Asfalto de Qualidade

Asfalto de Qualidade

segunda-feira, 17 de julho de 2017

Falha comum: segregação asfáltica

Diversos elementos estão envolvidos na construção de pavimentos resistentes e duráveis, tais como profissionais qualificados, materiais de qualidade e equipamentos de primeira linha.  Segundo o Asphalt Institute dos Estados Unidos, há quatro processos da área de mistura e pavimentação que desempenham um papel crucial na vida do pavimento: segregação do material, operação de aplicação pela pavimentadora de asfalto, compactação e juntas.

A segregação da mistura asfáltica é um problema comum há décadas na pavimentação e que ocorre não apenas no Brasil, mas em todo o mundo. Ocorre uma distribuição não uniforme de agregados de diversos tamanhos, com a separação dos agregados de maior tamanho em relação aos menores. Assim a mistura deixa de ter consistência homogênea e perde suas características estruturais definidas em projeto, principalmente em relação à densidade, baixando a qualidade da pavimentação com o surgimento de falhas prematuras após a liberação do tráfego. É fácil identificar pontos segregados já que estas áreas são muito mais rugosas do que o restante do pavimento.


Segregação asfáltica na capa de rolamento após a aplicação do material pela pavimentadora de asfalto.


A segregação ocorre com mais frequência nas seguintes etapas: projeto da mistura, estoque de agregados, carregamento dos silos dosadores da usina de asfalto, silo de descarga de material, carregamento do caminhão de transporte e execução na pista com a vibroacabadora (pavimentadora de asfalto).

Projeto da mistura asfáltica
O aumento da porcentagem de uso de material fino (passante na peneira 200) nos projetos de pavimentação pode ocasionar segregação. O efeito do uso é a diminuição dos vazios e da coesão da mistura, assim com sua trabalhabilidade e durabilidade. O volume de vazios e o teor de asfalto devem ter correlação ótima definida em laboratório para que a mistura não apresente problemas. Experiências relatam que o baixo teor de asfalto apresenta tendência à segregação. O uso excessivo de finos ocasiona maior consumo de ligante asfáltico (CAP), mas nem sempre a dosagem de CAP é corrigida e assim a mistura apresenta um teor de asfalto inferior à porcentagem ótima. Outro fator de grande importância é a correta graduação dos agregados. Usinas obsoletas, que não possui um sistema de dosagem aferido, podem ocasionar problemas na graduação da mistura asfáltica.

Segregação na estocagem de agregados
Para que não haja segregação já na etapa anterior à usinagem, é recomendado que as pilhas de agregados não sejam de formato cônico excessivamente altas, evitando que as pedras de maior tamanho rolem pelos lados. Estas pilhas de agregados para o uso na pavimentação em geral são separadas em pó-de-pedra, brita zero e brita um. Mesmo dentro de uma mesma graduação há diferenciação no tamanho dos agregados, assim o efeito da segregação deve ser evitado também com a estocagem de pilhas mais baixas e com menor ângulo de inclinação.

A pilha de agregados deveria ter uma altura mais reduzida, em formato não-cônico, para evitar que os materiais rolem para baixo, não ocorrendo a separação das pedras de maior tamanho.

Efeito da segregação ainda na fase de estocagem de agregados


Carregamento dos silos da usina de asfalto
O operador da pá-carregadeira que abastece a usina precisa ser orientado e treinado para que os silos sejam mantidos cheios, mas de forma nivelada. A formação de uma pilha cônica e alta pode também ocasionar efeitos de segregação. É importante também que não haja contaminação entre materiais, que afetam totalmente a graduação da mistura. Uma usina de asfalto de dosagem contínua não detecta a variação de material uma vez que haja contaminação de um material de um silo para outro. O sistema de dosagem ocorre individualmente para cada silo, onde deve ser utilizado um único material apenas. 

Contaminação entre agregados de diferentes silos da usina de asfalto.


Carregamento do caminhão
Uma das principais causas de segregação é a forma com que o material é transferido ao caminhão de transporte. Se a mistura asfáltica for descarregada de uma só vez, formará uma enorme pilha em formato cônico. E isto provoca a segregação pelo fato dos grãos maiores terem a tendência de se acumular no entorno deste monte. Quanto mais alta a pilha, maior será o volume de material segregado.
Portanto é preciso carregar o caminhão de maneira parcial. Em vez uma grande pilha, o carregamento é realizado ao menos em três pequenas pilhas, dependendo do tamanho da caçamba. Entre as descargas devem ocorrer um efeito de sobreposição dos lados cônicos. Este procedimento reduz a distância que as partículas maiores poderiam percorrer do topo da pilha até a parte mais baixa da caçamba. Não irá eliminar totalmente a segregação, mas espalha melhor o material e minimiza o seu efeito.

