Investigação experimental do desempenho de pavimentos semiflexíveis usando geopolímeros otimizados com nano-sílica e cinza de bagaço de cana-de-açúcar

Transformando Resíduo Agrícola em Estradas Mais Resistentes

As rodovias modernas enfrentam um desafio duplo: precisam suportar caminhões pesados, climas severos e derramamentos de combustível, ao mesmo tempo em que a sociedade busca reduzir a pegada de carbono da construção. Este estudo demonstra como um resíduo agrícola da produção de açúcar, combinado com partículas minúsculas chamadas nano-sílica, pode ser usado para construir pavimentos mais resistentes e duradouros. Ao repensar tanto a estrutura da via quanto a receita do material tipo cimento que a preenche, os pesquisadores apontam para estradas e superfícies industriais que são ao mesmo tempo mais fortes e mais sustentáveis.

Como Funciona uma Estrutura Rodoviária Híbrida

Os pavimentos convencionais de asfalto são flexíveis, mas podem formar sulcos, rachar ou amolecer sob calor e derramamentos de combustível. O concreto é mais rígido e durável, mas é mais barulhento, menos confortável para dirigir e também propenso a fissuras. A equipe concentrou-se em uma solução intermediária chamada pavimento semiflexível. Nesse projeto, uma camada de asfalto muito porosa e rica em pedras, com muitos vazios conectados, atua como uma espécie de esqueleto. Esses vazios são então saturados com um grout (argamassa) cimentício de alta fluidez. O resultado é uma superfície viária que combina a maciez e flexibilidade do asfalto com a resistência e a resistência química de um material cimentício.

Reciclagem da Cinza de Bagaço de Cana e Uso de Aditivos Ultrafinos

Para tornar essa superfície híbrida mais favorável ao clima e aos recursos, os pesquisadores substituiram parcialmente o cimento Portland comum, grande fonte de dióxido de carbono industrial, por cinza de bagaço de cana-de-açúcar. Essa cinza é um resíduo da queima do rejeito da cana em usinas de açúcar e etanol e é produzida em dezenas de milhões de toneladas por ano no mundo. Após secagem cuidadosa, queima controlada e moagem fina, a cinza se comporta como um mineral reativo que pode ajudar o grout a endurecer e densificar. A equipe também adicionou uma pequena quantidade de nano-sílica, cujas partículas ultrafinas atuam como sementes que aceleram o endurecimento e ajudam a compactar mais firmemente a microestrutura.

Testes de Resistência, Água, Tráfego e Danos por Combustível

Os cientistas otimizaram primeiro a fórmula do grout para que fosse fluida o suficiente para penetrar nos poros do asfalto, mas ainda assim endurecesse formando uma rede de alta resistência. Verificaram que uma mistura usando 10% de cinza de bagaço de cana e 1% de nano-sílica, com teor de água relativamente baixo e um plastificante químico, produzia cerca de 22% mais resistência à compressão do que um grout convencional. Microscopia e análise por raios X mostraram que essa mistura formou uma estrutura interna mais densa, com menos vazios e mais gel de ligação que confere resistência aos materiais cimentícios. Lâminas de pavimento semiflexível feitas com esse grout otimizado foram então comparadas, em laboratório, com asfalto convencional produzido a quente.

Desempenho sob Cargas Pesadas e Condições Severas

Nos testes de capacidade de carga, as superfícies semiflexíveis tiveram desempenho muito superior ao asfalto comum. Apresentaram aproximadamente 88% mais estabilidade e uma rigidez resiliente acima de 5.000 megapascais, indicando uma capacidade muito maior de suportar tráfego pesado sem deformação permanente. Em ensaios de rastreamento por rodas que simulam formação de sulcos, as misturas semiflexíveis desenvolveram apenas cerca de 30% da profundidade de sulco observada no asfalto convencional. Quando expostas à umidade, as amostras semiflexíveis retiveram cerca de 92% de sua resistência à tração, contra 88% nas misturas padrão, graças à capacidade do grout de vedar caminhos para a água. Talvez mais impressionante, em testes nos quais as amostras foram imersas em diesel e depois escovadas ou reavaliadas quanto à resistência, os pavimentos semiflexíveis perderam menos de 5% de sua massa e mantiveram cerca de 93% de sua resistência, enquanto o asfalto comum degradou muito mais, com perdas de massa próximas a 20% e retenção de apenas cerca de 80% da resistência.

Benefícios Climáticos de Materiais Mais Inteligentes

Além do desempenho, os pesquisadores estimaram o impacto climático de substituir parte do cimento por cinza de bagaço de cana e uma pequena quantidade de nano-sílica. Para cada metro cúbico de grout, a receita modificada reduziu as emissões de dióxido de carbono em cerca de 8,4% em comparação com uma mistura tradicional totalmente à base de cimento, ao mesmo tempo em que desviava resíduos agrícolas do descarte. Em conjunto, os resultados sugerem que pavimentos semiflexíveis construídos com grouts à base de cinza de bagaço de cana e nano-sílica podem fornecer superfícies rodoviárias mais resistentes, menos sujeitas a sulcos e a danos por combustíveis, para locais exigentes como pátios industriais, terminais de ônibus e pavimentos aeroportuários, ao mesmo tempo em que reduzem modestamente o custo de carbono da construção.

Citação: Sajid, M.A., Al-Nawasir, R., Khan, M.I. et al. Experimental investigation of semi-flexible pavement performance using optimized nano-silica and sugarcane bagasse ash modified grouts. Sci Rep 16, 13903 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-50120-1

Palavras-chave: pavimento semiflexível, cinza de bagaço de cana-de-açúcar, nano-sílica, estradas sustentáveis, desempenho do asfalto