Propriedades de concretos betuminosos usinados a quente com o uso de agregado graúdo reciclado de concreto

Orientador : Prof. Dr. Leonardo Fagundes Rosemback MirandaCo-orientador : Prof. Dr. Djalma Rocha Al Chueyr PereiraDissertação (mestrado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Tecnologia, Programa de Pós-Graduação em Construção Civil. Defesa: Curitiba,29/05/2013Inclui referênciasArea de concentração : Materiais e estruturasResumo: Considere a seguinte questão: por que usar em via de tráfego local, materiais pétreos, se os mesmos podem ser substituídos por agregados alternativos que possibilitam ao concreto betuminoso usinado a quente características suficientes para atender aos requisitos exigidos? A quantidade de resíduos de construção gerados anualmente no Brasil é estimada em 500kg/hab.ano (Pinto, 1999) e supera o uso do material nas práticas já consolidadas, como a utilização de agregados reciclados em bases e sub-bases de pavimentos. Verifica-se a necessidade de desenvolvimento de métodos que permitam a aplicação do material em outras soluções, visando evitar a disposição irregular e contaminação de resíduos, ainda mais se tratando do agregado reciclado de concreto, considerado nobre. Essa pesquisa propõe o estudo de substituição de frações de agregados graúdos por agregados reciclados de concreto para a utilização na camada de concreto betuminoso usinado a quente, área na qual os estudos são muito recentes e escassos. Após verificar-se a não existência de diferenças significativas entre os resultados dos ensaios de absorção e massa específica real de agregados reciclados de concretos originados de concretos com 20, 30 e 40 MPa de resistência mecânica à compressão, o trabalho teve continuidade com o estudo de quatro teores de substituição de agregado natural por agregado graúdo reciclado de concreto de 30 MPa e uma mistura referência. Foi utilizada uma mesma curva granulométrica para todas as misturas, seguindo os limites previstos nas normas do DNIT para a faixa C. Foi utilizado concreto asfáltico CAP 50/70, cujas características corroboram com as exigências da ANP. Foi realizada a dosagem Marshall com complementação do ensaio RICE, chegando-se a parâmetros volumétricos satisfatórios e teor ótimo de ligante igual a 4,9% para a mistura referência e entre 6,0 e 6,9% para as demais misturas. Foram moldados corpos de prova com os teores ótimos de ligantes e realizado os ensaios de deformação permanente (LCPC), em que pode se verificar melhora nos resultados quando utilizados até 75% de agregado reciclado de concreto em substituição ao agregado natural, e de resistência da mistura asfáltica compactada ao dano por umidade induzida (ensaio Lottman), no qual a substituição de agregados graúdos naturais por agregados graúdos reciclados de concreto implicou em melhoras na adesividade da mistura. E, por último, foi analisada a viabilidade econômica das misturas, que se mostrou mais favorável que outras análises verificadas na revisão bibliográfica realizada pela autora. Verifica-se que, apesar dos agregados graúdos reciclados de concreto possuírem maior absorção, maior abrasão Los Angeles e menor massa específica que agregados naturais, as misturas apresentaram resultados satisfatórios que se enquadraram nas especificações verificadas para emprego em concretos asfálticos de vias de baixo volume de tráfego, podendo, desta maneira, contribuir com o aproveitamento desses resíduos e minimizar os problemas relacionados à disposição irregular dos mesmos.Abstract: Consider the following question: why use stone materials in local traffic roads if they can be replaced by alternative aggregates which gives the hot mixed bituminous concrete features enough to meet the demanded requirements? The amount of construction waste generated annually in Brazil is estimated to be 500kg/inhabitant/year (Pinto, 1999) and surpasses the use of the material in practices already consolidated, such as the use of recycled aggregates in bases and sub-bases of floors. The need for development of methods which allow the application of the material in other solutions is verified, with the aim of avoiding the irregular disposal and contamination of waste, especially in the case of recycled concrete aggregate, considered to be noble. This research proposes the study of the substitution of fractions of coarse aggregate by recycled concrete aggregates for using in the layer of hot mixed asphaltic concrete, area in which the studies are very recent and scarce. After verifying that there are no significant differences between the results of absorption essays and the specific gravity of recycled concrete aggregate originated from concrete with 20, 30 and 40 MPa of compressive mechanic resistance, the work has been continued with the study of four levels of substitution of natural aggregate with 30 MPa of coarse recycled concrete aggregate and a reference mixture. The same grain size distribution was used for all mixtures, according to the limits forecast in the National Department of Transport Infrastructure standards for band C. Asphalt concrete PAC 50/70 was used, whose characteristics corroborate the requirements of the National Agency of Petroleum, Natural Gas and Biofuels. The Marshall dosage with complementation of RICE assay was performed, achieving satisfactory volumetric parameters and an optimum asphalt content equal to 4.9% for the reference mixture and between 6.0 and 6.9% for the other mixtures. Bodies of proof were modeled with the optimum amounts of ligand and the permanent deformation essays (LCPC) performed, where it is possible to verify improvement in results when using up to 75% of recycled concrete aggregate replacing the natural aggregate, and the essay of compacted asphalt mixture resistance to damage by in h mi i y (L m n' y), in whi h h b i i n f n l gg g by recycled coarse aggregates of concrete implied in improvements in the mixture adhesiveness. And finally, the economic viability of the mixtures was analyzed, which was more favorable than other analyzes found in the literature review made by the author. It is verified that, despite the coarse recycled concrete aggregate having higher absorption, higher Los Angeles abrasion and lower specific gravity than natural aggregates, the mixtures showed satisfactory results that met the specifications verified for use in asphaltic concrete, thus indicating a possible technical viability for the use of asphaltic concrete in low traffic roads, and may in this way contribute to the recovery of such waste and minimization of problems related to its irregular disposal

