INTRODUÇÃO

O Artigo é resultado da pesquisa sobre as ‘Misturas Asfálticas do tipo SMA produzidas com Adição de Fibras do Bagaço de Cana-de-Açúcar’. Nos últimos anos, o setor da engenharia vem dando atenção às questões de desenvolvimento sustentável, preocupação constante na sociedade. O investimento em pesquisas tem se voltado para verificação da possibilidade na utilização de materiais que antes eram descartados sem uma destinação, a não ser poluir.

Segundo dados informados pela União da Indústria de Cana-de-Açúcar (ÚNICA/safra 2010-2011) para cada 1.000 Kg de cana moída são gerados aproximadamente 260 Kg de bagaço, isso corresponde a 26%. Aproximadamente 80% da geração desse bagaço é utilizada como bioeletricidade e 20% reaproveitados como nutrição para gado de corte e em estudos como matérias sustentáveis na construção civil.

O Estado de Mato Grosso do Sul (MS) é considerado o 5º maior produtor sucro-alcoleiro, conforme os dados do 1º Levantamento de Abril de 2012 elaborado pela CONAB. E comparando essas informações com os dados da safra do ano anterior, constatou-se que obteve o maior índice de crescimento com 12,50% referente à expansão na lavoura de cana-de-açúcar. Este trabalho procura avaliar se há benefícios com a adição de fibras do bagaço de cana-de-açúcar em misturas asfálticas do tipo SMA.

O asfalto do tipo SMA é uma mistura mais resistente e durável que as demais, porém seu custo é mais elevado, chegando a 30% a mais que as misturas comuns, sendo largamente recomendada a sua aplicação em rodovias de intenso tráfego. É importante a utilização da adição de outros resíduos de aproveitamento para diminuição de custo, principalmente como a fibra do bagaço da cana-de-açúcar.

MISTURAS ASFÁLTICAS

A mistura asfáltica é um tipo de revestimento flexível e se divide em dois tipos: pré-misturada a frio e pré-misturado a quente. A pré-mistura a frio compõe-se “quando os agregados (um ou mais) e ligantes utilizados permitem que o espalhamento seja feito à temperatura ambiente (embora a mistura tenha sido feita a quente). O ligante utilizado é emulsão asfáltica ou asfalto diluído” (SOARES, 2012, p.1). Exemplo: Areia-Asfalto a frio. O pré-misturado a quente é “quando o ligante e o agregado são misturados e espalhados ainda quentes. O ligante utilizado é o cimento asfáltico” (SOARES, 2012, p.1). Exemplo: SMA, Concreto asfáltico denso (CA ou CBUQ).

Diante dos tipos de revestimentos asfálticos citados e do que for adotado para projeto e execução, o mesmo deve garantir a “impermeabilidade, flexibilidade, estabilidade, durabilidade, resistência à derrapagem, resistência à fadiga e ao trincamento térmico, de acordo com o clima e o tráfego previsto para o local” (BERNUCCI, 2006, p.157).

Concreto Asfáltico Denso (CA)

Está entre os tipos de misturas mais empregados no Brasil, sendo também denominado Concreto Betuminoso Usinado a Quente (CBUQ), possui graduação densa convenientemente proporcionada pela variação dos tamanhos dos agregados misturados com o ligante asfáltico, ambos aquecidos em temperaturas previamente escolhidas, em função da característica viscosidade-temperatura do ligante.

O CBUQ pode ser dividido em dois tipos: o convencional quando utiliza o “Cimento Asfáltico de Petróleo (CAP) e o agregado aquecidos, segundo a especificação DNIT-ES 031/2004 e especial quando utiliza o CAP modificado por polímero ou com asfalto-borracha” (BERNUCCI, 2006, p.162). Na Figura 1 tem-se uma imagem comparando a granulometria entre um CA (CBUQ) e um SMA.

Figura 1: Granulometria entre SMA e CA (FONTE: Horst Erdlen - JRS, Alemanha).

Stone Matrix Asphalt (SMA)

O Splittmastixasphalt, conforme designado na Alemanha, local de sua concepção, compreendido com a tradução para o inglês por Stone Mastic Asphalt e, posteriormente para Stone Matrix Asphalt (SMA), sendo esta a última terminologia adotada nos Estados Unidos, também utilizada atualmente no Brasil, significando na língua vernácula Matriz Pétrea Asfáltica. A sua elaboração deu-se por uma tentativa do Ministério dos Transportes da Alemanha de encontrar uma solução para a deterioração dos pavimentos, causada pelo uso de artefatos metálicos (correntes e pregos) nos pneus dos veículos durante as estações do inverno. O principal objetivo era desenvolver um tipo de mistura capaz de resistir ao desgaste superficial e às deformações permanentes.

