Formulação de misturas betuminosas a quente : análise comparativa da aplicação de métodos empíricos e volumétricos

A utilização de métodos de formulação de misturas betuminosas tem como objetivo determinar a combinação de agregados e betume numa mistura, de tal modo que se obtenha um material de pavimentação tão económico quanto possível, fácil de fabricar e colocar, e que suporte os efeitos das cargas e do clima ao longo do seu ciclo de vida. As misturas colocadas nas camadas de pavimentos podem diferir no tipo de material agregado e na sua granulometria, no tipo e na quantidade de ligante, na utilização de aditivos ou agentes que modificam o betume, e na sua composição volumétrica. Os métodos empíricos de formulação de misturas betuminosas, como o método de Marshall, não permitem formular com a fiabilidade necessária misturas betuminosas com o desempenho mecânico adequado para resistir aos mecanismos de degradação a que vão ficar sujeitas nos pavimentos. Uma das alternativas ao método de Marshall é a metodologia de formulação volumétrica SUPERPAVE, desenvolvida no programa Strategic Highway Research Program(SHRP). Nesta metodologia o procedimento de seleção da percentagem ótima em betume é realizado com base nas propriedades volumétricas de provetes compactados com o compactador giratório. A percentagem ótima em betume depende da energia de compactação utilizada, sendo esta fornecida pelo número de giros a que o provete foi submetido. O equipamento geralmente usado nos ensaios é a prensa giratória de corte (PGC) que permite medir a compacidade e estimar com uma precisão suficiente a porosidade que será obtida insitu. Nestes métodos a seleção da curva granulométrica e da percentagem ótima de betume a usar é feita pela verificação da maior ou menor correspondência entre as composiçõestestadas e certos requisitos de compactabilidade pré-definidos, entendendo-se estes como uma medida da aptidão da mistura para apresentar bom comportamento no seu ciclo de vida. A prática portuguesa é a de utilizar o método de Marshall para formular misturas betuminosas convencionais e até algumas misturas não convencionais. Torna-se, assim, útil comparar os resultados de formulações obtidas por duas vias diferentes, tendo em conta que a utilização da prensa giratória de corte tem vindo a ser progressivamente integrada em várias metodologias de formulação utilizadas internacionalmente. Crê-se que os métodos baseados em PGC, mantêm alguma simplicidade de procedimentos, ao mesmo tempo que permitem amentar o nível de confiança nas composições a que se chega, no que diz respeito ao seu desempenho no seu ciclo de vida.

Misturas betuminosas temperadas, do tipo SMA, com incorporação de material betuminoso reciclado e fibras celulósicas : contribuição para a sua caracterização

A crescente necessidade de reabilitação de pavimentos rodoviários tem conduzido ao aumento dos materiais resultantes das intervenções e ao consumo de quantidades significativas de energia e de novos materiais. Umas das formas de reduzir o consumo de energia decorrente da execução de trabalhos de reabilitação, e consequentemente a emissão de gases poluentes associada, é a produção de Misturas Betuminosas Temperadas. Estas são produzidas a temperaturas inferiores a 140ºC, o que permite poupar energia em relação às fabricadas a quente a uma temperatura superior a 140ºC. Por outro lado, a adição de Misturas Betuminosas Recuperadas (MBR) na produção de novas misturas, em substituição de parte dos agregados naturais e do betume novo, contribui para a diminuição do consumo de novos materiais, o que constitui uma prática ambientalmente sustentável e economicamente vantajosa. Reunindo os aspetos referidos no fabrico de misturas Stone Mastic Asphalt (SMA), caracterizadas pela sua elevada durabilidade e baixo custo de manutenção ao longo do seu ciclo de vida, pode obter-se uma mistura com inúmeras vantagens do ponto de vista económico e ambiental, destacando-se a redução do consumo e do custo de matérias-primas naturais, a redução do volume de resíduos a transportar a vazadouro, a redução do consumo de energia e a redução dos custos na manutenção e reabilitação dos pavimentos. Ao longo deste trabalho, descrevem-se as diversas tecnologias usadas para produzir misturas betuminosas temperadas, caracterizam-se as misturas do tipo Stone Mastic Asphalt, e mencionam-se os aspetos mais relevantes na incorporação de MBR na produção de novas misturas. Por último, foram realizados estudos experimentais com o intuito de investigar as propriedades volumétricas e o comportamento mecânico de misturas temperadas do tipo SMA com incorporação de MBR, contribuindo para o desenvolvimento deste tipo de misturas não tradicionais, com o objetivo de promover a sua utilização futura em trabalhos de pavimentação rodoviária.