Estudo e comparação do desempenho mecânico e reológico entre concretos asfálticos modificados por polímero SBS, borracha moída de pneu e nanomateriais

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil, Florianópolis, 2016.Grande parte das deficiências dos pavimentos se dá pela não conformidade dos materiais empregados em revestimentos asfálticos com a demanda de tráfego ao qual são submetidos. Nessa direção, a modificação dos ligantes asfálticos é uma alternativa para melhorar o desempenho desse material e, consequentemente, do concreto asfáltico, frente aos diversos mecanismos de degradação. Por isso, é fundamental o estudo das propriedades dos concretos asfálticos modificados, principalmente no que diz respeito à caracterização reológica e à fadiga e à resistência à deformação permanente, pois estes são considerados os principais mecanismos de degradação dos revestimentos asfálticos. Este trabalho teve como objetivo avaliar tanto o desempenho mecânico quanto o reológico de misturas asfálticas contendo quatro tipos diferentes de agentes modificadores: polímero SBS, borracha moída de pneu, nanoargila organofílica e nanotubo de carbono. As misturas nanomodificadas foram desenvolvidas na pesquisa de Melo (2014). As propriedades empíricas dos ligantes modificados foram avaliadas e, para cada mistura, foi obtido o teor de ligante de projeto a partir da dosagem Superpave. Na sequência, procedeu-se à produção de misturas asfálticas modificadas por polímero SBS e borracha moída de pneu, que foram submetidas ao dano por umidade induzida pelo ensaio de Lottman modificado, à deformação permanente no simulador de tráfego francês, módulo complexo e resistência à fadiga no aparato quatro pontos. Todas as misturas apresentaram desempenho satisfatório quanto ao dano por umidade induzida. Quanto à deformação permanente, os resultados obtidos foram todos superiores aos da mistura convencional, sendo que a mistura com nanotubo de carbono apresentou o menor afundamento. A verificação do comportamento reológico mostrou que as misturas modificadas por polímero SBS e borracha moída de pneu apresentam valores de módulo complexo e ângulo de fase inferiores aos das misturas nanomodificadas. A respeito da resistência à fadiga, as misturas modificadas por polímero SBS e borracha moída de pneu apresentaram desempenho consideravelmente superior às misturas nanomodificadas. A elevada resistência à fadiga dessas misturas refletiu no aumento de vida útil da estrutura de pavimento, obtido por meio de simulações numéricas. Portanto, em relação aos dois principais mecanismos de degradação de revestimentos asfálticos, o melhor desempenho à fadiga foi observado pela mistura modificada por polímero SBS e a maior resistência à deformação permanente foi obtida com a incorporação de nanotubo de carbono à mistura asfáltica.Abstract : Many of the pavement deficiencies are due to non-compliance of the materials used in asphalt coatings with the traffic demand to which they are submitted. Therefore, asphalt binder modification is an alternative to improve the performance of this material and, consequently, of the asphalt concrete against various degradation mechanisms. The study of the properties of modified asphalt concrete is essential, especially with regard to the behavior to fatigue and resistance to permanent deformation, as these are considered the main degradation mechanisms of asphalt coatings. This study?s main objective was to evaluate the