O carregamento em pelo menos três pilhas separadas evita o efeito da segregação no caminhão de transporte.


Silos de descarga e armazenamento dimensionados
O silo de descarga é a última parte da usina por onde a mistura asfáltica recém produzida irá passar antes da descarga ao caminhão de transporte. Ao longo dos anos os projetos das usinas de asfalto foram evoluindo de modo a eliminar a segregação ainda dentro do equipamento, especialmente na produção de misturas de granulometria descontínua, mais sensível à segregação. O uso de chapas defletoras que evitam uma queda direta do material reduziu muito o problema. Usinas antigas e obsoletas tecnicamente ainda sofrem com este efeito durante a descarga do material asfáltico.
Já os silos de armazenamento foram projetados com sistemas direcionadores para evitar cones ou planos inclinados, além de um sistema de aquecimento para manter a temperatura do material.

Execução da pavimentação
A segregação pode ocorrer durante a pavimentação nos procedimentos de trocas de caminhões que transportam o material asfáltico para a pavimentadora. A caçamba deve ser elevada de forma suave assim que a comporta traseira estiver liberada. A pavimentadora empurra através do contato dos roletes de encosto com os pneus do caminhão, proporcionando um carregamento constante e proporcional.
Jamais esvaziar completamente o silo de recebimento da pavimentadora entre um caminhão e outro. É recomendado manter com material asfáltico pelo menos 25% de volume enquanto o equipamento estiver em movimentação. A alimentação da parte central do silo deve ser constante, evitando que material se acumule nas abas basculantes do equipamento e haja o esfriamento do material. Se a correia transportadora central ficar sem material pode ocorrer a segregação quando o material contido nas abas cair diretamente sobre a mesma. O operador deve ser orientado e treinado para que mantenha esta alimentação suave e proporcional.




Uma forma de evitar a segregação em obras rodoviárias é a utilização de alimentadores de asfalto entre o caminhão e a pavimentadora, já publicado aqui no Blog em junho de 2014. Este equipamento possui um sistema aquecido com distribuidores helicoidais, o que provoca um efeito de mistura no material e evita também a segregação térmica. É altamente recomendável quando utilizado uma mistura asfáltica descontínua (exemplo: SMA) que por sua característica física apresenta tendência à segregação.
Antes de procurar as melhores opções técnicas em equipamentos, o sucesso de uma obra de pavimentação depende ainda basicamente do treinamento dos operadores. As equipes de trabalho devem ser capacitadas em relação às técnicas de pavimentação e como usar corretamente cada equipamento disponível. 





sexta-feira, 17 de fevereiro de 2017

Melhoria de vias rurais e estradas não-pavimentadas

Um país de extensão continental e com baixo percentual de rodovias pavimentadas requer soluções técnicas para a melhoria de suas vias rurais e estradas sem pavimentação. Como há escassez de dinheiro para a pavimentação, agravado ainda mais em função da crise econômica que o Brasil atravessa desde 2014, é preciso utilizar novas técnicas para a melhoria das condições de tráfego.
    As vias não pavimentadas representam mais de 80% da extensão da malha rodoviária brasileira somando as rodovias federais, estaduais e ligações municipais. Muitos municípios ainda não possuem acessos pavimentados. A grande maioria de locais de produção agrícola também não têm ligação asfáltica. As estradas não-pavimentadas apresentam normalmente o leito deteriorado em função também de ter uma construção inadequada. A manutenção é feita sem planejamento e de forma precária. Além de não estar dotada de uma camada de rolamento adequada, estas vias sofrem também com a falta de capacidade de suporte para o tráfego de caminhões cada vez mais pesados.
As estradas de terra precisam apresentar boa capacidade de suporte e boas condições de rolamento para garantir condições de tráfego satisfatórias. Mas nem sempre as soluções adotadas são as mais adequadas para solucionar os problemas.

ALTERNATIVA TÉCNICA: ESTABILIZAÇÃO DE SOLOS COM RECICLADORAS


Uma alternativa de melhoria técnica com custo bastante inferior ao pavimento asfáltico convencional é o processo de estabilização de solos com o uso de uma máquina recicladora de asfalto. Um método relativamente fácil e rápido, amplamente utilizado em muitos países, mas ainda desconhecido pela maioria dos profissionais da área de pavimentação no Brasil. Alguns manuais utilizados para conservação e recuperação de estradas vicinais de terras são ainda dos anos 80, utilizando técnicas já defasadas e de baixa durabilidade tais como patrolamento (passagens múltiplas da motoniveladora), encascalhamento, etc.


