Reciclagem de pavimentos "in situ" a frio com emulsão betuminosa: a experiência portuguesa

Esta dissertação procura documentar a experiência portuguesa na reciclagem “in situ”, a frio, de pavimentos flexíveis com recurso a emulsões betuminosas, desde a primeira destas obras realizada no nosso país, em 1993, até ao presente. Assim, principia-se por elaborar uma recensão bibliográfica dos temas associados ao assunto central, sendo de seguida expostos os principais conceitos sobre misturas recicladas a frio com emulsão betuminosa e, por último, passadas em revista as normas e especificações técnicas a que devem obedecer, que mais comummente entre nós se aplicam. Numa segunda fase, são examinadas as principais obras que em Portugal se executaram por este processo. Neste âmbito, descrevem-se os vários materiais utilizados nas misturas recicladas: materiais fresados dos pavimentos; materiais correctivos; e ligantes (emulsão betuminosa e cimento). Nos casos em que foi possível obter os elementos necessários a tal, são ainda apresentados os respectivos estudos de formulação. Prossegue-se fazendo a descrição de aspectos relativos ao processo construtivo, tais como, forma de adição do material correctivo, equipamento utilizado na reciclagem do pavimento (máquina recicladora), equipamento de compactação, faseamento dos trabalhos de ocupação da via, tempo de encerramento ao tráfego, etc. Questões relacionadas com o processo de cura e com o desempenho das misturas recicladas a frio com emulsão betuminosa, são também, analisadas. Finalmente, termina-se fazendo um balanço geral de toda a experiência que sobre esta matéria até à data entre nós se adquiriu, extraindo-se dela as conclusões que se afiguraram mais pertinentes.

Estudo da sensibilidade à água de misturas betuminosas

De uma forma geral, em Portugal, os valores de referência existentes para avaliação da sensibilidade à água de misturas betuminosas foram estabelecidos de acordo com a norma Militar Americana MIL-STD-620A (1966). No entanto, com o aparecimento da norma Europeia EN 12697-12, tornou-se necessário efectuar a avaliação da sensibilidade à água de misturas betuminosas segundo a referida norma. Assim, este trabalho teve como objectivo contribuir para a obtenção de valores de referência de sensibilidade à água, avaliada de acordo com o método preconizado pela norma Europeia em vigor, EN 12697-12:2008. Neste trabalho foi avaliada a sensibilidade à água de três misturas betuminosas fabricadas em laboratório, constituídas por três tipos de agregados (granitos, basaltos e calcários) e dois tipos de betume penetração nominal de 35/50x10-1 mm e 50/70x10-1 mm), tendo sido também estudada a influência da variação da temperatura do ensaio de tracção indirecta (15ºC e 25ºC) nos resultados obtidos. Para as misturas betuminosas ensaiadas, os valores da Resistência Conservada obtidos pela norma Militar foram sempre superiores aos da norma Europeia e o ensaio de tracção indirecta realizado à temperatura de ensaio de 25ºC também revelou melhores percentagens de resistência conservada face à temperatura de ensaio de 15ºC.

Contribuição para o estudo da incorporação de materiais poliméricos em membranas betuminosas