mechanical and rheological performance of asphalt mixtures containing four different modifiers: SBS polymer, crumb rubber, organophilic nanoclay and carbon nanotube. The nanomodified asphalt mixtures were developed in Melo?s research (2014). The empirical properties of the modified binders were evaluated and, for each asphalt mixture, the optimum asphalt binder content was determined in accordance with the Superpave mix design. Thus, production of modified asphalt mixtures with SBS polymer and crumb rubber was carried out. Those were subjected to moisture induced damage by the modified Lottman test, permanent deformation test in the French traffic simulator, complex modulus and fatigue life by the four point bending test. All the asphalt mixtures showed high resistance to moisture induced damage. The permanent deformation test results were all higher than those of the control asphalt mixture and the carbon nanotube asphalt mixture showed the best rutting resistance. The determination of rheological behavior showed that SBS and crumb rubber modified asphalt mixtures have lower complex modulus and lower phase angle than nanomodified asphalt mixtures. Regarding the fatigue life, the SBS and crumb rubber asphalt mixtures showed much better performance than the nanmodified asphalt mixtures. The increase in fatigue life, caused by the presence of modifying agents, induced an increment in the estimated life of the pavement structure, verified in numerical simulations. Therefore, concerning the two main degradation mechanisms of asphalt coatings, the best fatigue life performance was observed by the SBS modified asphalt mixture and the best rutting resistance was obtained with the carbon nanotube incorporation into asphalt mixture

Um estudo dos fatores intervenientes no desempenho de pavimentos flexíveis executados com solos residuais saprolíticos na região sul de Santa Catarina

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil.Os solos residuais saprolíticos têm sido muito utilizados na estrutura de pavimentos flexíveis na região sul do Brasil. O uso deste tipo de solo é justificado pelo grande volume disponível e ao fato de lhe ser atríbuido uma boa capacidade de suporte na estrutura do pavimento. Entretanto, tem-se verificado em pesquisas mais recentes que o comportamento dos solos residuais saprolíticos, principalmente para amostras ensaiadas acima da umidade ótima de compactação, demonstra ser inferior ao que se espera para um material utilizado como camada de pavimento. Este mau comportamento é identificado a partir da resposta do material em termos de deflexões recuperáveis, que normalmente apresentam valores elevados. Este estudo abrangeu 7 trechos rodoviários localizados no sul do Estado de Santa Catarina cujos pavimentos tem solos residuais saprolíticos nas camadas de sub-base ou reforço subleito. Objetivou-se nesta pesquisa, não somente, caracterizar o comportamento dos solos residuais saprolíticos utilizados nos pavimentos aqui estudados, mas também efetuar uma análise dos fatores que influíram no desempenho destes pavimentos. Além das características dos solos utilizados, estes fatores estão asssociados ao desempenho das estruturas dos pavimentos como um todo e a influência do tráfego que circula nas rodovias que abrangem o estudo.. Como conclusão desta pesquisa, a partir das análises efetuadas, são indicadas algumas limitações para o uso dos solos residuais saprolíticos em estruturas de pavimentos flexíveis