Soluções integradas e complementares para otimizar a utilização de subprodutos industriais em pavimentação

Bruno Manuel Amorim Viana novembro de 2019 UMinho | 2019 Soluções integradas e complementares para otimizar a utilização de subprodutos industriais em pavimentação Universidade do Minho Escola de Engenharia Bruno Manuel Amorim Viana Soluções integradas e complementares para otimizar a utilização de subprodutos industriais em pavimentação novembro de 2019 Dissertação de Mestrado Ciclo de Estudos Integrados Conducentes ao Grau de Mestre em Engenharia Civil Trabalho efetuado sob a orientação do Professor Doutor Hugo Manuel Ribeiro Dias da Silva Bruno Manuel Amorim Viana Soluções integradas e complementares para otimizar a utilização de subprodutos industriais em pavimentação Universidade do Minho Escola de Engenharia Soluções integradas e complementares para otimizar a utilização de subprodutos industriais em pavimentação DIREITOS DE AUTOR E CONDIÇÕES DE UTILIZAÇÃO DO TRABALHO POR TERCEIROS Este é um trabalho académico que pode ser utilizado por terceiros desde que respeitadas as regras e boas práticas internacionalmente aceites, no que concerne aos direitos de autor e direitos conexos. Assim, o presente trabalho pode ser utilizado nos termos previstos na licença abaixo indicada. Caso o utilizador necessite de permissão para poder fazer um uso do trabalho em condições não previstas no licenciamento indicado, deverá contactar o autor, através do RepositóriUM da Universidade do Minho. Licença concedida aos utilizadores deste trabalho Atribuição CC BY https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/ Soluções integradas e complementares para otimizar a utilização de subprodutos industriais em pavimentação iii AGRADECIMENTOS Este trabalho vem dar seguimento a uma sequência de estudos realizados pela DST Group e pelo Departamento de Engenharia Civil da Universidade do Minho. Começo assim por deixar um agradecimento especial à DST Group, por todo o material fornecido para a realização do presente estudo, bem como ao Laboratório de Vias de Comunicação do Departamento de Engenharia Civil da Universidade do Minho, por todos os meios disponibilizados. Ao professor Hugo Silva um agradecimento especial pela orientação, pela motivação e pela constante disponibilidade em esclarecimentos e transmissão de conhecimentos. Ao Hélder uma palavra especial pelas horas de trabalho em conjunto, pela paciência, pela disponibilidade e pelos diversos esclarecimentos, quer no laboratório ou mesmo já fora do horário laboral. Ao Engenheiro Carlos Palha agradeço pelos ensinamentos, bem como pela constante preocupação em garantir os meios necessários para que a realização dos métodos aplicados no presente estudo fosse possível. A todos os funcionários e colegas do Laboratório de Engenharia Civil, pelos bons momentos passados e ajuda prestada sempre que esta se revelou necessária. Por último, aos meus pais e ao meu irmão, pois sem eles nada disto era possível… Soluções integradas e complementares para otimizar a utilização de subprodutos industriais em pavimentação iv DECLARAÇÃO DE INTEGRIDADE Declaro ter atuado com integridade na elaboração do presente trabalho académico e confirmo que não recorri à prática de plágio nem a qualquer forma de utilização indevida ou falsificação de informações ou resultados em nenhuma das etapas conducente à sua elaboração. Mais declaro que conheço e que respeitei o Código de Conduta Ética da Universidade do Minho. Soluções integradas e complementares para otimizar a utilização de subprodutos industriais em pavimentação v Soluções integradas e complementares para otimizar a utilização de subprodutos industriais em pavimentação RESUMO A crescente preocupação da sociedade na promoção de políticas de desenvolvimento sustentável origina a busca de alternativas aos recursos naturais, garantindo que estes sejam preservados e geridos racionalmente. A presente dissertação tem como objetivo estudar a viabilidade da produção de misturas betuminosas com aplicação de grandes percentagens de agregados siderúrgicos inertes para a construção (ASIC), bem como de material reciclado resultante da fresagem de pavimentos. Numa primeira fase, no presente estudo produziram-se duas misturas do grupo betão betuminoso (BB). Posteriormente, foram desenvolvidas duas misturas com uma composição mais complexa: uma mistura do tipo stone mastic asphalt (SMA) e uma mistura betuminosa drenante. O ligante aplicado nas misturas do grupo BB foi o betume de penetração 50/70, enquanto que nas restantes misturas se aplicou um betume modificado com polímeros. O comportamento dos materiais e desempenho final das misturas