ESTUDOS PRELIMINARES

É preciso primeiramente que sejam feitos estudos para diagnosticar as condições e definir a forma com que a estabilização será executada.

· LVC (Levantamento Visual Contínuo): para avaliação dos problemas e identificação dos defeitos;
· Estudos de tráfego: contagem volumétrica, volume médio diário (VMD), determinação do número N, etc;
· Estudos geotécnicos: coleta e ensaios dos materiais quanto à granulometria, limites, densidade real, compactação e valor de CBR. Através deste estudo é definido se haverá a necessidade ou não de reforço do solo existente com um pequeno percentual de agentes ligantes tais como cal e cimento;
· Estudos topográficos: inclinação transversal, rampa, definição dos pontos dos eixos do traçado, verificação da necessidade de superelevação, etc;
· Estudos geométricos: largura de plataforma, determinação da velocidade de tráfego, etc.
· Estudos de drenagem: verificação das condições de drenagem (caso existam) e levantamento da necessidade de implantação de dispositivos para escoamento da água.


PROCESSO EXECUTIVO DA ESTABILIZAÇÃO DE SOLOS

A máquina recicladora possui um compartimento de mistura com um cilindro de corte. Em uma única passada ocorre o corte, a mistura e a homogeneização do material. A mistura deve apresentar ao final um material homogêneo, de coloração uniforme e com teor de água próximo da umidade ótima. Somente a recicladora é capaz de proporcionar tais resultados, ao contrário do uso de motoniveladora, trator de esteira ou pá carregadeira.
Outra grande vantagem da técnica é a possibilidade de adicionar material de reforço ao solo para melhoria de suas características. Entre os materiais utilizados estão as britas para correção granulométrica e aumento da capacidade de suporte de carga, o uso de material coesivo misturado ao material granular para evitar o problema do “areião” (dificuldade de tráfego de veículos quando seco), e a adição de cal ou cimento para melhoria das propriedades do solo.

Em uma única passagem ocorre a mistura e homogeneização do material dentro do compartimento de corte.

Quando não há a necessidade de reforço de agente ligante (cal ou cimento) ocorre a melhoria física do solo. A passagem da recicladora torna o solo mais homogêneo e com melhor granulação, facilitando a compactação. Materiais mais finos como a argila atuam como um aglutinante entre as partículas de maior tamanho e também regulariza a superfície final de rolagem quando está bem misturada com os demais materiais. E somente com a recicladora é possível obter bons resultados de mistura e de homogeneização.
 A qualidade da mistura é influenciada pela velocidade de avanço, de rotação (rpm) do cilindro de corte e em alguns casos é necessário executar mais de uma passada. A recicladora também tem sistema de dosagem eletrônica de água, podendo corrigir a umidade caso o material esteja abaixo da umidade ótima.

Comboio de equipamentos necessários para a estabilização e esquematização da execução


REFORÇO E MELHORIA DO MATERIAL

Quando o estudo do solo apresenta que o mesmo não possui características técnicas adequadas é necessário aplicar um pequeno reforço com a utilização de agentes ligantes. Os materiais mais utilizados são a cal e o cimento:

·     Cal: possibilita a redução do teor de água e a sensibilidade do solo contra a umidade. Aumenta a resistência ao cisalhamento e minimiza os efeitos de deformação. Diminui o índice de plasticidade (IP) e limite de liquidez (LL), assim reduz a suscetibilidade à água. Permite uma melhor compactação devido ao fato de que a curva Proctor se desloca para o lado úmido. Recomendado para solos de característica coesiva de alta plasticidade (argila, silte, etc.);

·         Cimento: por ser um ligante hidráulico ocasiona o endurecimento do material, geralmente em uma proporção entre 2% e 4% em relação à massa do solo. Por esta razão não pode ser adicionado em excesso pois quando aplicado em maior percentual gera trincas que podem rapidamente se espalhar pela camada. Apresenta maior resistência, aumentando consideravelmente a capacidade de carga do material. Para que ocorra o efeito de solidificação do solo é preciso que haja granulometria mais grossa na composição da mistura.

·       Ligante misto (cal e cimento): dependendo da classificação do tipo de solo é utilizado o ligante misto. Geralmente quando o solo é uma mistura de material coesivo com material granular.

Duas amostras do mesmo solo com e sem a presença da cal imersas em água.

Estabilização de solos com adição de cal (esquerda) e cimento (direita).