Avaliação do desempenho a longo prazo de pavimentos flexivéis : exploração da base de dados LTPP americana

A implementação de programas de LTPP – Long-Term Pavement Performance (avaliação do desempenho de pavimentos a longo prazo), ao criar um registo histórico sobre as características e a evolução do estado dos pavimentos da rede, revela-se uma ferramenta de valor acrescido no auxílio à tomada de decisões, no âmbito da conservação e da reabilitação de pavimentos, por parte das administrações das infraestruturas rodoviárias. O LTPP americano, dentre os existentes no mundo, é o projeto pioneiro e um dos que tem a maior quantidade de informação armazenada. Por isso, foi o escolhido no âmbito desta dissertação para estudar a evolução do estado dos pavimentos em várias secções classificadas no programa como SPS-5, incluídas no estudo de reabilitação de pavimentos betuminosos. A avaliação efetuada considera cerca de 15 anos de registos de dados, na Califórnia, no Texas e no Mississippi. Após uma breve apresentação de vários projetos LTPP existentes no mundo, descreve-se o modo como são recolhidos e estruturados os dados no LTPP americano, referindo os módulos, as tabelas e os campos considerados para estudo que se faz nesta dissertação. Os estados americanos escolhidos apresentam características climáticas que não reproduzem de forma muito próxima o que acontece em Portugal. Mesmo assim, procurou estabelecer-se um paralelo entre aquelas zonas, com base na temperatura do ar e na precipitação, de modo a poder inferir, de forma aproximada, tendências de evolução do estado dos pavimentos para Portugal Continental. A correspondência climática entre os estados americanos e as regiões portuguesas, resultou nos pares Califórnia/Beja, Texas/Lisboa e Mississippi/Porto. No que se refere ao desenvolvimento de patologias nos pavimentos, analisou-se a evolução do fendilhamento longitudinal, transversal, em bloco (ou malha) e por fadiga (ou pele de crocodilo), da desagregação superficial, do Índice de Irregularidade Internacional (IRI) e das rodeiras. O fendilhamento em bloco (ou malha) e a desagregação superficial não foram objeto de estudos estatísticos para determinação de modelos de previsão. A evolução do estado dos pavimentos, traduzida por indicadores relacionados com as patologias analisadas, foi apreciada em função de diversas variáveis associadas às técnicas de reabilitação, tais como a preparação da superfície de trabalho (realização de atividades de fresagem antes da nova camada), a espessura da camada de reforço (50 ou 125 mm) e o tipo de mistura utilizada (nova ou contendo cerca de 30% de material reciclado). Para as situações em que os dados existentes eram coerentes e em quantidade suficiente, apresentam-se análises de regressão multivariada, de modo a prever a evolução no tempo do estado dos pavimentos, tendo em conta um conjunto de variáveis explicativas relacionadas com as técnicas de reabilitação aplicadas e com o tráfego que solicitou os pavimentos. A análise agregada dos dados para cada um dos estados permitiu concluir que a preparação da superfície por fresagem, o aumento da espessura do reforço, e a utilização de misturas betuminosas novas ou com material reciclado, interferem na evolução das degradações. A influência daqueles fatores é variável em função dos diferentes tipos de patologias em análise.

Betão betuminoso temperado com betume aditivado em refinaria

Ao longo dos tempos, tem-se vindo a verificar maior preocupação e consciência ambientais, pelo que os organismos e associações independentes têm procurado sensibilizar as empresas e os governos a nível mundial para um consumo mais racional da energia, tendo em vista uma menor emissão de dióxido de carbono para a atmosfera. Neste contexto, as tecnologias de pavimentação têm evoluído no sentido ecológico, isto é, de modo a terem menos impactes ambientais e a serem economicamente viáveis. As misturas betuminosas não são exceção desses avanços tecnológicos, tendo surgido as misturas betuminosas temperadas com o objetivo de contribuírem para a redução do consumo de energia e de emissões face às misturas convencionais. A sustentabilidade ambiental só pode consolidar-se através do desenvolvimento de tecnologias de produção ambientalmente mais adequadas, evitando desta forma comprometer o bem-estar das futuras gerações. Atualmente, as misturas betuminosas temperadas não conseguiram ainda uma posição de destaque face às misturas convencionais, dado que os agentes que as utilizam mantem ainda alguma desconfiança relativamente à performance desta tecnologia comparativamente às convencionais, pelo que é primordial demonstrar que o seu desempenho mecânico é adequado e semelhante ao das misturas produzidas a quente. Assim, o objetivo deste trabalho é realizar um estudo exploratório de algumas características de uma mistura betuminosa temperada produzida com um betume aditivado em refinaria e que, portanto, dispensa o uso de outros aditivos para baixar a temperatura de manipulação. Neste documento faz-se um breve enquadramento e uma abordagem histórica da evolução das misturas betuminosas temperadas e descrevem-se as diferentes tecnologias e técnicas de produção, abordando os seus benefícios e desvantagens, e indicando as propriedades típicas das mesmas. Em seguida apresentam-se os estudos laboratoriais para avaliação das diferentes propriedades volumétricas e o comportamento mecânico da mistura. Inclui-se também, sempre que possível, uma comparação das propriedades obtidas com resultados obtidos em misturas betuminosas a quente semelhantes, de forma a mostrar a aplicabilidade das MBT.

