Atualmente, produzir misturas asfálticas com qualidade e baixo custo é um desafio enfrentado por construtores em todo o mundo. Assim como customizar concretos asfálticos de acordo com os requisitos específicos de cada rodovia tornou-se uma necessidade para a sustentabilidade do pavimento.

Isso valoriza o processo de fabricação do revestimento asfáltico, que se inicia na elaboração do projeto da mistura em laboratório, em um ambiente com condições controladas e que depende diretamente de materiais disponíveis localmente. Depois, esse processo continua na usina de asfalto, onde é influenciado pela tecnologia do equipamento e pelas práticas de usinagem, além da dinâmica do intemperismo e do processo logístico dos insumos. “A produção de um projeto que respeite os limites do laboratório e da usina apresenta maior possibilidade de sucesso”, ressalva Marcelo Zubaran, especialista de produto e engenheiro de aplicação da Ciber Equipamentos Rodoviários.

IMPACTOS

Avaliando-se ainda as propriedades dos agregados, percebe-se que algumas têm influencia direta na qualidade da mistura produzida em usina, como a absorção de água, a abrasividade e o índice de equivalente-areia.

Em laboratório, antes de serem misturados ao cimento asfáltico de petróleo, os agregados são introduzidos em uma estufa para retirada da água, em um processo lento que pode demorar até 24 horas. Na usina, os agregados permanecem aproximadamente dois minutos no tambor de secagem. Durante a produção em larga escala, agregados mais porosos (com índice superior a 1,5%) podem resistir à secagem completa. Assim, alterar o tempo de secagem conforme a porosidade pode configurar um passo importante. Conforme destaca Zubaran, “a pedra apresenta maior atração pela água do que o ligante asfáltico. Assim, se não for removida toda a água, ocorrem prejuízos à adesividade da mistura”.

Outro parâmetro relevante é a abrasividade, que poderá influenciar na quebra de agregados durante a mistura na usina, aumentando sua área superficial e reduzindo a espessura da película de asfalto nas faces dos agregados. Este fenômeno na usina dificulta a adesividade por exigir a cobertura de ligante em mais faces de agregados. Já no laboratório, em geral o misturador (Figuras 1 e 2) apresenta força de cisalhamento muito inferior à da usina, tendendo a não quebrar os agregados. Já o equivalente-areia mede a quantidade de argila contida na fração fina dos agregados, constituindo um indicio da capacidade adesiva da mistura. “Apesar de influenciar pouco durante a elaboração do projeto em laboratório, a argila prejudica a secagem completa dos agregados por manter a umidade presa a este mineral, podendo prejudicar igualmente a adesividade e homogeneidade da mistura”, explica Zubaran.

A aplicação de determinados materiais também influencia na homogeneidade e desempenho da mistura. O uso de areia de rio, por exemplo, reduz a resistência da mistura ao cisalhamento, tanto em laboratório quanto na usina. O impacto da areia durante a produção em usina está na quantidade de água retida nos minerais, o que também prejudica a adesividade. Já a cal hidratada pode ser utilizada como material de enchimento ou melhorador de adesividade (quando misturada com agregados ácidos como granito). No entanto, a cal de origem dolomítica praticamente não reage quimicamente com os agregados ácidos e, por isso, é utilizada apenas como material de enchimento.

Quanto à curva granulométrica – que em laboratório pode ser desenhada conforme requisitos volumétricos e mecânicos da mistura, sem apresentar problemas de homogeneidade –, a presença de curvas descontínuas ou com excesso de agregados graúdos na usina pode refletir-se no tempo de mistura necessário para obter-se uma mistura homogênea.

No que tange ao cimento asfáltico, destaca-se o impacto da viscosidade no projeto e na produção na usina. O ligante utilizado na elaboração do projeto apresenta propriedades específicas, sendo aquecido em estufa conforme a viscosidade. Asfaltos modificados tendem a melhorar a adesividade da mistura em laboratório quando aquecidos conforme sua viscosidade. “Em usina, é relevante medir a viscosidade antes da usinagem e corrigir a temperatura de aquecimento do ligante sempre que houver variação de propriedade, fato comum quando se utilizam asfaltos modificados”, diz o especialista.

MISTURA

Algumas propriedades da mistura influenciam na produção em usina, como o volume de vazios e a relação entre filler e betume. O primeiro inclui vazios de ar que acarretam deformação do pavimento sob carga (flexão). Assim, as especificações internacionais exigem um volume de vazios de 4% para misturas densas, pois acima disso pode apresentar uma película muito delgada de asfalto nas faces dos agregados e, na usina, dificultar a adesividade da mistura, requerendo alteração do tempo de mistura.

Igualmente importante, a relação filler/betume é definida por especificações internacionais, que a limitam entre 0,6 e 1,2 (peso de filler dividido pelo peso do asfalto). Quanto maior este índice, mais fina será a película de asfalto nos agregados, dificultando a adesividade. Neste caso, há necessidade de aumento do tempo de mistura, condição limitada na usina ou influenciadora na taxa de produção.

Em laboratório, o tempo de mistura é determinado pelo equipamento misturador utilizado, mas pode exceder três minutos, um tempo muito superior ao da usina. As Figuras 3 e 4 mostram o misturador de uma usina contínua, vazio e cheio de materiais.