verificados nos ensaios laboratoriais, ao longo deste estudo, revelam que a aplicação conjunta de ASIC e material fresado é viável e tem um elevado potencial para produção de misturas betuminosas. Todas as misturas apresentaram baixa sensibilidade à água. Relativamente à resistência à deformação permanente, três das quatro misturas formuladas apresentaram um desempenho bastante satisfatório. No ensaio de resistência à fadiga, o comportamento das novas misturas em estudo foi superior ao das misturas de controlo, e aquelas que foram produzidas com ligante modificado (SMA e drenante) evidenciaram melhor desempenho. O elevado volume de vazios das lajes produzidas com estas novas soluções foi a principal dificuldade verificada na realização do presente estudo. Em estudos futuros, quando contornada esta dificuldade, prevê-se um aumento da resistência à fadiga por parte deste tipo de misturas. Palavras-chave: Soluções integradas e complementares para otimizar a utilização de subprodutos industriais em pavimentação vi Agregado Siderúrgico Inerte para a Construção (ASIC); Material fresado de pavimentos; Desempenho das misturas betuminosas; Misturas betuminosas recicladas; Valorização de resíduos. Soluções integradas e complementares para otimizar a utilização de subprodutos industriais em pavimentação vii Complementary and integrated solutions for optimal use of industrial by-products in asphalt paving materials ABSTRACT The growing concern of society in promoting sustainable development policies leads to the search for alternatives to natural resources, ensuring that these are preserved and managed rationally. This current dissertation aims at studying the feasibility of producing asphalt mixtures incorporating high percentages of steel slag aggregates, as well as reclaimed asphalt pavement materials. Initially, two asphalt concrete (AC) mixtures were produced in this study. Subsequently, two mixes with a more complex composition were also developed: a stone mastic asphalt (SMA) mixture and a porous asphalt mixture. The binder used in the asphalt concrete (AC) mixtures was a 50/70 pen bitumen, while the remaining mixes applied a polymer modified bitumen (PMB). The behaviour of the materials and the final performance of the mixtures observed in the laboratory tests, during this study, showed that the shared use of steel slag aggregates and reclaimed asphalt pavement materials is viable and has a high potential for production of asphalt mixtures. All mixtures showed low sensitivity to water. Regarding the rutting resistance, three out of the four mixes designed in this work presented a very satisfactory performance. In the fatigue cracking test, the behaviour of the new studied mixtures was better than that of the control mixtures, and those produced with PMB (SMA and porous asphalt) showed a higher performance. The high voids content of the slabs produced with these new solutions was the main challenge found in this study. In future studies, after bypassing this difficulty, improved fatigue cracking performance of this type of mixtures is expected. Keywords: Steel Slag Aggregate; Reclaimed Asphalt Pavement material; Performance of asphalt mixtures; Recycled asphalt mixtures; Waste valorization. Soluções integradas e complementares para otimizar a utilização de subprodutos industriais em pavimentação xiv Figura 18 - Resistência à deformação de misturas com agregados naturais vs. agregados de escória (adaptado de Groenniger et al., 2017) ........................................... 32 Figura 19 - Esquartelamento da amostra de material fresado ......................................... 36 Figura 20 - Curvas granulométricas das amostras de material fresado com e sem desagregação prévia ........................................................................................ 37 Figura 21 - Fração fina (esquerda) e fração grossa (direita) do material fresado ........... 38 Figura 22 - Mufla utilizada para obter a percentagem de betume .................................. 40 Figura 23 – Peneiros utilizados para determinar a granulometria .................................. 41 Figura 24 - Agregados resultantes da peneiração do material fresado após incineração 41 Figura 25 – Primeira fase do processo de recuperação do betume do material fresado . 42 Figura 26 – Centrifugadora de alta rotação usada na segunda fase de recuperação de betume ............................................................................................................ 43 Figura 27 - Evaporador rotativo utilizado para a recuperação final do betume .............. 43 Figura 28 - Equipamento utilizado no ensaio “anel e bola” de betumes ........................ 