Formulação e análise de desempenho de UHPC reforçado com fibras não metálicas

A evolução dos betões, na procura de estruturas com um maior tempo de vida útil, melhor desempenho ou menores custos de manutenção, tem sido alvo de pesquisa por investigadores de todo o mundo. Neste sentido, o desenvolvimento dos betões de ultra-elevado desempenho (UHPC – Ultra High Performance Concrete), permitiu, desde o seu desenvolvimento inicial, uma multiplicidade de aplicações quer a nível estrutural ou arquitetónico, aportando a estes elementos, vantagens características deste material de construção. No entanto, e particularizando um dos seus constituintes, a aplicação tradicional de fibras metálicas na composição de UHPC, poderá originar alguns fenómenos indesejados de perda de durabilidade, nomeadamente por corrosão destas. Por consequência, julga-se pertinente encontrar alternativas a este componente, de forma a que se obtenha um nível de desempenho semelhante, diminuindo o risco de ocorrência dos fenómenos anteriormente referidos. Neste sentido, o estudo que aqui se apresenta, visa efetuar uma breve abordagem à aplicação de fibras em materiais alternativos tais como fibra de vidro ou fibra de polipropileno. Serão analisadas algumas propriedades em estado fresco e endurecido de várias misturas de betão, com diferentes aplicações de fibras, quer em tipo, quer em dosagem.

Argamassas de auto-limpeza : da formulação às aplicações

Atualmente assiste-se a um grave problema de salubridade visual das cidades, designadamente no espaço edificado/ construído. A sujidade é uma ameaça que, junto com os graffitis, tem contribuído para a degradação precoce dos espaços urbanos. A fim de se enfrentar este problema, que tem vindo a proliferar nas cidades, um pouco por todo o mundo, a presente dissertação de mestrado ambiciona contribuir para a sistematização da informação existente sobre a produção e caracterização de argamassas de auto-limpeza. As argamassas de auto-limpeza são produzidas por uma de duas formas: com a adição de nanopartículas de dióxido de titânio (TiO2) na sua matriz ou com a aplicação de um filme fino à base de TiO2 na sua superfície. Esta segunda é apontada como a técnica mais eficaz e económica. Salienta-se o facto do TiO2 ser um dos nanomateriais mais utilizados na construção pelas suas propriedades fotocatalíticas que o capacitam como um dos mais exímios fotocatalisadores, aquando da fotocatálise heterogénea. É graças ao processo de fotodegradação química da fotocatálise, que na presença de luz solar e da ação da água, que o TiO2 é ativado, desencadeando reações químicas que aumentam a eficácia e eficiência fotocatalítica. Analisou-se um conjunto de trabalhos de investigação recentes que comprovam que o uso das argamassas de auto-limpeza é adequado e benéfico em intervenções em edifícios novos como em obras de conservação e reabilitação de edifícios antigos. Além de reduzirem os investimentos em obras de limpeza, manutenção/conservação e reabilitação, prolongam a conservação das fachadas e melhoram os níveis da qualidade do ar. Apesar do crescente número de patentes pedidas e concedidas nesta área, as normas aplicáveis ainda não se encontram uniformizadas. Nesse sentido, a experiência do Japão deve ser tida como exemplo para que os restantes países desenvolvam de forma consensual as suas próprias normas e patentes, permitindo, futuramente, conferir maior credibilidade, segurança no uso dos nanomateriais e uma maior permeabilidade no setor da construção. Elencam-se alguns nano-produtos à base de nano TiO2 comercializados que têm vindo a ser aplicados sobretudo na China, Japão e na Alemanha.