A realização deste trabalho inseriu-se na contribuição para o estudo da incorporação de novos materiais poliméricos em membranas betuminosas, mais concretamente na modificação de misturas betuminosas. Para o efeito, foram sintetizados novos poliésteres polióis semelhantes estruturalmente, mas com diferentes pesos moleculares, baseados na utilização de ácidos diméricos de fonte renovável (tall-oil), que serviram de suporte para a produção de prepolímeros de isocianato para a modificação de betumes. A caracterização dos póliesteres polióis e dos polímeros produzidos foi realizada através de espectroscopia de infravermelhos. Ensaios de engenharia e qualidade, especificados para misturas betuminosas, foram realizados a diversos betumes convencionais e modificados, nos laboratórios industriais das empresas Imperalum e Probigalp como parte integrante no conhecimento dos procedimentos para este tipo de ensaios, nomeadamente o ensaio de penetração, ponto de amolecimento, viscosidade cinemática e dinâmica, apoiando igualmente um estudo de reprodutibilidade inter-laboratorial. Betumes 160/220 previamente modificados com teores de 1% e 3% de prepolímeros reactivos e, modificados com APP e SBS, foram caracterizados reologicamente a várias temperaturas na zona de viscoelasticidade linear. Os ensaios foram realizados em regime dinâmico através do varrimento em frequência a várias temperaturas. Pela análise dos resultados obtidos, concluiu-se que as modificações consideradas aumentam o carácter elástico dos betumes, confirmado pelo aumento do módulo elástico (G’(ω)). Os betumes modificados com teores de 1% de prepolímeros foram caracterizados microestruturalmente através de microscopia de força atómica. As imagens topográficas obtidas confirmam a existência de três fases distintas, designadamente a fase catana, perifase e parafase. A avaliação das proporções de cada fase revelou dependências entre a estrutura dos modificadores e a alteração efectiva da microestrutura dos betumes.

Desenvolvimento de materiais poliméricos com vista à sua incorporação em membranas betuminosas

O principal objectivo deste trabalho foi o estudo da incorporação de novos materiais poliméricos em membranas betuminosas. Assim, foram sintetizados novos poliésteres polióis, com pesos moleculares semelhantes, analisados através das titulações dos grupos hidroxilo e ácido carboxílico terminais, e estruturas diferentes. Os polímeros foram sintetizados com base em ácidos diméricos, Unidyme 18 e glicóis, monopropilenoglicol e neopentilglicol no caso do polímero linear, já para o polímero tri-funcional utilizou-se trimetilolpropano e monopropilenolglicol. Estas matérias-primas servem de suporte à produção dos prepolímeros e quasi-prepolímeros reactivos de isocianato terminal para a modificação dos betumes, sendo as suas caracterizações realizadas através de espectroscopia de infravermelhos e ensaios de viscosidade. Foram preparadas as misturas com o betume de grade 160/220, provenientes da refinaria de Sines e do Porto com adição de teores de 5%, 10& e 15% de um prepolímero PRP1 e de um quasi-prepolímero. Ensaios de engenharia e qualidade, foram realizados a diversos betumes convencionais e modificados, nos laboratórios industriais das empresas Lusasfal e Probigalp como parte integrante no conhecimento dos procedimentos normativos para este tipo de ensaios, nomeadamente o ensaio de penetração, ponto de amolecimento, viscosidade dinâmica, apoiando igualmente um estudo de reprodutibilidade inter-laboratorial. Os betumes 160/220 previamente modificados com aPP e SBS, foram caracterizados reologicamente à temperatura ambiente na zona da viscoelasticidade linear.

Caracterização mecânica de misturas betuminosas a aplicar em infra-estruturas de transportes