44 Figura 29 – Equipamento utilizado no ensaio de penetração de betumes ...................... 45 Figura 30 - Viscosímetro rotacional de “Brookfield” ..................................................... 46 Figura 31 - Reómetro DSR (Dynamic Shear Rheometer)............................................... 47 Figura 32 - Pratos de 8 mm e 25 mm de diâmetro usados nos ensaios de reologia ........ 48 Figura 33 – Equipamento utilizado na realização do ensaio de resiliência .................... 48 Figura 34 - Fuso granulométrico mistura AC14 surf 50/70 (BB) ................................... 51 Figura 35 - Fuso granulométrico da mistura AC20 bin/base 50/70 (MB) ...................... 51 Figura 36 - Viscosidade a altas temperaturas dos betumes 50/70 e recuperado do fresado fino .................................................................................................................. 52 Figura 37 - Misturadora utilizada para produção das misturas betuminosas .................. 54 Figura 38 - Fuso granulométrico da mistura SMA11 ..................................................... 55 Figura 39 - Viscosidade a altas temperaturas dos ligantes PMB e recuperado do fresado fino .................................................................................................................. 56 Soluções integradas e complementares para otimizar a utilização de subprodutos industriais em pavimentação xv Figura 40 - Fuso granulométrico da mistura PA 12,5 (Estradas de Portugal, 2014) ....... 57 Figura 41 - Provetes Marshall das misturas do grupo betão betuminoso ........................ 58 Figura 42 - Compactador de Marshall utilizado para compactação de provetes ............. 58 Figura 43 - Roller compactor utilizado para compactação de lajes de mistura ............... 59 Figura 44 - Lajes (esquerda) produzidas para os ensaios de pista e vigas (direita) a utilizar nos ensaios de módulo de rigidez e resistência à fadiga ..................... 60 Figura 45 - Equipamento para a pesagem dos provetes submersos ................................ 61 Figura 46 – Picnómetro utilizado para determinar a baridade máxima teórica ............... 62 Figura 47 - Diferentes fases do ensaio de sensibilidade à água....................................... 63 Figura 48 - a) Laje antes do ensaio de pista; b) Laje após o ensaio de pista .................. 64 Figura 49 – Ensaio de permeabilidade realizado numa laje com recurso ao permeâmetro LCS ................................................................................................................. 65 Figura 50 - Equipamento utilizado na realização do ensaio de fadiga ............................ 66 Figura 51 - Curva granulométrica dos agregados do material fresado (frações fina e grossa) ............................................................................................................. 68 Figura 52 - Módulo complexo dos ligantes em estudo .................................................... 71 Figura 53 - Ângulo de fase dos ligantes em estudo ......................................................... 72 Figura 54 - Viscosidade dos ligantes em estudo a baixas temperaturas .......................... 73 Figura 55 - Viscosidade dos ligantes em estudo a altas temperaturas ............................. 74 Figura 56 - Curvas granulométricas das misturas produzidas: a) AC 14 surf 50/70(BB); b) AC20 bin/base 50/70 (BB); c) SMA 11; d) PA 12,5 .................................. 76 Figura 57 - Provetes produzidos para o ensaio de sensibilidade à água: a) Mistura AC 14 surf 50/70 (BB); b) AC 20 bin/base 50/70 (MB) ............................................ 80 Figura 58 - Provetes produzidos para o ensaio de sensibilidade à água: a) Mistura SMA11; b) Mistura PA 12,5 ........................................................................... 81 Figura 59 - Provetes serrados após ensaio de sensibilidade à água: a) Provete AC surf 50/7014 (BB); b) Provete AC20 bin/base 50/70 (MB) ................................... 82 Soluções integradas e complementares para otimizar a utilização de subprodutos industriais em pavimentação xvi Figura 60 - Curva granulométrica das misturas betuminosas do tipo: a) AC 14 surf 50/70 (BB); b) AC20 bin/base 50/70 (MB) .................................................... 83 Figura 61 - Evolução da deformação das misturas betuminosas .................................... 84 Figura 62 - Rodeira da mistura: a) AC 20 bin/base 50/70 (MB); b) AC 14 surf 50/70(BB); c) SMA 11; d) PA12,5 ................................................................. 86 Figura 63 - Lajes produzidas para obtenção de vigas ..................................................... 