Os volumes de vazios formados pelas misturas entre os agregados são preenchidos por um mástique asfáltico, constituído pela mistura fração areia, fíler, ligante asfáltico e fibras. O SMA é uma mistura rica em ligante asfáltico, com um consumo de ligante em geral entre 6,0 e 7,5% em massa da mistura. Geralmente é aplicado em espessuras variando entre 1,5 a 7cm, dependendo da faixa granulométrica, misturas essas que tendem a ser impermeáveis com volume de vazios que variam de 4 a 6% em pista (BERNUCCI, 2006).

Como informa Beligni et al. (2000), o SMA foi utilizado pela primeira vez no Brasil no início de 2000, nos serviços de restauração do autódromo de Interlagos, em São Paulo. A mistura aplicada empregou asfalto modificado com polímero Styrene Butadiene Styrene (SBS). Apesar do uso ainda incipiente comparado à utilização de misturas tradicionais, observa-se, de acordo com SILVA et al. (2005), que o SMA tem sido empregado em alguns trechos de rodovias brasileiras, principalmente na região Sudeste: via Anchieta – 2001 São Paulo/SP; Corredor Tecnológico – 2002 Barueri/SP; via Dutra – 2002 Arujá/SP; trechos em rodovias sob a responsabilidade da Concessionária Rodovia das Colinas – 2003 SP. Segundo Bernucci, et al. (2006) ocorreram aplicações de mistura SMA em rodovias nos estados de São Paulo, Minas Gerais e Paraná, além do uso urbano em São Paulo, Rio de Janeiro e Salvador.

CARACTERIZAÇÃO DOS MATERIAIS UTILIZADOS

Agregados Minerais

A seleção dos agregados foi feita de forma a enquadrar as misturas na faixa 0/11S da Norma Alemã ZTV Asphalt - StB 07 com base na norma NBR 7181:1988 (Ensaio de Granulometria). A brita ½” e o Pedrisco foram utilizados como agregado graúdo, sendo todos virgens provenientes da Pedreira Santo Onofre (Ver Figura 2a e 2b). Adotou-se o pó de pedra e não areia de campo, por conta de obter o maior percentual de fíler natural. Amostra essa, coletada na Pedreira Votorantim (Ver Figura 2c). Para moldagem dos corpos-de-prova os materiais (agregados novos) foram fracionados pelas seguintes peneiras: 16mm(5/8”); 11,20mm(7/16”); 8mm(5/16”); 5,60(3,50); 2mm(10) e 0,063mm(230).

Figura 2: Amostras dos Agregados Graúdos e Filer (a) Amostra de Brita ½” (b) Amostra de Pedrisco (c) Amostra de Pó de Pedras (FONTE: Pesquisa efetuada p/Autor, Nov/2012).

As densidades dos agregados graúdos (brita ½” e Pedrisco) foram determinadas com base nas normas NBR NM 53:2009 (Massa específica real e aparente), na brita ½” foram efetuados os ensaios de durabilidade com base na norma DNER-ME 089:1994 (Avaliação de Durabilidade pelo emprego de soluções de Sulfato de Sódio ou de Magnésio) e o Abrasão “Los Angeles” com base na norma DNER-ME 035:1998 (Ensaio de Abrasão “Los Angeles”). Para calcular a densidade do pó de pedra utilizou-se a norma NBR 6508:1994 (Massa específica real) e a norma NBR 12052:1992 (Determinação da Equivalência de Areia) para o ensaio de Equivalência de Areia. Os resultados obtidos estão descritos na Tabela 2.

Ligante Asfáltico

Como ligante utilizou-se o CAP modificado por polímero vindo de Jacareí/SP, esse material foi fornecido pela Betunel e é classificado como Stylink PG 76-22. A amostra de CAP empregado nessa pesquisa é o mesmo ligante asfáltico utilizado no recapeamento da Avenida Afonso Pena em Campo Grande/MS feito em 2011.

Os ensaios efetuados na caracterização física desse ligante asfáltico a ser empregado na mistura SMA foram desenvolvidos pela equipe técnica do Laboratório da Equipe Engenharia/Asfaltec e os resultados obtidos encontram-se resumidos na Tabela 3.