A maioria das infra-estruturas de transportes, nomeadamente os pavimentos rodoviários e aeroportuários, são constituídas por misturas betuminosas, o que permite um bom desempenho e uma adequada durabilidade, nas condições usuais de serviço. As misturas betuminosas são ainda amplamente utilizadas na construção de zonas de estacionamento de veículos, tendo-se verificado recentemente a sua aplicação também em infra-estruturas ferroviárias. Face à necessidade de melhorar o desempenho das vias-férreas, permitindo uma concepção mais durável de linhas de alta velocidade e uma redução dos custos da sua manutenção, tem-se vindo a desenvolver diversos estudos para promover a utilização de novos materiais, principalmente através da incorporação de misturas betuminosas. O presente trabalho tem como objectivo a caracterização do comportamento mecânico de misturas betuminosas a aplicar em infra-estruturas de transportes. Como metodologia para o estudo do comportamento mecânico das misturas betuminosas foram realizados em laboratório ensaios de cargas repetidas, nomeadamente, ensaios de flexão em quatro pontos para determinação da rigidez e da resistência à fadiga e ensaios de compressão triaxiais cíclicos para avaliação do comportamento à deformação permanente. A resistência à fadiga das misturas betuminosas em estudo foi avaliada através do ensaio de flexão em quatro pontos, com extensão controlada, e aplicação de um carregamento sinusoidal com diferentes frequências, de acordo com o procedimento de ensaio da norma europeia EN 12697-24 (2004 + A1: 2007). A resistência à deformação permanente das misturas betuminosas foi analisada através de ensaios de compressão triaxiais cíclicos, submetendo-as a uma tensão de confinamento estática pela aplicação parcial de vácuo e a uma pressão axial cíclica sob a forma rectangular, de acordo com a norma europeia EN 12697-25 (2004). O conhecimento destas propriedades mecânicas assume particular importância ao nível da formulação das misturas betuminosas, do dimensionamento de uma estrutura ou do estabelecimento de uma adequada solução para uma obra de reabilitação duma infra-estrutura de transportes. Para este estudo foi utilizado um modelo físico construído numa fossa no LNEC, com o propósito de serem testadas três substruturas ferroviárias não convencionais, utilizando sub-balastro betuminoso. A selecção das substruturas foi efectuada após uma análise de várias secções de estruturas já testadas e aplicadas noutros países, de forma a proporcionar comparações fiáveis entre elas. Os resultados obtidos mostraram que a mistura betuminosa AC20 base 50/70 (MB) aplicada na camada de sub-balastro é adequada para ser aplicada nas infra-estruturas de transportes pois apresenta um bom desempenho à fadiga e à deformação permanente. Através dos ensaios efectuados foi ainda possível entender a importante influência das características volumétricas, principalmente da porosidade para o bom comportamento da mistura betuminosa.

Estudo da utilização de fibras em misturas betuminosas

A presente dissertação tem como objectivo principal aprofundar os conhecimentos sobre a incorporação de fibras em misturas betuminosas, em particular, sobre as misturas do tipo Stone Mastic Asphalt (SMA). Para este tipo de mistura betuminosa existe uma norma de produto europeia, a EN 13108-5:2006. Os ensaios tipo iniciais para efeitos de certificação CE das misturas estão contemplados na norma portuguesa NP EN 13108-20:2008, onde também são estipuladas as condições de ensaio. São descritos diversos tipos de fibras passíveis de serem utilizadas no fabrico da mistura betuminosa do tipo SMA, dando especial enfoque às misturas fabricadas com fibras celulósicas, uma vez que este tipo específico de mistura é frequentemente aplicado em camada de desgaste noutros países, com reconhecidas vantagens em termos de durabilidade e desempenho do pavimento. As misturas do tipo SMA são descritas, analisando-se métodos de formulação e métodos para a sua caracterização. Posteriormente, são apresentados e discutidos os trabalhos experimentais levados a cabo para um caso concreto. Os ensaios realizados permitiram caracterizar a mistura quanto à sensibilidade à água, ao seu módulo de rigidez e resistência à deformação permanente. Conclui-se que a mistura do tipo SMA com a incorporação de fibras analisada, apresenta bom comportamento à deformação permanente e boa resistência á acção da água, comparativamente às misturas betuminosas tradicionais aplicadas em camada de desgaste.

Influência do envelhecimento na resistência à fadiga de misturas betuminosas

A dissertação apresentada tem como objectivo principal avaliar a influência do envelhecimento na resistência à fadiga de misturas betuminosas. O comportamento à fadiga das misturas betuminosas foi avaliado através da realização do ensaio de flexão em quatro pontos de acordo com os procedimentos de ensaio baseados na norma EN 12697-24. Neste estudo foram fabricadas em laboratório duas misturas betuminosas tradicionais densas com agregados graníticos, diferindo apenas no tipo de betume, sendo uma composta por betume de pavimentação 35/50 e outra por betume 50/70. O estudo do efeito do envelhecimento foi realizado após submeter os provetes de ensaio a envelhecimento simulado em laboratório, através da comparação dos resultados de resistência à fadiga, entre os provetes envelhecidos e não envelhecidos. A partir dos resultados obtidos, concluiu-se que as misturas betuminosas envolvidas neste estudo apresentaram um comportamento à fadiga bastante satisfatório. Além disso, ambas as misturas apresentaram baixa sensibilidade ao envelhecimento e um comportamento à fadiga semelhante para as misturas envelhecidas e não envelhecidas.