PRÁTICAS

A usina de asfalto é responsável por reproduzir a mistura desenvolvida em laboratório, porém com alta taxa de produção. Se em laboratório pode demorar mais de um dia para produzir poucos corpos de prova, na usina pode-se fabricar mais de 100 t/h de mistura, dependendo do modelo, condições dos materiais e local de fabricação.

As principais atribuições da usina são de dosar, secar e aquecer os agregados, conforme a temperatura de projeto, filtrando os gases provenientes da combustão, misturando os agregados com o cimento asfáltico e, por fim, armazenando a mistura para posterior carregamento do caminhão.

Quanto à dosagem, a usina deve garantir a proporção dos agregados também conforme o projeto, contanto que a granulometria dos agregados seja homogênea. Em se tratando de usinas de fluxo contínuo de produção, deve-se verificar a granulometria nas correias para confirmar e comparar com as granulometrias dos agregados (correias dosadoras) e da mistura (correia transportadora). Tecnologias aplicadas em usinas contínuas – como o sistema pick up de controle da velocidade real da correia e o sistema digital de transmissão de dados da célula de carga até o computador da usina – traduzem-se no estado da arte da dosagem em produção contínua. “Mas como é importante não misturar agregados entre silos adjacentes, o volume do silo e a largura de alimentação da pá carregadeira também são pontos importantes”, afirma Zubaran. A Figura 5 mostra os silos dos agregados.

Quando utilizada no projeto, a cal hidratada deve ser introduzida diretamente no misturador da usina, de preferência em zonas de mistura a seco (apenas entre agregados, antes da injeção do CAP), seja em usinas descontínuas como contínuas com misturador externo tipo Pug Mill. Já a cal de origem calcítica, em contato com agregados ácidos, reverte a polaridade superficial das pedras, permitindo melhor ligação adesiva com o ligante asfáltico.

Quanto à dosagem do CAP, a temperatura é a principal variável, afetando diretamente a viscosidade. “Em aplicações com asfaltos modificados é fundamental verificar a viscosidade do ligante antes da usinagem, quando chega à obra, o que é feito por meio de um viscosímetro Brooksfield, ajustando-se a temperatura de aquecimento do ligante”, comenta o engenheiro da Ciber.

A mistura de agregados com asfalto com viscosidade acima do ponto ideal (baixa temperatura) pode prejudicar a adesividade da mistura. Se o ligante for aquecido acima do ponto ótimo (baixa viscosidade), pode iniciar um processo de envelhecimento, prejudicando o desempenho da mistura no pavimento por perda de flexibilidade.

Em usinas contínuas, a bomba de asfalto depende exclusivamente da vazão da usina, sendo configurada pelo fabricante independentemente do tipo de asfalto. Assim, a tubulação de sucção (entre o tanque e a bomba) deve ser analisada conforme o tipo de asfalto. Quanto mais viscoso for o ligante, maior deve ser a tubulação de sucção para preenchimento completo das engrenagens da bomba.

No tocante à secagem na usina, objetiva-se a retirada de toda a umidade da pedra, seja superficial ou absorvida, algo que acontece em laboratório após 24 horas de estufa. Devem ser retiradas amostras de agregados após a secagem e durante a produção (entre o tambor secador e o misturador). A Figura 6 (pág. 48) mostra o ponto de retirada de amostras dos agregados secos em usinas contínuas. “É importante ajustar o tempo de secagem conforme a umidade dos agregados, o que pode ser realizado de forma mecânica ou eletrônica, dependendo da tecnologia da usina”, comenta Zubaran.

O silo de massa pronta também pode ser ajustado conforme a mistura, a fim de evitar segregação. Dependendo do projeto (relação filler/betume), a mistura tende a segregar. Por isso, é importante evitar a queda livre da mistura por longo tempo. Amortecer a caída da mistura ajuda a mantê-la homogênea. Na saída do silo de massa pronta, podem-se configurar chapas que orientem a queda do material no caminhão, conforme mostram as Figuras 7 e 8 na pág. 48.

Por sua vez, o carregamento da mistura no caminhão ocorre em etapas, ou seja, carrega-se em sequência a parte da frente ou de trás e, por fim, o meio da caçamba. “O objetivo é evitar o plano inclinado, que tende a gerar segregação”, alerta Zubaran.

CORRELAÇÃO

Uma visão global no momento da elaboração de um projeto de mistura asfáltica, que inclua a usina de asfalto, pode ser decisivo para seu sucesso. Determinados comportamentos dos materiais ou da mistura, como a adesividade, podem ser evidenciados apenas na usina, na qual a taxa de produção é muito maior do que no laboratório.

Há procedimentos que verificam a capacidade adesiva da mistura em laboratório, porém de forma isolada. Contudo, para correlacionar os parâmetros em laboratório e na usina recomenda-se o estudo do comportamento de secagem e de mistura dos agregados em laboratório. Na estufa, é possível traçar um gráfico do tempo de secagem e de redução da umidade, correlacionando-os ao tempo de secagem na usina. “Em laboratório, também é recomendável buscar-se o menor tempo de mistura para cada projeto e correlacioná-lo à usina de asfalto”, ressalta Zubaran. “Afinal, a qualidade e a homogeneidade estão na intersecção entre laboratório, usina e aplicação.”

Saiba mais:

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