87 Figura 64 - Vigas das misturas AC 14 surf 50/70 (BB) (em cima) e AC 20 bin/base 50/70 (MB) (em baixo) ................................................................................... 89 Figura 65 – Vigas das misturas SMA 11 (em cima) e PA 12,5 (em baixo) .................... 89 Figura 66 – Curvas mestras do módulo complexo (temperatura referência de 20 °C) ... 90 Figura 67 - Curvas mestras do ângulo de fase (temperatura referência de 20 °C) ......... 91 Figura 68 - Curvas mestras do módulo viscoso (temperatura referência de 20 °C) ....... 92 Figura 69 - Curvas mestras do módulo elástico (temperatura referência de 20 °C) ....... 93 Figura 70 - Leis de fadiga das misturas betuminosas ..................................................... 94 Figura 71 - Estudo granulométrico das várias frações de ASIC ................................... 110 Soluções integradas e complementares para otimizar a utilização de subprodutos industriais em pavimentação xvii LISTA DE TABELAS Tabela 1 - Temperaturas de produção e compactação das misturas do grupo betão betuminoso ...................................................................................................... 52 Tabela 2 - Percentagem de betume no material fresado .................................................. 68 Tabela 3 - Resultados dos ensaios de penetração e “anel e bola” dos betumes recuperados ..................................................................................................... 69 Tabela 4 - Resultados dos ensaios de penetração e “anel e bola” do betume 50/70 ....... 70 Tabela 5 - Resultados dos ensaios de penetração, “anel e bola” e resiliência do betume PMB45/80-60 .................................................................................................. 70 Tabela 6 – Quantidades de cada material utilizadas para produzir as misturas betuminosas em estudo ................................................................................... 75 Tabela 7 – Percentagens de ligante consideradas na formulação das misturas convencionais .................................................................................................. 76 Tabela 8 - Resultados do ensaio de sensibilidade à água da mistura betuminosa AC14 surf 50/70 (BB) ............................................................................................... 78 Tabela 9 - Resultados do ensaio de sensibilidade à água das misturas betuminosas AC 20 bin/base 50/70 (MB) .................................................................................. 79 Tabela 10 – Resultados da mistura SMA 11 no ensaio de sensibilidade à água ............. 80 Tabela 11 - Resultados da mistura PA 12,5 no ensaio de sensibilidade à água .............. 80 Tabela 12 - Percentagem de betume dos provetes das misturas convencionais .............. 82 Tabela 13 - Volume de vazios das lajes produzidas para o ensaio de pista .................... 84 Tabela 14 - Resultados do ensaio de resistência à deformação permanente ................... 85 Tabela 15 - Tempos de escoamento no ensaio de permeabilidade .................................. 88 Tabela 16 - Parâmetros obtidos através das leis da fadiga das misturas em estudo ........ 95 Tabela 17 – Resultados do ensaio de sensibilidade à água das misturas do tipo betão betuminoso (AC 14 e AC 20) ....................................................................... 108 Soluções integradas e complementares para otimizar a utilização de subprodutos industriais em pavimentação xviii Tabela 18 - Resultados do ensaio de sensibilidade à água das misturas do tipo SMA 11 e PA 12,5 ......................................................................................................... 109 Soluções integradas e complementares para otimizar a utilização de subprodutos industriais em pavimentação 1 1. INTRODUÇÃO 1.1. Enquadramento do trabalho Nos últimos tempos, com a consciencialização da sociedade para o facto de que muitos dos recursos disponíveis são limitados, deu-se uma implementação de políticas de proteção ambiental e de promoção do desenvolvimento sustentável. A gestão racional dos recursos disponíveis e preservação do meio ambiente revela-se fundamental para o presente e, principalmente, para o futuro da sociedade. Em praticamente todos os setores de atividade económica, há uma preocupação crescente na redução de consumos excessivos de materiais e desperdícios dos mesmos, promovendo a sua reciclagem e reutilização sempre que exequível. O setor da construção não é exceção, pois este setor é responsável pela exploração e utilização de vários recursos naturais. Assim, à construção de infraestruturas de transporte, nomeadamente