Fragmentação

Fragmentação é o processo de fraturar pavimento de Concreto de Cimento Portland em pedaços angulares para revestimento direto. A Resonant Machines, pioneira em fragmentação, participou de mais de 25 pesquisas independentes diferentes ao longo das últimas duas décadas. Tais pesquisas indicaram que as estradas fragmentadas com revestimento de asfalto possuem, em média, um ciclo de vida útil de 22 anos, ao mesmo tempo em que custam 60% a menos do que o custo de desgaste e de substituição do concreto e levam cerca de 1/5 do tempo. A RMI completa em média cerca de 1,6 km de pistas por dia, ou aproximadamente 6000 m². A fragmentação deveria ser considerada como primeira opção no momento de recuperar uma estrada de concreto.

Nosso processo de fragmentação também é benéfico para áreas de intenso tráfego urbano, com redução de custos para o usuário.  Tais vias de acesso são muito sensíveis a interrupções de trânsito, tanto para o público quanto para as empresas locais.  A fragmentação é a forma mais eficaz de recuperar essas vias com mínimo impacto para os motoristas e para o comércio local.  Além da rapidez e da eficiência da RMI, o método de baixa amplitude e alta frequência reduz as vibrações do solo e o impacto da poluição sonora nas redondezas.

Para evitar rachamento reflexivo, é necessário desgastar intensamente a integridade estrutural das lajes de concreto. A laje deve ser fraturada ao longo de toda a sua extensão e a aderência entre o concreto e qualquer tipo de reforço deve ser destruída – tudo isso, sem danificar o perfil da base ou o material da base. Uma vez comprometida a integridade da laje, a carga de tráfego intenso não provocará reflexão da laje, o que resultaria em rachamento no revestimento do asfalto Figura 1, desde que o concreto seja quebrado de tal forma que possa manter módulo máximo, coeficiente estrutural máximo e capacidade máxima de distribuir a carga da superfície ao longo de uma base mais larga. A obtenção de módulo máximo requer que o concreto seja fraturado no plano de cisalhamento – ou seja, a um ângulo de 45°. Esse padrão de fraturamento angular permite maior módulo do que o padrão de fragmentação vertical e espalha a carga sobre uma área mais extensa, o que permite maior módulo do que é possível atingir por meio de outros métodos de fraturamento.
O coeficiente estrutural de uma típica base de pedra britada é de 0,14; o de uma base estabilizada é de 0,25; e o de uma laje fragmentada Resonant sobre um material de base substancial pode variar entre 0,25 e 0,28. As lajes suportadas apenas por um material de base arenosa ou não consolidada produzirão um coeficiente estrutural de 0,16 a 0,25.

O objetivo é quebrar o concreto de tal maneira que a laje fraturada não se expanda em excesso, não danifique nem invada a base de forma alguma e que os pedaços quebrados não sejam grandes demais nem se separem demais um do outro. O padrão de quebra deve ser do tipo “quebra-cabeça”, ou seja, com todos os pedaços partidos próximos um do outro, de maneira integrada, não desordenada Figura 1. Isto resulta em uma distribuição muito mais ampla das cargas do tráfego; as peças “se ajustam ou flexionam” em conjunto, distribuindo as cargas ao longo de uma área muito mais extensa. Tal resultado só pode ser atingido mediante a quebra do concreto com um martelo de impacto ressonante, de baixa amplitude (19 mm.) e alta frequência.

Todos os dados que mostram as vantagens da fragmentação foram extraídos de concreto quebrado por martelos Resonant. As “fraturas” que ocorrem ao longo de toda a laje de concreto quebrado ressonante de baixa amplitude e alta frequência eliminam os efeitos da laje e evitam rachamento reflexivo. Uma vez que permanecem ligadas umas às outras por um tipo de relacionamento em “quebra-cabeça”, essas fraturas permitem uma distribuição substancial de carga ao longo da base, onde cada peça distribui parte da carga à próxima peça Figura 2. É importante quebrar a laje em pedaços de tamanho consistente para que a flexibilidade homogênea da laje distribua de maneira uniforme as cargas impostas sobre a base.

Uma laje fraturada por impacto ressonante de baixa amplitude e alta frequência não impele os pedaços de concreto quebrados para o interior do material da base. A base de uma laje quebrada por ressonância permanece tão homogênea quanto o era antes de ser quebrada Figura 2. Até que a fratura se propague ao longo de toda a laje, os impactos ressonantes de baixa amplitude e alta frequência já dissiparam toda a energia da quebra, deixando o fundo da laje homogêneo e sem provocar qualquer tipo de invasão ou impacto no material da base. A baixa amplitude do martelo não impele o material quebrado para o interior da base e não danifica as bases tratadas com cimento nem os utilitários do subsolo.

