Início do ano e algumas cidades do Paraná já batem recordes de altas temperaturas. Para os atletas de plantão que gostam de correr, as famílias que aproveitam o domingo e os casais que passeiam em torno do parque, a melhor alternativa é fazer um pedido de um delicioso caldo-de-cana, também conhecido popularmente como garapa.

Ao esperar seu copo ficar pronto, você observa uma quantidade enorme de bagaço de cana que fica após ser extraído seu suco. Mas, você já se perguntou para onde vai todo aquele resíduo?

Agora pensando em escalas ainda maiores, você já pensou para onde vai o descarte desse bagaço nos locais onde essa cana é usada como matéria-prima? Afinal, esse resíduo é o mesmo que sobra em indústrias sucroalcooleiras, que são locais que produzem açúcar, álcool, etanol e outros derivados encontrados em nosso dia-a-dia. 

O termo coproduto é melhor aplicado quando falamos desse bagaço da cana-de-açúcar, pois, apesar de ser um resíduo de um processo com outro fim, pode ser reaproveitado, inclusive em uma linha fundamental para o próprio funcionamento da indústria, colaborando para o reaproveitamento e diminuição de gastos.

Tem-se explorado outras alternativas para o uso do bagaço, como transformá-lo em bioplásticos ou materiais de construção, alternativas essas que ampliam as oportunidades de negócios e colaboração entre as universidades e a indústria. Além dessas, outra possibilidade é a produção de energia renovável, por meio de caldeiras que fazem a queima desse bagaço e gera vapor, que vai movimentar turbinas para a produção de energia elétrica.

Nessas mesmas caldeiras, outro material é gerado: as cinzas do bagaço da cana-de-açúcar, um potencial descarte. Porém, com muito estudo, pesquisadores vêm buscando maneiras de transformar esse resíduo em algo útil.

É o caso de um grupo da Universidade Estadual de Maringá (UEM), coordenado pelo professor Jesner Sereni Ildefonso. Em uma de suas linhas de pesquisa, o docente notou que a cinza pesada do bagaço de cana-de-açúcar é formada, basicamente, por sílica, um mineral bastante estável, que também é um dos principais componentes de várias rochas.

Com esse conhecimento, surgiu a ideia de usar essa cinza do bagaço da cana-de-açúcar como um material nobre dentro da área de construção, mais especificamente, no campo de expertise do professor: a pavimentação.

“O pavimento asfáltico tem sua fundação, na parte de baixo da estrutura, constituída por solo, resultado da terraplanagem. Em cima do solo construímos uma estrutura interna, que são as camadas de base e de sub-base, as quais são as responsáveis pela resistência. Elas podem ser formadas de agregado e cimento, mas, também pode ser somente de agregado, que são as rochas, comumente chamadas de pedras”, explica o professor.

Por cima é feita uma pintura de impermeabilização e de ligação e, acima da parte estrutural vem o revestimento, aquilo que conseguimos ver nas ruas. A parte mais escura é a mistura asfáltica, composta de agregados de diversos tamanhos em proporções diferentes e com a principal função de dar conforto e segurança aos usuários da via.

Para manter os agregados juntos, é usado o asfalto, que é o derivado do petróleo. Na hora do fracionamento, a parte mais pesada do petróleo é o asfalto. “Misturando em proporções adequadas o agregado mais o asfalto, conseguimos a mistura asfáltica”, conta Jesner Sereni Ildefonso.

E onde a cinza do bagaço de cana-de-açúcar consegue entrar nesse processo? Pela sua graduação, que é parecida com uma areia média fina, é possível substituir parte do agregado natural, extraído da natureza, e colocar a cinza, que seria um resíduo. Depois da substituição, esse material é misturado com o asfalto e, então, desenvolvida a mistura asfáltica.

Asfalto mais resistente?

É interessante pensar que a sílica, mineral predominante na composição da cinza do bagaço de cana, tem uma baixa porosidade superficial, enquanto os agregados da região do Paraná possuem uma porosidade bem alta, o que aumenta as chances desse asfalto ser absorvido, já que ele vai entrar nesses poros.

“O fato dele ser poroso, significa que ele também pode ter uma fragilidade maior em relação a um agregado que não seja poroso, como a cinza. Ela não tem poros superficiais muito elevados, então, isso ajuda a consumir menos o asfalto”, explica o professor.

A cinza do bagaço de cana-de-açúcar apresenta uma textura superficial rugosa, o que gera maior atrito interno quando incorporada à mistura asfáltica. Esse atrito é fundamental para que a película asfáltica sobre os agregados atue em conjunto com o intertravamento, impedindo o deslocamento relativo entre os agregados sob a passagem dos veículos. O movimento dessas partículas pode resultar em deformações permanentes no revestimento asfáltico, como trilhas de roda e afundamentos, além de favorecer o surgimento de trincas. Dessa forma, o aumento do atrito interno contribui para a maior resistência da mistura, reduzindo o desgaste do asfalto e melhorando seu desempenho e sua vida útil.

Adicionalmente, o estudo ainda toca na sustentabilidade, afinal, a pesquisa traz um destino adequado para algo que seria resíduo. Vale lembrar que as cinzas são as sobras finais das indústrias sucroalcooleiras, ou seja, são geradas milhões de toneladas desse material, todo ano. Parte desse produto tem sido depositado na colheita, usado como um adubo, porém, com a quantidade gerada, ainda está se descartando um material que pode ser nobre em outro uso.