a construção de pavimentos rodoviários, é atribuída uma significativa percentagem de utilização de recursos naturais. Em 2007, a produção total mundial de misturas betuminosas foi cerca de 1,6 mil milhões de toneladas (NAPA e EAPA, 2011). Relativamente às misturas betuminosas temperadas e fabricadas a quente, só na Europa, em 2017, a produção esteve perto dos 300 milhões de toneladas. Nos Estado Unidos da América esse valor foi ultrapassado (EAPA, 2018). A construção e manutenção de pavimentos consome elevadas quantidades de matéria-prima, tanto a nível de agregados como também com a utilização de ligantes. Com implementação de políticas de proteção ambiental, a extração de matéria-prima é dificultada pelas consequências ambientais e por questões económicas derivadas dessas mesmas políticas, sendo assim normal a busca por alternativas aos recursos naturais (Almeida et al., 2018). Nos mais variados setores de atividade económica, e nas diferentes atividades de cada indivíduo, são gerados inúmeros resíduos com elevado impacto ambiental. Muitos desses resíduos têm potencial para serem valorizados e aplicados como alternativas às matérias primas, diminuindo assim a exploração de recursos naturais e o dano ambiental causado por aterros. Soluções integradas e complementares para otimizar a utilização de subprodutos industriais em pavimentação 2 A Diretiva Europeia 2008/98/EC transposta para Portugal pelo Decreto-Lei nº 73/2011, de 17 de junho, no seu artigo 7º, define metas para 2020: um aumento mínimo de 70% de preparação para a reutilização, reciclagem e outras formas de valorização de resíduos como substitutos de materiais naturais. Esta diretiva, ainda através do artigo 7º, define a obrigatoriedade de aplicação de pelo menos 5% de materiais reciclados em empreitadas de construção e manutenção de infraestruturas (APA, 2018; Andrade, 2015). O destino e tratamentos adequados são fundamentais quando se trabalha com resíduos. No entanto, é fundamental aumentar a sua valorização e diminuir a sua produção, reduzindo assim o índice de desperdício e contribuindo para uma sociedade equilibrada e responsável (Mazzer e Cavalcanti, 2004). A escória de aço é um resíduo que se obtém no processo de produção de aço. Esta escória, quando devidamente tratada e processada, pode transformar-se num agregado siderúrgico com potencial de aplicação como agregado na construção de pavimentos. A produção deste resíduo dá-se em grandes quantidades a nível mundial devido à grande procura de aço. A sua valorização e utilização é assim importante devido a questões económicas e ambientais (Tavares, Oda e Motta, 2011). No ano de 2008, em Portugal, a Siderurgia Nacional estimou a produção de cerca de 270 mil toneladas de escória de aço (Ferreira, 2010). Uma gestão racional e eficiente deste volume de material é fundamental devido ao risco ambiental que representa. A valorização e reutilização do agregado siderúrgico como substituto parcial ou total de agregados naturais na construção de pavimentos é uma solução com muito potencial, quer em camadas granulares (Ferreira, 2010; Oliveira, 2014; Buitrago,2016), quer em camadas betuminosas (Tavares, Oda e Motta, 2011; Andrade, 2015; Nascimento, Silva e Oliveira, 2018). Dada a pouca experiência na utilização deste material em camadas betuminosas, é importante a investigação desta solução em conjunto com outras tecnologias já conhecidas, tais como a reciclagem de pavimentos (com utilização de material fresado) e a utilização de betumes modificados. Soluções integradas e complementares para otimizar a utilização de subprodutos industriais em pavimentação 3 1.2. Objetivos A presente dissertação vem dar seguimento a uma sequência de estudos efetuados pelo Departamento de Engenharia Civil da Universidade do Minho em parceria com o DST Group, no âmbito de um projeto de investigação conjunto para promoção da economia circular. O principal objetivo deste estudo é produzir misturas betuminosas com elevadas percentagens de incorporação de Agregados Siderúrgicos Inertes para a Construção (ASIC), juntamente com material fresado de pavimentos betuminosos, para atingir taxas de reutilização ou reciclagem próximas de 100%. Desta forma, pretende-se aprofundar o conhecimento relativamente ao comportamento do ASIC como substituto parcial dos agregados naturais, e da compatibilidade do seu uso conjunto com material fresado. Inicialmente, definiram-se duas misturas a produzir: a mistura AC14 surf 50/70 (BB) para a camada de desgaste, e a mistura AC20 bin/base 50/70 (MB) para a camada de ligação. Estas misturas a produzir possuem na sua constituição elevada quantidade de material reutilizado: os agregados