Influência da temperatura e da energia de compactação nos parâmetros obtidos em ensaios no âmbito na marcação CE de misturas betuminosas

Em Portugal, grande parte da rede rodoviária é constituída por pavimentos flexíveis a quente, os quais têm vindo a ser alvo de um estudo exaustivo devido ao elevado aumento do tráfego registado nos últimos anos. Todos os estudos realizados em misturas betuminosas, após 1 de Março de 2008, utilizam as normativas da marcação CE, estabelecidas pela União Europeia no Âmbito da Directiva Comunitária nº 93/465/CEE e têm como objectivo garantir aos utentes que os materiais utilizados foram produzidos de forma controlada, de acordo com os requisitos definidos. Este trabalho teve como principal objectivo avaliar a influência da temperatura e da energia de compactação nas Misturas Betuminosas. Nesse intuito, estudaram‐se diferentes formulações das Misturas Betuminosas, nas quais se fez variar a temperatura e a energia de compactação. Neste trabalho apresentam‐se as formulações propostas, os ensaios realizados segundo a Marcação CE e a análise dos resultados obtidos. Executou‐se, também, o ensaio Marshall de forma a estudar e avaliar o desempenho da mistura. Pressupõe‐se que a variação da temperatura numa mistura betuminosa é bastante importante por ser responsável pelo comportamento dos betumes, o qual se reflecte na mistura originando variações no respectivo comportamento mecânico que serão tanto maiores quanto maior for a percentagem de betume da mesma. A energia de compactação tem como objectivo reduzir o índice de vazios da mistura através do rearranjo das partículas, originando desse modo uma diminuição da camada da mistura betuminosa, responsável pela melhoria do comportamento mecânico e funcional da camada.

Caracterização laboratorial de misturas betuminosas com incorporação de agregado siderúrgico inerte para construção (ASIC)

Trabalho Final de Mestrado para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Civil na Área de Especialização de Vias de Comunicação e Transportes

Estudo da compactabilidade em laboratório de misturas betuminosas com resíduos plásticos

Dissertação para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Civil na Área de Especialização em Vias de Comunicação e Transportes

Caracterização física e química de fíleres para fabrico de misturas betuminosas

Mestrado em Engenharia Geotécnica e Geoambiente

Temperaturas de fabrico e compactação de misturas betuminosas com betumes modificados

Dissertação para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Civil

Avaliação do comportamento de misturas betuminosas sob temperaturas elevadas

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Engenharia Civil

Metodologias de pós-processamento em ensaios de determinação da rigidez em misturas betuminosas

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Engenharia Civil

Reutilização de misturas betuminosas fresadas em pavimentos rodoviários

Em Portugal a maior parte da rede rodoviária é constituída por pavimentos flexíveis, sendo que uma boa parte deles se encontra no fim da sua vida útil. A reabilitação desses pavimentos é por isso uma preocupação actual. Por outro lado, a reabilitação de pavimentos produz uma grande quantidade de resíduos que importa à luz das preocupações com o desenvolvimento sustentável, reutilizar. Do ponto de vista ambiental o processo de reciclagem é a forma mais desejável de reutilizar. Do ponto de vista das misturas betuminosas, a reciclagem a quente constitui o processo preferencial de reutilizar, de modo a obter‐se misturas betuminosas recicladas com qualidade idêntica à das misturas betuminosas fresadas quando novas. Nos últimos anos têm vindo a ser desenvolvidas diversas centrais que possibilitam a utilização de misturas betuminosas fresadas. No entanto, em Portugal existem ainda poucas experiências em termos da sua utilização. Estas experiências são muito importantes não só para em produção se detectarem vantagens e desvantagens comparativas das diferentes centrais, mas também para afinar o processo de preparação dos materiais, fabrico da mistura e sua posterior aplicação. A reciclagem de misturas betuminosa enceta a ser uma preocupação económica e ambiental dos Donos de Obra, tendo sempre em vista o desenvolvimento sustentável do nosso país.