Bagaço de Cana de Açúcar

Os bagaços da cana-de-açúcar utilizados foram coletados na Usina de Álcool - ETH Bioenergia S/A - Unidade Santa Luzia, localizada no município de Nova Alvorada do Sul/MS (Figura 4c). Esse resíduo industrial tem sido aproveitado na produção de energia elétrica, através de sua queima nas usinas sucro-alcoleiras, tornando-a autossuficiente energeticamente nos períodos de safra. Já no setor da construção civil tem sido utilizado nas propostas de pesquisas sustentáveis, como exemplo: fabricação de telhas de fibrocimento, usinagem de concretos, argamassas, blocos de concretos, entre outros exemplos como a proposta para este estudo.

Figura 4: Amostras do Bagaço de Cana-de-Açúcar (a) e (b) Vista do Microscópio Eletrônico (c) Amostra Lavada, Passada e Retida na Peneira 2mm(10) (FONTE: (a) e (b) – CORDEIRO, 2006 e (c) – Pesquisa efetuada p/Autor, Jun/2012).

O bagaço coletado foi adicionado à nova mistura asfáltica proposta na pesquisa em 0,30% do peso total da mistura, sendo lavado, peneirado na peneira 2mm (10) e seco em estufa no laboratório da Equipe Engenharia/Asfaltec de maneira, que foram aproveitadas apenas as fibras que passarem no peneiramento (Figura 4c). Foram feitos alguns ensaios dentro do laboratório da Usina, com base no controle diário que fazem desse resíduo, sendo eles: controle de umidade do bagaço, percentual de açúcar contido no bagaço e o percentual de bagaço contido na amostra ensaiada. A densidade aparente da fibra do bagaço de cana-de-açúcar foi um dado fornecido e não calculado (Tabela 4).

Essa massa foi fornecida pela Usina ETH Bioenergia correspondendo ao material solto. Por não ter sido possível calcular a densidade real da fibra do bagaço de cana-de-açúcar em laboratório, considerou-se no desenvolvimento da densidade teórica da mistura asfáltica com 0,30% de fibra.

ANÁLISES E RESULTADOS MISTURA ASFÁLTICA TIPO SMA

Os ensaios efetuados na mistura asfáltica SMA tomaram como base a norma Alemã ZTV Asphalt - StB 07 na faixa 0/11S. Para melhor compreensão, veja a Tabela 5.

A curva granulométrica de projeto utilizada neste estudo é descontínua e traçada na média entre o limite superior e inferior da faixa 0/11S. A faixa calculada para a distribuição dos agregados ficou em 32% em peso da Brita ½”, 34% em peso do Pedrisco e 34% em peso do Pó de Pedra. Para melhor visualização são apresentados resumidamente os dados da curva na Tabela 6 e ilustrados na Figura 5.

Figura 5: Curvas Granulométricas do SMA (FONTE: Pesquisa efetuada p/Autor, Nov/2012).

Ainda com base na norma alemã na escolha do teor de CAP, definiram-se cinco teores de estudo: 5,50%; 6,00%; 6,50%; 7,00% e 7,50%. Para cada percentual foram ensaiadas misturas sem adição de fibras e com a adição 0,30% de fibras. Por se tratar de um percentual muito baixo de fibras adotou-se o limite máximo da norma. O teor de projeto encontrado na pesquisa foi de 6,36%, mas para os corpos de prova moldados no teor de 6,50% apresentaram valores significativos (Tabela 7).

Para cada teor de CAP estudado, foram moldados três corpos de prova no compactador Marshall Manual, sendo 75 Golpes por face. Os Ensaios de dosagem feitos em laboratório seguiram a norma DNER-ME 043:1995 (Ensaio Marshall).

Figura 6: Resultados de Vv e VAM (FONTE: Pesquisa efetuada p/Autor, Nov/2012).

Figura 7: Resultados de RBV e Estabil. (FONTE: Pesquisa efetuada p/Autor, Nov/2012).

Figura 8: Resultados da Fluência e Escorr. (FONTE: Pesquisa efetuada p/Autor, Nov/2012).

Nas Figuras 6, 7 e 8 são apresentados os resumos do resultado dos ensaios para as Misturas SMA sem fibras e com 0,30% de fibras de bagaço da cana-de-açúcar.