ASIC, como já se mencionou, e o material reciclado resultante da fresagem de pavimentos. Essas misturas também serão comparadas com misturas de referência similares desenvolvidas em estudos anteriores. Posteriormente, decidiu-se que seria vantajoso para o estudo em questão observar o comportamento do ASIC em misturas betuminosas constituídas por ligantes modificados. Assim, foram definidas mais duas misturas betuminosas a produzir: uma mistura betuminosa do tipo SMA (Stone Mastic Asphalt) e uma mistura betuminosa drenante (Porous Asphalt). Com a produção das quatro misturas betuminosas referidas pretende-se uma maior compreensão das características do ASIC como constituinte de pavimentos rodoviários, uma melhor perceção da viabilidade da aplicação deste material em camadas betuminosas e demonstrar a exequibilidade da produção de misturas betuminosas de elevada qualidade com a incorporação de grandes percentagens de material reutilizado. 1.3. Organização da dissertação A presente dissertação divide-se em cinco capítulos distintos, sendo o primeiro dos quais o presente capítulo, que serve de introdução à dissertação. O capítulo dois é referente ao Estado de Arte. Nesse capítulo são abordados os vários tipos de misturas betuminosas produzidas na presente dissertação, e as vantagens da sua aplicação. Além Soluções integradas e complementares para otimizar a utilização de subprodutos industriais em pavimentação 4 disso, é abordado o tema da sustentabilidade na construção de pavimentos e na produção de misturas betuminosas. Refere-se a importância das alternativas à utilização de recursos renováveis, com especial incidência sobre a utilização do material resultante da fresagem de pavimentos, e da valorização da escória de aço como agregado na construção de pavimentos rodoviários. No terceiro capítulo são descritos os materiais utilizados na produção das misturas betuminosas pretendidas, bem como os métodos executados para produção e caracterização das mesmas ao longo das diversas fases do estudo. Também se apresentam os métodos utilizados para caracterização do material fresado e dos ligantes utilizados neste estudo. Relativamente ao ASIC apenas se procedeu à avaliação da sua granulometria, visto que já se tinha confirmado num estudo anterior as excelentes propriedades mecânicas deste material (Nascimento, Silva e Oliveira, 2018). O quarto capítulo apresenta a análise dos diferentes resultados obtidos, começando pela caracterização do material fresado e dos ligantes utilizados, até aos resultados finais dos ensaios de caracterização mecânica das misturas betuminosas produzidas. No capítulo cinco são apresentadas as conclusões do estudo, e analisados os resultados obtidos. Neste capítulo é também sugerida a realização de alguns trabalhos futuros da mesma linha temática desta dissertação. Soluções integradas e complementares para otimizar a utilização de subprodutos industriais em pavimentação 5 2. ESTADO DA ARTE 2.1. Misturas betuminosas Em Portugal, a grande maioria das infraestruturas de transporte rodoviário são formadas por pavimentos flexíveis. Este tipo de pavimentos, geralmente, é constituído por camadas betuminosas na parte superior, e camadas granulares subjacentes que assentam numa camada de fundação (Silva, 2005). Os pavimentos flexíveis possuem, normalmente, um número máximo de três camadas betuminosas (Figura 1), sendo elas a camada de desgaste (ou de superfície), a camada de ligação (ou regularização) e a camada de base. A camada de desgaste tem essencialmente as funções de resistir à ação do tráfego e do clima. A camada de ligação serve de suporte à camada de desgaste e contribui para a resistência estrutural do pavimento. A camada de base tem fundamentalmente uma função estrutural (Silva, 2005). Figura 1 - Esboço das camadas constituintes de um pavimento flexível As misturas betuminosas são produzidas com o objetivo de serem aplicadas nas camadas superiores dos pavimentos rodoviários. Para que estas apresentem um bom desempenho funcional e estrutural, é fundamental que as misturas cumpram determinados requisitos, tais como, estabilidade, durabilidade, flexibilidade, resistência à fadiga, aderência, impermeabilidade e trabalhabilidade aquando da sua produção (Palha, 2008). As misturas betuminosas são constituídas por agregados de diferentes dimensões e granulometrias, que são misturados com uma determinada quantidade de ligante, de modo a Soluções integradas e complementares para otimizar a utilização de subprodutos industriais em pavimentação 12 Posteriormente, estas misturas betuminosas passaram a ser vistas também como uma boa solução para a diminuição da emissão de ruído que deriva