“Trazendo esse material para a engenharia, nós conseguimos usá-lo de forma adequada. Isso ainda pode evitar a extração de novas jazidas de agregados, criando espaços que podem continuar sendo protegidos, ao invés de serem extraídos. Vamos pensar que nós temos cada vez menos areia natural disponível. Então, conseguir um material para substituir essa fração do agregado é bastante importante”, acrescenta Jesner Sereni Ildefonso.

Estudos de campo e resultados

Depois de muitas pesquisas em laboratório, com testes e ensaios específicos utilizando a cinza de bagaço de cana-de-açúcar na mistura asfáltica, o grupo que estava dedicado a esse estudo chegou ao seguinte dado: substituir 5% do agregado convencional na mistura trouxe ganhos de resistência à tração de quase 30%. 

Além disso, em outro teste, “nós conseguimos simular a deformação permanente que ocorre em campo. E observamos um aumento de resistência nesse parâmetro, com ganhos no intervalo de 11% a 28%. Então, esse material tem probabilidade de resistir mais ao tráfego pesado”, informa o professor.

Os resultados no laboratório já tinham sido satisfatórios, mas, foi depois disso que a história ganhou um rumo ainda mais interessante! 

Um dos integrantes dessa pesquisa é o engenheiro civil Vinicius Milhan Hipólito, que atua como gestor de infraestrutura rodoviária em uma empresa paranaense. Em 2020, ele soube de um trecho em uma rodovia federal perto de Campo Mourão, também no Paraná, que ia entrar em manutenção. Como o grupo da UEM tem um bom contato com as empresas de pavimentação, a equipe aproveitou e lançou a ideia de inserir o material produzido por eles no processo construtivo desse trecho.

Todas as partes conversaram e concordaram. Era oficial, a equipe ia testar o seu material em campo! Eles fizeram a mistura em maior escala, com todo o controle de qualidade sendo fiscalizado constantemente pelo Vinicius e, assim, conseguiram construir esse trecho experimental.

Para o professor é muito importante conseguir tirar o estudo do laboratório, levar para campo, e ver que eles conseguiram manter o padrão de qualidade esperado. “O trecho está rodando até hoje, sem defeitos em comparação com o outro, que foi construído junto, de forma convencional, para gente comparar”, conta o professor Jesner.

Para Vinicius Milhan Hipólito, esse é um dado relevante para o estudo, pois, “colocamos a mistura realizada em situação real, o que corrobora com os resultados obtidos no laboratório, onde, embora possuímos o ambiente controlado e simulamos uma série de situações, não conseguimos equiparar sempre à realidade de campo como a presença do tráfego e intempéries”, expõe o engenheiro.

Confira mais detalhes da pesquisa no vídeo abaixo:

Além da satisfação dos cientistas pela pesquisa bem executada, o estudo também traz benefícios para a população, afinal, tendo um pavimento mais resistente e de qualidade, a sociedade terá vias mais duráveis, que passarão menos tempo fechadas para a manutenção. Algo que evita gastos para os governos e não interfere com as mudanças de tráfego. Ademais, o processo construtivo também se torna mais barato, pois esse material consome menos asfalto.

Planos futuros 

E o estudo não para! Apesar de terem conseguido mapear basicamente tudo o que precisavam do processo construtivo, o grupo precisa continuar avaliando o trecho ao longo da vida em serviço. 

Dentro das estruturas da construção, o pavimento é uma das menos duráveis. Se comparada com pontes, prédios e barragens, as rodovias possuem um ciclo de vida menor, pois estão sujeitas a carregamentos dinâmicos e não controlados. “A qualidade que um pavimento oferece ao usuário pode ser representada por uma nota: quando ele é construído, essa nota é alta, mas, com o tempo, vai diminuindo até atingir um nível tão baixo que a trafegabilidade se torna inaceitável, exigindo uma intervenção para sua recuperação. Após a restauração, o processo se repete. Esse fenômeno é conhecido como ciclo de vida do pavimento”, explica o professor.

Por isso, o estudo é contínuo, já que o grupo precisa monitorar o surgimento de possíveis defeitos ao longo da vida útil do pavimento. O objetivo é analisar a evolução da sua qualidade e verificar se a taxa de deterioração ocorre em uma velocidade menor, igual ou maior em comparação com um pavimento convencional e, a partir daí, propor as alterações necessárias.

Pesquisa de qualidade

O professor Jesner destaca que, para estudos como esse sejam bem-sucedidos, é essencial a colaboração entre as universidades e os demais setores. “Sabemos que a academia realiza pesquisas em grande escala, muitas vezes com recursos limitados e enfrentando desafios significativos, mas que, ainda assim, geram bons resultados. Para que esses avanços tenham impacto real, é fundamental que haja um trabalho conjunto e sinérgico, garantindo que a sociedade, que investe nesses estudos, receba os benefícios. Isso se torna viável quando unimos todos os setores: a gestão pública, que compreende as necessidades da população; a universidade, que contribui com pesquisa e conhecimento técnico; e as empresas, que possuem maior agilidade nos processos construtivos”, conclui.

Essa pesquisa foi o tema do Mestrado em Engenharia Urbana, vinculado ao Departamento de Engenharia Civil da UEM, de Vinicius Milhan Hipólito. O trabalho resultou em um artigo publicado em uma das revistas científicas mais renomadas do mundo, a Scientific Reports, do grupo Nature. Confira mais informações da pesquisa aqui.

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Texto: Guilherme Nascimento dos Santos e Milena Massako Ito
Revisão de texto: Silvia Calciolari
Arte: Mariana Muneratti e Lucas Higashi
Supervisão de arte: Hellen Vieira
Edição Digital: Guilherme Nascimento

A pesquisa que mencionamos contribui para os seguintes ODS:

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