamento para a execução das funções de acionamento do processo de formação de espuma através de uma barra espargidora especial.

 

Usinas de Asfalto:

Por ser um equipamento complexo, formado por conjuntos mecânicos e eletrônicos, a Usina de Asfalto exige o controle de inúmeros processos simultaneamente. Desde a entrada dos agregados, controle e seleção de umidade, funcionamento e controle dos subsistemas de dosagem e secagem dos agregados, mistura dos agregados com o ligante asfáltico, filtragem dos gases, controle de temperatura, estocagem de combustível e ligante asfáltico, etc.

A correta proporção entre agregados e o ligante asfáltico é vital para a qualidade final do produto. Portanto, todo o processo de produção de misturas asfálticas precisa ter um controle adequado. Qualquer alteração mínima na dosagem implica na descaracterização de todas as propriedades volumétricas e mecânicas previstas no projeto de determinada mistura asfáltica. A interrupção constante da produção também afeta a qualidade final do produto.

Cabe ao operador ter o treinamento e a qualificação necessária para exercer o controle de todo o processo de produção. Embora as usinas tenham sido modernizadas, com controle através de uma tela interativa que mostra de maneira dinâmica todos os processos, a preparação através de treinamentos é fundamental para interpretar os dados, manter constante a produção e saber agir quando algum alerta é emitido.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Maquinário e procedimentos de qualidade

Este vídeo no Youtube mostra uma aplicação de recuperação asfáltica na Inglaterra. Resume bem a razão pela qual o nosso asfalto no Brasil em geral não tem qualidade em função de equipamentos e procedimentos utilizados:

 

Tudo começa por equipamentos de qualidade. Por aqui, carroças e peças de museu operam em obras de pavimentação e recapeamento. É muito comum se deparar com verdadeiras latas-velhas executando a aplicação de um novo asfalto.

O segundo ponto é a produtividade dos trabalhadores. Em obras brasileiras é comum ter DEZENAS de operários subutilizados. Começando pelos tais rasteleiros, que existem unicamente em razão da má operação da mesa da vibroacabadora, fazendo com que o material asfáltico ultrapasse a largura de pavimentação e haja a necessidade de “varrer” o material excedente. Neste vídeo não aparece um grande número de operários ociosos como ocorre no Brasil (exemplo na foto abaixo).

Na sequência, o vídeo mostra “uma máquina que retira o asfalto velho”. Trata-se das Fresadoras de Asfalto. Em muitas obras pelo Brasil o asfalto novo é simplesmente colocado sobre o pavimento antigo, sem a remoção do mesmo. As trincas e fissuras do pavimento deteriorado acabam se propagando para a nova camada asfáltica.

Embora não apareça no vídeo a aplicação do novo asfalto, no dia seguinte a via já está liberada para o tráfego.

A usinagem do asfalto é tão importante quanto a aplicação na pista. Erros na fórmula do asfalto e em todo o processo de produção da mistura acarretam também na degradação precoce do pavimento.

Tudo isto é possível de ser aplicado no Brasil? Com certeza sim.

O que falta? Vontade política. Os órgãos responsáveis devem especificar as exigências, elaborando projetos de qualidade e fiscalizando a execução.

Como elaborar projetos de qualidade? Se não há conhecimento técnico dentro dos órgãos públicos, investir em consultoria e treinamentos resultaria em um ótimo retorno e um melhor aproveitamento da verba pública.

 

Cuidados na Produção da Mistura Asfáltica

Um ótimo texto técnico escrito pelo meu colega Eng. Marcelo Zubaran, especialista em Usinas de Asfalto e Misturas Asfálticas.

Destaca a importância de adequar processos em relação a tipos de agregados e a umidade contida nos mesmos, que influenciam diretamente a produção e a qualidade da mistura asfáltica. Inúmeros problemas de qualidade em obras rodoviárias surgem no processo de usinagem. Um somatório de pequenos erros podem gerar um material sem a qualidade necessária, comprometendo a vida útil da rodovia.