ESPARGIDOR/DISTRIBUIDOR ELETRÔNICO DE CAL OU CIMENTO:

No caso de adição de agentes ligantes é importante utilizar um distribuidor eletrônico à frente da recicladora. O uso de um equipamento correto de dosagem garante que o ligante seja espalhado uniformemente e a quantidade de material aplicado estará de acordo com o especificado em projeto após análises e estudos de laboratório. Uma dosagem inadequada de agentes ligantes afetará totalmente o desempenho da nova camada.
O grande diferencial técnico do distribuidor eletrônico é a correção instantânea quando ocorre a variação de velocidade de avanço do caminhão. O alimentador rotativo com inúmeros compartimentos de igual volume aumenta ou diminui sua rotação de acordo com a mudança de velocidade. Assim, a quantidade de material dosado será sempre conhecida e constante. Em obras de estabilização o maior percentual dos custos é o próprio cal ou cimento. Desta forma o uso do distribuidor evita além de problemas técnicos também o desperdício financeiro.

Espargidor/distribuidor em operação aplicando cal sobre um solo..


COMPACTAÇÃO:

Após a passagem da recicladora é importante que haja compactação imediata com a utilização de um rolo compactador de maior energia de compactação. Em vez de rolos da classe de 11 toneladas (mais utilizados no Brasil) pode ser utilizado um rolo de 20 toneladas. Além de compactar mais rápido e permitir que a recicladora trabalhe mais horas por dia, também não ocorre perda de umidade que dificulta o aumento da densidade do solo. No caso de uso do cimento é necessário compactar antes do tempo de reação, que ocorre em até duas horas após a aplicação.
Uma motoniveladora deve ser utilizada após a passagem do primeiro rolo para remover o excesso de material solto que surge na superfície. Posteriormente, os demais rolos finalizam a compactação. A sugestão técnica é que se utiliza um rolo compactador vibratório de cilindro liso para complementar a compactação. No caso de aplicação de cimento com material granular, é recomendado a utilização de um rolo de pneus lisos para a finalização, selando a pista.

Compactação do solo melhorado após a passada da recicladora e antes da passada da motoniveladora


Tipos de rolos compactadores são selecionados de acordo com o tipo de aplicação.

MOTONIVELADORA:

A motoniveladora pode ser utilizada mais de uma vez dentro do processo de estabilização. Antes da passagem da recicladora é necessário remover rochas de grande tamanho que estejam sobre o leito. Através do escarificador traseiro estas pedras de grande tamanho podem ser retiradas mesmo que estejam enterradas na profundidade onde a recicladora irá cortar. O ideal é que não haja pedras maiores do que 70 mm dentro do compartimento de corte e mistura da recicladora. Em caso de reciclagem mais rasa, o tamanho máximo dos agregados deve ser de 1/3 (um terço) em relação à profundidade de corte.

Remoção de rochas de sobretamanho com o escarificador..

ACABAMENTO SUPERFICIAL:

O acabamento superficial pode ser realizado com a aplicação de um revestimento primário selante ou a utilização de um tratamento superficial, ambos com custo inferior ao asfalto convencional. Para vias de menor volume de tráfego pode ser utilizado também o “salgamento”, que é o espalhamento de agregados finos sobre uma imprimação.

NIVELAMENTO:

A recicladora pode também nivelar transversalmente a via não-pavimentada, deixando um leve caimento para escoar a água da chuva. A movimentação independente das quatro colunas de movimentação da recicadora garantem que o nivelamento no corte seja sempre constante. 



DRENAGEM

A drenagem é de extrema importância para estradas sem pavimentação. É preciso que além da inclinação transversal da pista tenha também uma valeta de drenagem. Desta forma o greide da estrada fica mais elevado em relação às bordas.
Por redução de custos a sarjeta para drenagem pode ser revestida com proteção vegetal para evitar erosão. A limpeza rotineira destas valetas se faz necessário pelo fato da água carregar materiais finos do solo, acumulando resíduos ao longo do tempo.



A utilização de técnicas de manutenção e melhoria para vias não-pavimentadas geram grandes benefícios econômicos. De acordo com o Banco Mundial, há uma economia no transporte superior a três vezes o valor investido na manutenção de estradas. A conservação rotineira evita que maiores danos ocorram a ponto de impedir o tráfego na via, sendo necessário intervenções mais longas de recuperação e de maior custo. A estabilização de solos permite uma economia de até 40% em relação aos métodos tradicionais de transportar novos materiais para o local da obra somente pela drástica redução do transporte necessário.