REUTILIZAÇÃO DE BORRACHA DE PNEUS INSERVÍVEIS EM OBRAS DE PAVIMENTAÇÃO ASFÁLTICA

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1 REUTILIZAÇÃO DE BORRACHA DE PNEUS INSERVÍVEIS EM OBRAS DE PAVIMENTAÇÃO ASFÁLTICA PROF. DR. JOSÉ LEOMAR FERNANDES JÚNIOR Departamento de Transportes - STT Escola de Engenharia de São Carlos - USP 1

2 Resíduos Sólidos Problema da Sociedade Moderna Introdução Disposição Final de Pneus Aterros Sanitários» Degradação Lenta» Baixo grau de compactação Lixões, Rios, Beiras de Estradas etc.» Incêndios» Proliferação de mosquitos, roedores e outros vetores de doenças 2

3 Estados Unidos Descarte de Pneus 273 milhões por ano» mais de 1 pneu / pessoa / ano União Européia 235 milhões por ano» 0,6 pneu / pessoa / ano Brasil* 44 milhões por ano» 0,3 pneu / pessoa / ano * estimativa baseada na frota de veículos 3

4 Estrutura do Pneu Banda de Rodagem Desenhos Cravados Flanco Composição (veículo de passeio): 85% de Borracha 10% de Aço 5% de Lonas Massa aproximada: Sulcos veículo de passeio - 10 kg caminhão - 50 kg Cinta de Nylon Cinturão de Aço Lona Talão Friso Volume - 1 m 3 pode conter: 13 pneus de carro ou 4 pneus de caminhão 4

5 Legislação Estados Unidos Lei sobre a Eficiência do Transporte Intermodal de Superfície (Public Law ), ISTEA, 1991» 1997: 20% dos pavimentos devem conter borracha de pneus Resolução n. 258 do CONAMA Conceito de responsabilidade do produtor e do importador pelo ciclo total da mercadoria Prazos e quantidades de coleta de pneus: A partir de: Nacionais e Importados Pneus Novos Reciclar e/ou Reutilizar Importados Pneus Usados Reciclar e/ou Reutilizar Jan Jan Jan Jan * Eliminação do passivo ambiental, estimado em mais de 100 milhões de pneus 5

6 Redução, Reutilização e Reciclagem de Pneus Minimização da Geração REDUÇÃO REUTILIZAÇÃO QUEIMA A CÉU ABERTO MILHÕES DE CARCAÇAS DISPOSIÇÃO INADEQUADA ESTOCAGEM / ATERROS GERAÇÃO DE ENERGIA ENGENHARIA CIVIL CORTE, TRITURAÇÃO E SEPARAÇÃO DOS MATERIAIS BORRACHA TRITURADA APLICAÇÕES DIVERSIFICADAS PAVIMENTAÇÃO ASFÁLTICA 6

7 Possibilidades de Utilização em Engenharia Civil 7

8 Possibilidades de Utilização em Engenharia Civil Boas intenções Improvisação Resultados insatisfatórios 8

9 REUTILIZAÇÃO DE PNEUS MILHÕES DE PNEUS DESCARTADOS ANUALMENTE DISPOSIÇÃO INADEQUADA INCINERAÇÃO ATERROS SANITÁRIOS PROBLEMA AMBIENTAL PROBLEMA ECONÔMICO RECICLAGEM REUTILIZAÇÃO DE BORRACHA GERAÇÃO DE ENERGIA MATERIAIS PARA PAVIMENTAÇÃO DIVERSOS PROCESSO SECO AGREGADO-BORRACHA PROCESSO ÚMIDO ASFALTO-BORRACHA 9

10 Incorporação nas Misturas Asfálticas Processo Úmido (asfalto-borracha): CIMENTO ASFÁLTICO + BORRACHA + AGREGADO PÉTREO Processo Seco (agregado-borracha): CIMENTO ASFÁLTICO + BORRACHA + AGREGADO PÉTREO 10

11 Defeitos em Pavimentos Asfálticos Trilhas de Roda Trincas por Fadiga 11

12 USO EM PAVIMENTAÇÃO ASFÁLTICA melhorar o desempenho dos pavimentos aumento da rigidez a elevadas temperaturas (reduzindo a deformação permanente nas trilhas de roda) aumento da flexibilidade (retardando o aparecimento de trincas) aumento da impermeabilização proporcionada pelos revestimentos asfálticos utilização como selante de trincas existentes 12

13 Processamento dos Pneus para Utilização em Engenharia Civil 13

14 Processamento dos Pneus para Utilização em Engenharia Civil 14

15 Processamento dos Pneus para Utilização em Engenharia Civil 15

16 Processamento dos Pneus para Utilização em Engenharia Civil 16

17 Processamento dos Pneus para Utilização em Engenharia Civil 17

18 Processamento dos Pneus para Utilização em Engenharia Civil 18

19 Processamento dos Pneus para Utilização em Engenharia Civil 19

20 Processamento dos Pneus para Utilização em Engenharia Civil 20

21 Utilização de Borracha Pneus em Pavimentação Asfáltica Agregado Borracha 21

22 Objetivo Verificar a possibilidade de utilização de borracha de pneus triturada em misturas asfálticas ( Processo Seco ), com obtenção de um material com propriedades que permitam seu uso em obras de engenharia avaliar o desempenho analisar as implicações estruturais e econômicas» processos construtivos» espessuras equivalentes» quantidades de materiais 22