Vale a pena a leitura. Texto original no seguinte link:

http://www.sinicesp.org.br/materias/2014/bt12a.htm


QUALIDADE E ECONOMIA

Uma visão sobre a influência dos agregados, controle de umidade e adequação do processo

Marcelo Zubaran

O concreto asfáltico usinado a quente (CAUQ) é composto de cimento asfáltico de petróleo (CAP) e agregados britados ou não britados (areias e seixo, por exemplo). As características físico-químicas do CAP dependem basicamente do petróleo e das condições de refino e, portanto, resultam em características conhecidas e previsíveis. Assim, sabe-se exatamente o que esperar desse ligante asfáltico. Já os agregados apresentam especificações intrínsecas dos processos de sua formação, função do intemperismo e de outros fenômenos que resultam em materiais com qualidades únicas.Os agregados apresentam as características dos minerais que os constituem, e o tipo de rocha prediz ligeiramente alguns traços físico-químicos das pedras, mas a margem de erro pode ser grande.

Uma das premissas para a produção de um CAUQ é retirar toda a umidade dos agregados, seja esta superficial e/ou absorvida. A usina de asfalto é principalmente um sistema térmico, no qual se deve retirar toda a umidade dos agregados para que ocorra a “pintura” de CAP em suas arestas. A secagem, dessa forma, é fundamental, pois os agregados são atraídos mais pela água do que pelo CAP. Este ligante não adere às superfícies dos agregados se houver água e, logo, a mistura asfáltica perderá qualidade.

No que tange à umidade dos agregados, retirar a água presa na superfície da pedra não é uma tarefa muito difícil. A adsorção é o fenômeno que mantém a água aderida nas arestas dos solos/agregados, razão pela qual não existe material pétreo seco na natureza. Já a absorção é a quantidade de água que um agregado consegue absorver em seus poros quando submerso em água. Retirar a água absorvida é muito mais complexo e demorado. Além disso, após a retirada da água absorvida dos agregados, o CAP entra parcialmente nos poros livres de água (não integralmente, porque o CAP é mais viscoso que a água) e, assim, quanto maior a absorção de um agregado, maior a absorção de CAP durante a mistura e maior será o consumo de CAP no CAUQ, tornando a mistura mais cara sem trazer benefício.

 

Uma característica da rocha que dificulta a secagem, em especial a água absorvida, é a presença de minerais argilosos, principalmente se esses minerais forem da classe das esmectitas. Esses argilominerais retêm a água em sua estrutura, e esta água retida se torna mais viscosa, dificultando o escoamento. Também deve ser levada em conta a geometria dos poros dos agregados. Quanto menores forem os poros por onde a água penetrará, maior será o percurso da água ao sair, e mais difícil torna-se o processo de secagem.

 

O tipo de rocha utilizada como agregado influencia ligeiramente o comportamento do mesmo com umidade. Rochas como granito e gnaisse tendem a apresentar maior quantidade de argilominerais, e rochas como o basalto também podem apresentar argilominerais, porém normalmente em menor quantidade. O basalto, em geral, apresenta maior porosidade que o granito e o gnaisse. Além disso, agregados não britados, oriundos de rios, como areia e seixo rolado, apresentam grande capacidade de absorção de água e têm formato arredondado, o que prejudica a mistura asfáltica em função da menor resistência ao cisalhamento e tendência de deformação permanente.

 

A adesividade entre os agregados e o CAP depende da completa secagem dos agregados e também da polaridade superficial destes, função dos minerais que o constituem. Agregados de granito e gnaisse são carregados negativamente em sua superfície (são ácidos) e o basalto e o calcário são positivos (ou básicos). Uma alternativa de corrigir a acidez de granitos e gnaisse é através da inserção de cal hidratada, de origem calcítica. Também chamada de filler, essa cal reverte a polaridade da superfície dos agregados ácidos e melhora a capacidade adesiva com o CAP, pois este é levemente ácido.

 

A usina deve trabalhar em função das características dos insumos da produção de CAUQ. Agregados mais porosos devem ficar mais tempo no sistema térmico, enquanto que agregados ácidos devem ser mais aquecidos que os básicos. As variações dessas características devem ser compreendidas pela usina de asfalto, que deve compilar essas variações para produzir misturas asfálticas conhecidas e adequadas ao uso.