do contacto do pneu com o pavimento (Vázquez e Paje, 2015; Fujiwara et al., 2005). As misturas drenantes, em contraste com as misturas mais densas, absorvem energia sonora através das características dos seus materiais e em particular devido à sua elevada percentagem de vazios. Para garantir um melhor desempenho deste tipo de misturas, as mesmas apenas devem ser aplicadas em zonas onde não se dê a ocorrência de neve ou formação de gelo, onde a precipitação seja considerável, onde o tráfego seja relativamente elevado e os acessos sejam pavimentados. As camadas drenantes não são implementadas em tabuleiros de pontes sem que estes sejam impermeabilizados e possuam sistemas específicos de drenagem da água infiltrada (CEPSA, 2014). A norma europeia EN 13108-7 define os requisitos para os tipos de misturas do grupo do betão betuminoso drenante (Porous Asphalt), e é utilizada em conjunto com as normas NP EN 13108-20 e NP EN 13108-21 para se proceder à marcação CE destes produtos (Estradas de Portugal, 2014). Na sua constituição, as camadas drenantes têm uma elevada percentagem de agregados, normalmente entre 81% e 85%, com granulometrias de 0/11, 0/16 ou 0/20, e uma grande quantidade de vazios (FEHERL, 2006). Além do agregado, esta mistura é constituída por filer e pelo ligante modificado. Segundo o Caderno de Encargos da Estradas de Portugal (2014), a percentagem de vazios nas camadas drenantes deve variar entre 22% e 30%. O uso de betumes com polímeros é obrigatório na produção de misturas betuminosas drenantes (CEPSA 2014) para assegurar que este tipo de mistura não vai ter problemas de desagregação. Em Portugal, o Betão Betuminoso Drenante normalmente aplica-se numa espessura de 4 cm (CEPSA 2014) para se conseguir assegurar a capacidade drenante desejada. A drenagem nas camadas drenantes é feita através da elevada percentagem de vazios. Após a passagem da água pelos poros da mistura, esta é encaminhada para as bermas ou para sistemas de drenagem apropriados devido à inclinação de uma camada subjacente impermeável. Assim, a película de água superficial é eliminada e a segurança dos utentes em dias chuvosos aumenta (Oliveira, 2003). Soluções integradas e complementares para otimizar a utilização de subprodutos industriais em pavimentação 13 Para um melhor desempenho, eficácia e redução do problema de colmatação nas misturas betuminosas drenantes, o Manual de Pavimentação da CEPSA (2014) indica o uso de dupla camada drenante como uma solução vantajosa (Figura 7). Nesta dupla camada, a camada inferior possui agregado mais grosso (12 a 20 mm de dimensão) criando assim poros de maiores dimensões. Na camada superior são utilizados agregados mais finos (dimensão máxima entre 8 e 10 mm). Segundo Ranieri (2005), a camada superior fica com a função de filtragem da água, enquanto que a inferior é responsável pela drenagem. Figura 7 - Dupla camada de mistura betuminosa drenante (Morgan et al., 2007) Para o bom funcionamento das camadas drenantes é fundamental uma limpeza regular. Para esta intervenção é necessário equipamento especializado capaz de efetuar a pulverização de água a alta pressão e aspiração (Menezes, 2008). Vantagens e desvantagens destas misturas A aplicação de camadas drenantes nos pavimentos apresenta muitas vantagens em comparação com as misturas densas convencionais (FEHERL, 2006; CEPSA, 2014; Ranieri, 2005; Cahill, Adams e Marm, 2003; Nascimento, 2012; Menezes 2008; Vázquez e Paje, 2016; EUROCITIES,2015): ● Redução dos riscos de ocorrência de aquaplanagem devido à redução ou eliminação da película de água superficial (Figura 8); ● Aumento da visibilidade dos condutores em dias chuvosos devido à redução do efeito de spray (com a infiltração da água não existe a pulverização de água dos veículos dianteiros); Soluções integradas e complementares para otimizar a utilização de subprodutos industriais em pavimentação 14 ● Redução da reflexão de luzes na via com o piso molhado, aumentando assim o conforto e segurança dos utentes; ● Diminuição da emissão do ruído proveniente do contacto do pneu com o pavimento (o ruído é absorvido pela elevada percentagem de vazios contínuos presentes na estrutura da camada drenante); ● Redução no consumo de combustível – as camadas drenantes oferecem menos resistência à circulação, o que pode levar a uma economia de combustível estimada em cerca de 1% a 2% (Lefebvre, 1993). Figura 8 – Pavimento constituído por camada densa à esquerda e camada drenante à direita (NAPA, 2008) O uso destas camadas também tem os seus inconvenientes. De seguida são apresentadas as desvantagens da utilização de camadas drenantes (FEHERL, 2006; CEPSA, 2014; Ranieri, 2005; Cahill, Adams e