A fragmentação é uma forma de “recuperação” comparável a uma “nova” construção (reconstrução). Quando uma laje de concreto está tão deteriorada que requer alguma forma de recuperação ou reconstrução total, a comparação de custos é contundente. Foi realizada uma análise comparativa para um projeto de Arkansas. O custo total da reconstrução foi 3 vezes superior ao da fragmentação. Em outros estados, a proporção de custo entre reconstrução total em comparação com a fragmentação ficou numa faixa de 3:1 a 4:1. Além disso, a fragmentação leva apenas um quinto do tempo e não é, nem de perto, tão inconveniente para o público. O martelo ressonante quebra entre 5000 e 8000 metros quadrados de concreto por dia.

Em um projeto devidamente selecionado e um procedimento devidamente concebido, a fragmentação pode produzir uma estrada recuperada cuja expectativa de vida pode ultrapassar 22 anos – o que se aproxima à expectativa de vida de uma reconstrução – a uma fração do custo, tanto em termos de tempo quanto em termos de dinheiro. Outros métodos – da técnica de “crack and seat” (rachar e assentar) ao remendo – já demonstraram constituir soluções paliativas de curto prazo, que precisam ser retrabalhadas e mantidas com regularidade. Os pavimentos fragmentados que foram testados segundo o método de carregamento por impacto (Falling Weight Deflectometer) demonstraram que a solidez inerente da camada fragmentada é de 1,5 a 3 vezes tão eficaz nas características de distribuição se comparada com uma base de pedras britadas de categoria densa e de alta qualidade.

Tal solidez foi avaliada e aumentou a cada ano subsequente. Um dos motivos do aumento das medições de

deflexão a cada ano é que os sedimentos da superfície produzidos pelo martelo ressonante de baixa amplitude e alta frequência vão sendo incrustados cada vez mais profundamente nas rachaduras das fraturas devido às cargas e vibrações do trânsito. Os drenos das bordas também fazem com que o material de base seque ainda mais, aumentando o módulo – ou seja, produzindo deflexões menores.

Muitas áreas urbanas possuem círculos de desvio de tráfego e/ou desvios interestaduais que têm intenso movimento, tanto de tráfego local quanto de tráfego de passagem. Essas vias de acesso são muito sensíveis a interrupções de trânsito, tanto para o público usuário quanto para as empresas afetadas pela construção. A fragmentação tem sido a forma mais eficaz de recuperar essas vias com mínimo impacto para os motoristas e para o comércio local.

É possível programar a realização do trabalho em horários noturnos ou em horários limitados a fim de atender a circunstâncias específicas e, ainda assim, construir uma nova estrada em um quinto do tempo que seria necessário para uma uma reconstrução. O projeto de recuperação da Beltline de Raleigh na I-440, Carolina do Norte – projeto de fragmentação e alargamento – conquistou o National Quality Initiative (NQI) Achievement Award (Prêmio Nacional por Realização de Iniciativa de Qualidade [NQI].

Em 2000, o Estado do Arkansas iniciou o maior compromisso com obra de fragmentação que já assumiu até hoje. Foram escolhidos para fragmentação quase 483 km de estradas interestaduais de quatro pistas. Esses projetos já estão em andamento e serão concluídos no período de 4 a 5 anos. O método Resonant foi selecionado como o único capaz de originar um verdadeiro produto de fragmentação e como o método a ser usado em todo o projeto do Arkansas.

Muito raramente um projeto de fragmentação se depara com áreas limitadas em que o material de base se deteriorou a tal ponto que não pode mais suportar cargas substanciais sobre a laje quebrada. Essas condições geralmente ocorrem em áreas baixas, em áreas que contêm substancial quantidade de água aprisionada, em áreas nas quais elevados níveis de água contribuem ainda mais para aprisionar água embaixo da laje, e em áreas em que a base consiste em uma argila muito molhada que contém lodo incrustado.

Pode-se ver que uma área não é mais adequada ou que precisa ser removida e substituída quando o rompedor Resonant deixa sulcos de pneus de duas polegadas ou mais. Essas áreas não aguentarão a pressão e devem ser removidas e substituídas. Entretanto, se o rompedor Resonant fizer com que a laje bombeie mas não produza sulcos de pneus de grandes proporções, isto indica que a laje está suportando o peso de mais de 27.000 kg da máquina e que deverá ser suficientemente forte para suportar as cargas do tráfego à medida que os drenos da borda começarem a drenar a base e a base inferior. O peso do rompedor Resonant é suficiente para demonstrar essas condições sem necessidade de usar uma máquina de rolo de prova com pneus de borracha.