23 Atividades de Laboratório BORRACHA AGREGADO PËTREO ASFALTO CARACTERIZAÇÃO CORPOS-DE-PROVA ENSAIOS EXPLORATÓRIOS ENSAIOS DE OTIMIZAÇÃO ENSAIOS DE APLICABILIDADE 23

24 Planejamento dos Experimentos Teor de borracha: 0, 1 e 2% (em relação à massa total da mistura) Granulometria da borracha: Grossa (9,5 mm até 0,6 mm) Fina (1,18 mm até 0,15 mm) Teor de ligante: Fixo, igual ao da mistura de controle para obtenção de Vv = 4% Tempo de Digestão: 2h (simulação de envelhecimento em estufa a 150 o C, antes da compactação) 24

25 Preparo de Corpos de Prova para Ensaios no Laboratório de Estradas 25

26 Preparo de Corpos de Prova para Ensaios no Laboratório de Estradas 26

27 Preparo de Corpos de Prova para Ensaios no Laboratório de Estradas 27

28 Preparo de Corpos de Prova para Ensaios no Laboratório de Estradas 28

29 Ensaios Realizados Solubilização e Lixiviação Trilha de roda em equipamento simulador de tráfego tipo LCPC 29

30 Resultados Solubilização e Lixiviação Borracha triturada x Mistura asfáltica com borracha Borracha: resíduo Classe II (não inerte) Mistura Modificada: Classe III (inerte) a incorporação da borracha no revestimento asfáltico constitui um processo eficiente para a inertização dos metais (Zn e Mg) presentes na borracha 30

31 Resultados Deformação Permanente Profundidade da Trilha 18% 12% 6% 0% Número de Ciclos Controle 2G 2F 1G 1F 31

32 A incorporação de borracha de pneus em misturas asfálticas é eficiente para a sua inertização Sob determinadas condições, a incorporação de borracha de pneus melhora o desempenho em termos de resistência à deformação permanente, o que torna promissora a sua utilização como agregado O uso de borracha de pneus em pavimentação Não é panacéia Tecnicamente viável Conclusões Pode ser implementado em larga escala 32

33 Processo Úmido TIPO DE LIGANTE TEOR DE LIGANTE CIMENTO ASFÁLTICO + BORRACHA MOÍDA TIPO DE BORRACHA TAMANHO DAS PARTÍCULAS TEOR DE BORRACHA TEMPERATURA E TEMPO DE REAÇÃO DILUENTE LIGANTE ASFALTO-BORRACHA 33

34 LIGANTE ASFALTO-BORRACHA FATORES E NÍVEIS TIPO DE BORRACHA: Relastomer TEOR DE BORRACHA: 0, 6, 12, 18 e 24% TAMANHO DAS PARTÍCULAS DE BORRACHA: #40 (0,42mm) a #50 (0,30mm), #50 a #100 (0,150mm) e #100 a #200 (0,075mm) TIPO DE LIGANTE ASFÁLTICO: CAP 20 e CAP 30 TEMPERATURA DE MISTURA: 165, 175 e 185 o C TEMPO DE REAÇÃO: 20, 35 e 50 minutos 34

35 Processo Úmido SELANTE DE TRINCAS E JUNTAS SAM (Stress Absorbing Membrane) TRATAMENTO SUPERFICIAL espalhamento sucessivo de camadas de ligante asfaltoborracha e agregado sobre a base de um pavimento SAMI (Stress Absorbing Membrane Interlayer) camada de asfalto-borracha aplicada entre camadas de CAUQ, quando for executado um reforço CONCRETO ASFÁLTICO USINADO A QUENTE (CAUQ) mistura a quente, em usina apropriada, de agregado mineral graduado, material de enchimento (filler) e cimento asfáltico, espalhado e comprimido a quente 35

36 Experiência do Estado da Flórida na Utilização de Asfalto-Borracha CONCRETO ASFÁLTICO USINADO A QUENTE (CAUQ) Usina de Asfalto-Borracha no Estado da Flórida, EUA 36

37 Preparo de Corpos de Prova para Ensaios no Laboratório de Estradas 37

38 Preparo de Corpos de Prova para Ensaios no Laboratório de Estradas 38

39 Preparo de Corpos de Prova para Ensaios no Laboratório de Estradas 39

40 ENSAIOS REALIZADOS ENSAIOS CONVENCIONAIS ENSAIO DE PENETRAÇÃO: consistência dos asfaltos sob temperatura média em serviço PONTO DE AMOLECIMENTO: temperatura na qual a consistência de um cimento asfáltico passa do estado plástico ou semi-sólido para o estado líquido PONTO DE FULGOR: temperatura acima da qual o asfalto deve ser manipulado como produto inflamável (garantir a segurança durante o transporte e manuseio dos materiais asfálticos) 40