Determinação do Escorrimento da Mistura Asfáltica não Compactada

Para determinar o escorrimento foi empregando o método alemão conhecido por Schellenberg. Utilizou-se 1.000g da mistura asfáltica, para cada teor estudado sem adição de fibras e com adição de 0,30% de fibras, despejou isso dentro de um béquer, previamente tarado. Foi levado à estufa com uma temperatura de 145ºC por uma hora. Decorrido este período, o conjunto foi removido da estufa e o conteúdo imediatamente despejado em outro recipiente. Pesou-se novamente o béquer e foi calculada a massa de ligante que eventualmente tenha ficado preso à superfície do mesmo. Esta porcentagem não deve exceder a 0,3% para ser considerada satisfatória, sendo desejável que seja inferior ou igual a 0,2%. Os resumos dos resultados do ensaio são apresentados na Tabela 8.

Determinação da Estabilidade e Fluência Marshall

Para os cálculos da Estabilidade Marshall e Fluência Marshall foi utilizado, como referência a norma DNER-ME 043:1995 (Ensaio Marshall) e alguns registros fotográficos estão apresentados na Figura 9. Os resultados destes dois parâmetros encontram-se na Tabela 9 e 10 e Figura 9.

Figura 9: Imagem dos Ensaios de Estabilidade e Fluência (a) Leitura da temperatura dos corpos de prova (b) Leitura da Estabilidade na Prensa (c) corpo de prova ensaiado (FONTE: Pesquisa efetuada p/Autor, Nov/2012).

CONSIDERAÇÕES FINAIS

Inicialmente, propõe-se com este trabalho avaliar as misturas asfálticas do tipo SMA, produzidas com ligante asfáltico modificado por polímero na faixa 0/11S da norma alemã ZTV Asphalt - StB 07, com a adição de fibras do bagaço de cana-de-açúcar, considerando três requisitos: ‘Estabilidade’, ‘Fluência’ e ‘Escorrimento’ na faixa de 6,5% de CAP.

Percebeu-se nos estudos que a “Estabilidade” Marshall avaliada na mistura SMA sem a adição de fibra obteve 966,24 kgf, já a mistura SMA adicionado 0,30% de fibra do bagaço obteve 981,81kgf, implicando um aumento de 1,62% na estabilidade da mistura com adição de fibra estudada. Quanto à ‘Fluência Marshall’ não apresentou aumento e nem redução obtendo os mesmos valores. Considerando a determinação das características de ‘Escorrimento’ de misturas asfálticas não compactada, o resultado na mistura SMA sem a adição de fibra obteve 2,20g de CAP escorrido para 1.000g da mistura ensaiada, enquanto que a mistura SMA adicionado 0,30% de fibra do bagaço obteve 0,60g de CAP escorrido para 1.000g da mistura ensaiada, proporcionando uma redução de 27,28% no escorrimento do ligante asfáltico utilizado com adição de fibras do bagaço.

O bagaço de cana-de-açúcar não é o único resíduo industrial, assim como outros, também prevê a utilização de mecanismos para reaproveitamento na mistura asfáltica, porém pela sua complexidade, o estudo desse objeto não se esgotou em suas possibilidades de utilização, demonstrando necessidade de novos estudos para avaliação dessa mesma mistura quanto à resistência à tração indireta por compressão diametral nos parâmetros do DNIT 136/2010-ME e a determinação do módulo de resiliência conforme Norma DNIT 135/2010 - ME.

Confrontado os resultados dos estudos deste artigo com análise de outros meios de aproveitamento do bagaço de cana-de-açúcar, pode-se afirmar que a utilização da fibra é reaproveitável na mistura asfáltica do tipo SMA e responde parcialmente a hipótese inicial, que esta poderá ser uma nova mistura de revestimento asfáltico do tipo sustentável com maior desempenho estrutural da camada de rolamento. Espera-se que experimentos como este sejam incentivados pelas autoridades, afim de que possamos ter mais cuidados e meios sustentáveis, preservando o meio ambiente.

AGRADECIMENTOS

Os autores agradecem as empresas privadas Equipe Engenharia/Asfaltec Tecnologia em Asfaltos e GEOTEC Consultoria e Serviços Tecnológicos, todas com sede em Campo Grande/MS. Por apoiarem a pesquisa por meio de parceria, cedendo os espaços dos seus laboratórios, seus equipamentos e a equipe técnica com a Agencia Estadual de Gestão de Empreendimentos de Mato Grosso do Sul (AGESUL), tornando possível a realização das pesquisas aqui apresentadas.

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Artigo publicado na Revista Pavimentação n° 39 Jan/Mar 2016.