O rolo de prova de pneus de borracha pode provocar danos à base e ao concreto fragmentado integrado. Bastam duas a três passagens de um rolo de tambor vibratório uniforme de 10 toneladas para assentar os sedimentos da superfície nas rachaduras da superfície, o que aumenta ainda mais o módulo do concreto quebrado, para assentar a laje quebrada dentro de quaisquer lacunas que possam existir na base e para produzir uma superfície homogênea e sobre a qual efetuar a pavimentação. Uma única passagem de um caminhão-pipa sobre a superfície antes da passagem “vibratória” final já demonstrou que ajuda a preparar a superfície para a pavimentação.

Diversos estados incluem no texto de suas especificações o conceito de que o concreto fragmentado precisa ser “compactado”. A laje é fraturada e não pulverizada e, ao passo que a superfície pode ser uniformizada e “assentada”, nenhum tipo de compactação, no sentido geral, é possível ou necessário.

A segunda parte do sistema de fragmentação é secar as lajes do concreto quebrado que suportam o material de base e fazer com que se mantenham secas. Isto é conseguido mediante a instalação de “drenos de borda”. Os drenos de borda são projetados de várias formas, mas a maioria tem entre 45 e 60 cm de profundidade, 30 cm de largura e são revestidos com um filtro de feltro ou de tecido permeável (geo-fabric). Instalado no fundo da vala de escoamento fica um tubo perfurado de PVC de 10 cm ou um tubo geo-tech que é coberto com agregado ou cascalho miúdo Figura 7. Aproximadamente entre cada cem a trezentos metros ou situadas em locais baixos, ficam linhas laterais que se destinam a afastar a água escoada da estrada. A borda externa de cada sentido da pista precisa ser drenada, assim como todos os lados baixos nas áreas de grande elevação.

Uma vez colocados os drenos, a água que ficou aprisionada durante anos na base e na base inferior tem uma via de escape. A “diferença de potencial” de um dreno de borda em comparação com uma barragem de terra é que o dreno de borda permite que a água escoe sob a laje, resultando em uma base seca, mais firme – ou seja, com maior módulo. As pequenas vibrações provenientes do movimento do tráfego sobre a estrada facilitam o deslocamento da água aprisionada anteriormente. É importante que o material da base não seja invadido pelo concreto quebrado. Cada ponto da base que é invadido se torna um possível ponto de aprisionamento de água que não escoará facilmente para a borda do sistema de drenagem. A “ação” da laje fraturada sobre essas bolsas d’água leva à deterioração da base e do revestimento da superfície.

Os 5 a 7,5 cm superiores da laje fragmentada constituem uma camada de escoamento. Um dreno de borda bem projetado se estende para cima, até essa camada de escoamento, a fim de que a água possa escoar caso passe por um rachamento da superfície do asfalto. Os 15 a 20 cm inferiores do setor fragmentado são impermeáveis, ou seja, a água que pode cair de cima jamais atingirá a base ou a base inferior.

Desde de 2002, todos os projetos de fragmentação foram, em sua maioria, revestidos com Super Pave. Um revestimento devidamente projetado deverá, quando combinado a uma laje de concreto fraturada de forma adequada e a um sistema de drenos de borda bem concebido, ter como resultado uma estrada que durará 22 (vinte e dois) anos ou mais. A espessura do revestimento é específica para cada projeto, devendo considerar critérios como o índice médio diário do tráfego (average daily traffic, ou ADT), a porcentagem de caminhões, o módulo das camadas da base e da base inferior, o ambiente e o design.

A fragmentação elimina os problemas inerentes aos revestimentos de mistura asfáltica a quente, tais como

• Rachamento Reflexivo
• Perda de Adesão / Desemaranhamento
• Danos Provocados pela Umidade
• Estradas Acidentadas / Defeituosas
• Reação álcali-silica (ASR) e outras reações degenerativas

Fontes onde você poderá obter informações sobre os procedimentos de design:

• AASHTO Design Procedures (SN) (Procedimentos de Design AASHTO)
• AI – Manual Series (MS) (AI – Série de Manuais) – 17
• AI – Programa de Computação (AI Computer Program [CP]) – 4
• AI Computer Program (CP) (NAPA – Série de Informações) – 117
• Secretaria de Transportes de Diversos Estados

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