41 ENSAIOS REALIZADOS ENSAIOS SUPERPAVE VISCOSIDADE BROOKFIELD: para garantir um asfalto fluido o suficiente para ser bombeado e misturado com o agregado CISALHAMENTO DINÂMICO: simula o acúmulo de deformação permanente do ligante asfáltico a temperaturas máximas e o fenômeno de fadiga do revestimento a temperaturas médias do pavimento em serviço RIGIDEZ À FLUÊNCIA NA FLEXÃO: avalia as propriedades associadas à resistência dos ligantes à formação de trincas de origem térmica (ensaio a baixas temperaturas) 41

42 RESULTADOS DOS ENSAIOS CONVENCIONAIS PONTO DE FULGOR: os resultados mostram que a adição de borracha, independentemente dos outros fatores, aumenta o ponto de fulgor (de 289 o C, para o cimento asfáltico sem borracha, até 317 o C) PENETRAÇÃO: os resultados obtidos mostram que a penetração aumenta até um teor de 12 %, estabilizando ou diminuindo para os teores de 18 e 24% de borracha PONTO DE AMOLECIMENTO: é crescente com o teor de borracha, indicando um aumento na resistência à deformação permanente 42

43 PONTO DE AMOLECIMENTO Ponto de Amolecimento ( o C) Temp. Mistura = 160C - #50 Temp. Mistura = 170C - #50 Temp. Mistura = 160C - #40 Temp. Mistura = 170C - # Teor de Borracha (%) 43

44 RESULTADOS DOS ENSAIOS SUPERPAVE VISCOSIDADE BROOKFIELD a viscosidade é crescente com o teor de borracha PROPRIEDADES REOLÓGICAS as amostras com maior teor de borracha apresentam maiores módulos complexos, ou seja, são mais resistentes ao acúmulo de deformação permanente, e menores valores de δ, o que significa que são mais elásticas e, portanto, mais resistentes à formação de trincas RIGIDEZ À FLUÊNCIA NA FLEXÃO todas as amostras ensaiadas apresentaram valores bem abaixo do limite máximo de rigidez (< que 300 MPa) e sobre o limite mínimo do módulo de relaxação (valores superiores a 0,300) 44

45 DSR ANTES DO ENVELHECIMENTO Temperatura de ensaio: 64 o C G*/sen δ (kpa) Temp. Mistura = 160C - #50 Temp. Mistura = 170C - #50 Temp. Mistura = 160C - #40 Temp. Mistura = 170C - #40 Limite da Especificação Superpave Teor de Borracha (%) 45

46 DSR APÓS ENVELHECIMENTO DE LONGO PRAZO 6000 Temperatura de ensaio: 31 o C G* sen δ (kpa) Temp. Mistura = 160C - #50 Temp. Mistura = 170C - #50 Temp. Mistura = 160C - #40 Temp. Mistura = 170C - #40 Limite Especificação Superpave Teor de Borracha (%) 46

47 MODELOS ESTATÍSTICOS G*/sen δ (kpa) # 50 # 40 Especificação Superpave Y = 5,4 + 3,0B l + 0,3B q -0,6B l T (R 2 = 0.92) Temperatura de ensaio: 64 o C Especificação Superpave Teor de Borracha (%) 47

48 CONCLUSÕES EXISTEM EVIDÊNCIAS DE QUE O LIGANTE ASFALTO- BORRACHA PODE SER BENÉFICO AOS PAVIMENTOS melhorando as propriedades de resistência ao acúmulo de deformação permanente e de resistência à formação de trincas por fadiga Os modelos estatísticos desenvolvidos neste estudo são muito úteis para a compreensão do comportamento do ligante asfalto-borracha O teor de borracha é o fator mais significativo é possível ter os mesmos resultados usando diferentes combinações de tamanho das partículas e temperatura de mistura. Isto é economicamente importante porque pode-se relacionar o tamanho das partículas e temperatura de mistura diretamente à quantidade de energia (ou seja, o custo) necessária para produzir o asfalto-borracha 48

49 SUGESTÕES PARA TRABALHOS FUTUROS Completar o Fatorial Inicialmente Proposto fatores que não puderam ser analisados neste trabalho (tipo de borracha, tipo de CAP e uso de diluente) consideração de níveis adicionais para os fatores granulometria da borracha e temperatura de mistura preparo e ensaio de misturas asfálticas com ligante asfalto-borracha em laboratório (módulo de resiliência, fluência estática, fluência dinâmica, adesividade etc.) execução de trechos experimentais e acompanhamento do desempenho sob condições reais de tráfego e climáticas 49

50 COMENTÁRIOS FINAIS Solução dos Problemas Ambientais da Disposição Final dos Pneus Complexa Dependente da atuação governamental»federal, estadual e municipal Dependente da sociedade: produtores, distribuidores, consumidores e pesquisadores 50