 

Durante a troca de calor entre a chama do queimador e os agregados, os três fenômenos de troca térmica acontecem em pontos diferentes e com relevâncias distintas. A entrada dos agregados no tambor é auxiliada por um helicoide, que projeta os mesmos para dentro do sistema de secagem. Nessa etapa, inicia-se o processo de cascateamento, cujo principal mecanismo de transferência de calor é a convecção. A retirada da umidade dos agregados ocorre na zona de convecção, logo, quanto maior for esta zona, maior será a capacidade de secagem dos agregados. Assim, agregados mais porosos devem permanecer mais tempo na zona de convecção do secador. As aletas de cascateamento são configuráveis, de forma a variar o tempo de convecção. Além disso, é possível alterar a quantidade de aletas de retenção, defletores que ficam entre duas zonas de aletas de cascateamento e diminuem a velocidade de fluxo dos agregados no secador. Após a zona de cascateamento existem aletas mistas, proporcionando troca de calor por convecção, radiação e até condução, pois os agregados estão mais próximos da fonte de calor e permanecem mais tempo junto às aletas. No final do secador não ocorre mais cascateamento e os agregados percorrem o tambor na parte inferior deste, recebendo calor principalmente por radiação, aquecendo os agregados até a temperatura definida em projeto. O ângulo do secador com a horizontal e a velocidade de giro do mesmo também determinam o tempo de permanência dos agregados no sistema térmico. Quanto menor for tal ângulo e a velocidade, maior será este tempo e a capacidade de secagem, sendo a necessidade de transporte de agregados ao longo do secador uma restrição em alongar muito o tempo de permanência. Também o comprimento do secador é proporcional à capacidade de secagem, independentemente do aquecimento. 

 

 

 

 

 

Após passar por todo o sistema térmico da usina, os agregados devem estar secos e na temperatura definida em projeto. Na prática, aceita-se até 0,3% de umidade residual dos agregados, mas o objetivo é sempre reduzir ao máximo a umidade residual, sempre buscando a eliminação total.

 

Dependendo da geometria dos poros e dos minerais constituintes nessas cavidades, o agregado pode demorar muito para secar completamente e, por vezes, a pedra é seca na superfície, ocorrendo adesão com o CAP no misturador mesmo com a água temporariamente confinada nos poros. Nesses casos, após certo período, a água começa a ferver dentro dos poros e rompe a ligação adesiva com o CAP. Verifica-se o gotejamento de água no caminhão logo após a usinagem e/ou durante a aplicação.

 

 

 

 

Essa perda de adesividade não somente prejudica a coesão da mistura, como diminui o volume de vazios, pois a parcela de CAP que seria absorvida nos poros dos agregados não o é, sobrando CAP na mistura, o que reduz o volume de vazios. Nesses casos, os agregados devem ficar mais tempo na zona inicial do secador, onde ocorre a troca de calor por convecção. Se essa adequação não for suficiente, deve-se pensar em trocar os agregados e evitar tanto usinas com secador de fluxo paralelo quanto aquelas com mistura interna, mesmo que de contra-fluxo. Estas tecnologias têm menor eficiência na remoção de umidade dos agregados. Esse caso é comum quando se trabalha com areia de rio ou com agregados com alto índice de absorção e grande quantidade de argilominerais da classe das esmectitas.

 

Quando se trabalha com agregados ácidos com alta absorção e não há disponibilidade de cal de origem calcítica, é comum o uso de agentes melhoradores de adesividade. Normalmente chamado de Dope, esse aditivo reduz a tensão superficial do CAP e assim melhora a adesividade mesmo com agregados levemente úmidos.Também o tipo de CAP pode auxiliar na adesividade. Cimentos asfálticos mais viscosos aumentam a espessura da película de ligante envolto às arestas dos agregados, o que melhora a coesão da mistura. Técnicas mais recentes como Warm Mix Asphalt (WMA) ou misturas mornas também possibilitam adesão com pequeno grau de umidade dos agregados.

 

Independentemente das opções de materiais, os agregados disponíveis na obra devem estar armazenados em local coberto, principalmente os mais finos, pois apresentam maior área superficial e assim retêm maior porcentagem de umidade. Quando os agregados são porosos e com argilominerais, a cobertura se torna ainda mais essencial. A produção de uma usina de asfalto é inversamente proporcional à umidade dos agregados. Logo, quanto menor a umidade, menor será o consumo de combustível da usina, além dos benefícios relacionados com a qualidade da mistura. A economia de combustível alcançada com cobertura dos agregados e preparação do ponto de armazenamento, por exemplo, pode facilmente pagar o investimento em alguns meses e passar a gerar retorno financeiro. Mais informações: www.ciber.com.br.

 

Marcelo Zubaran
Especialista de Produtos na Ciber Equipamentos Rodoviários Ltda

 

Tapa buraco

Operações tapa-buracos são comuns em todo Brasil, independentemente do tipo de obra. Seja em uma via urbana ou em uma rodovia, é disseminada a cultura de “jogar asfalto” no buraco e considerar isto como um trabalho de recuperação da pista. No entanto, trata-se de um grande erro e omissão por parte do poder público responsável. O tapa-buraco é uma medida emergencial e não resolve os problemas estruturais do pavimento. Um tapa-buraco após o outro transforma a via em uma desconfortável e insegura colcha de retalhos.

As primeiras patologias que surgem em um pavimento asfáltico são trincas e fissuras. Se não há manutenção preventiva ocorre a evolução da degradação. As trincas crescem com a ação das forças do tráfego e com a penetração de água, se unindo umas às outras. Logo, há o “nascimento” de um belo buraco.

 

Quando surgem buracos significa que o pavimento já está bem comprometido. Embora sejam impossíveis de serem visualizadas, há uma teia de inúmeras trincas e fissuras conectadas ao buraco, conforme ilustração acima.

Não há recuperação de pavimento ao simplesmente tapar o buraco adicionando material novo, com uma aplicação precária e uma compactação ineficiente. O pavimento asfáltico tem vida útil de 10 a 15 anos se for bem produzido e bem aplicado. Nas cidades brasileiras muitas vezes não duram mais do que duas ou três chuvas. 

Os problemas já acontecem no início de sua vida útil: produção inadequada de um material de má-qualidade, erros na aplicação e compactação. Isto tudo resulta em um pavimento ruim desde sua implantação. Com o passar do tempo e o desgaste natural que ocorre, há o surgimento das patologias. Que nestes casos surgem muito mais rápido. E aí então sucedem-se as operações tapa-buraco, deixando as nossas ruas com uma péssima qualidade de pavimentação.

Vejam a foto abaixo, da rua Gomes de Freitas, localizada na Zona Norte de Porto Alegre. Uma via onde trafegam ônibus de linha da prefeitura durante todo o dia. Mesmo assim, observamos inúmeros defeitos no pavimento:

1)      Construído sobre paralelepípedos antigos (o que é um erro, conforme já foi postado aqui);

2)      A camada de rolamento não parece ter sido adequadamente dimensionada;

3)      Com o tráfego dos ônibus, surgiram as patologias. Os buracos foram tapados um após o outro, sem a remoção completa da camada;

4)      Ao lado de buracos recém tapados há inúmeras trincas em blocos, uma clara evidência que nas próximas chuvas surgirão novos buracos.

 

 

Outro mau exemplo de recuperação de pavimentos foi o realizado na rodoviária de Porto Alegre. Com o asfalto muito comprometido após anos de tráfego intenso de ônibus e muita reclamação por parte dos usuários em função dos buracos, a solução técnica (?) foi simplesmente jogar asfalto com uma pá sobre os buracos, compactando de forma precária.

 

 

 

 

O ideal é que haja um programa de gerenciamento da manutenção dos pavimentos. Aplicando o microrevestimento ou executando a fresagem e a substituição de parte da camada asfáltica em ruas e avenidas com alto tráfego quando surgirem as primeiras patologias. Intervenções localizadas podem ser feitas, desde que a panela ou o buraco sejam recortados através da fresagem. Na sequência aplica-se a pintura de ligação (geralmente omitida), a aplicação e a compactação adequada do novo material asfáltico. Importante também é nivelar ao pavimento existente, para que não haja irregularidades na via.

 

Fresagem Asfáltica do trecho deteriorado

 

Pintura de Ligação no reparo localizado

 

Nova pavimentação com aplicação da Vibroacabadora de Asfalto e Rolos

 

Em casos emergenciais é preciso tapar os buracos, visando permitir condições mínimas de trafegabilidade. O problema é quando esta prática se torna uma solução em definitivo. Simplesmente jogar material nos buracos não é solução de engenharia. Também não é a forma mais correta de gastar verbas públicas.