Marm, 2003; Vázquez e Paje 2016; EUROCITIES,2015): ● A colmatação dos vazios é uma das principais desvantagens. Para uma drenagem eficiente é necessário garantir uma certa porosidade. Nesse sentido, são necessárias intervenções regulares de limpeza e desobstrução com equipamento especializado, de forma a garantir o bom funcionamento deste tipo de camadas; ● A contribuição estrutural das camadas drenantes é pouco significativa em comparação com as misturas densas convencionais, pois em termos práticos os 40 mm de camada drenante correspondem estruturalmente a apenas a metade (20 mm) por comparação com uma camada densa convencional; Soluções integradas e complementares para otimizar a utilização de subprodutos industriais em pavimentação 15 ● O custo de uma mistura deste tipo é superior ao de uma mistura densa convencional devido à utilização do ligante modificado, à necessidade de agregados de melhor qualidade e aos custos em manutenção; ● A durabilidade destas misturas é significativamente menor do que nas misturas betuminosas densas convencionais. Isto deve-se ao seu elevado teor de vazios que aumenta a exposição do ligante aos agentes atmosféricos, aumentando assim a ocorrência de oxidação e acelerando o envelhecimento. Além disso, caso haja uma má aderência entre o ligante e os agregados a ação da água pode desagregar a mistura (a utilização de betumes modificados visa combater esta possibilidade). 2.4. Sustentabilidade no sector da construção A nível mundial, as obras de construção civil consomem cerca de 75% dos recursos naturais extraídos (Teixeira, 2019). As infraestruturas de transporte contribuem significativamente para estes números, nomeadamente os pavimentos rodoviários, pois na sua construção são utilizadas imensas quantidades de agregados naturais, quer em camadas granulares, quer em camadas betuminosas. As misturas betuminosas têm na sua constituição volumétrica entre 75% e 85% de agregados, sendo o filer e o ligante (podendo este ter ou não aditivos) os restantes constituintes (Lopes, 2009). Geralmente, o ligante utilizado nestas misturas é o betume asfáltico que é um derivado do petróleo bruto (Estradas de Portugal, 2014). A produção total de misturas betuminosas temperadas e fabricadas a quente nos Estados Unidos, em 2017, rondou as 344 milhões de toneladas (EAPA, 2018). A produção verificada na Europa ao longo dos últimos anos encontra-se representada na Figura 9. Na União Europeia, a produção em 2017 foi de 233,9 milhões de toneladas. Em toda a Europa a produção total chegou aos 296,7 milhões de toneladas, sendo este o terceiro ano consecutivo em que a produção cresce (EAPA, 2018) após a crise económica do início desta década. Soluções integradas e complementares para otimizar a utilização de subprodutos industriais em pavimentação 16 Figura 9 - Produção de misturas betuminosas temperadas e fabricadas a quente em milhões de toneladas (adaptado EAPA, 2018) A produção destas misturas requer a exploração de recursos naturais. Através dos números atrás apresentados, é possível verificar que muitos milhões de toneladas de recursos naturais são utilizados na construção de pavimentos. A promoção de um desenvolvimento sustentável é de extrema importância de forma a garantir que as gerações futuras possam usufruir dos recursos naturais existentes na Terra, sendo fundamental a utilização racional dos mesmos e a sua preservação (Costa e Filho, 2010). Nos dias atuais, a reciclagem e reutilização de materiais são essenciais, pois além de permitirem a preservação dos recursos, tem benefícios económicos, com a redução nos custos inerentes à produção e extração, e benefícios ambientais, visto que a quantidade de resíduos depositados em aterros diminui (Specht et al., 2013). Em vários países existe já legislação que obriga à reciclagem e reutilização dos mais variados resíduos e materiais em final de vida (Esteves, 2014). De entre outras técnicas alternativas para a área da construção de estradas, a reciclagem de pavimentos e o aproveitamento de escória de aço como agregados são práticas que vão de encontro às políticas de desenvolvimento sustentável e proteção ambiental implementadas um pouco por todo o mundo (Esteves, 20014; Branco, 2004). Essas técnicas são abordadas com mais pormenor por estarem na base do desenvolvimento deste trabalho. 0 50 100 150 200 250 300 350 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 Produção de misturas betuminosas (milhões de tonelasdas) Ano Europa União Europeia Soluções integradas e complementares para otimizar a utilização de subprodutos industriais em pavimentação 17 2.5. Reciclagem de pavimentos rodoviários A reciclagem de pavimentos rodoviários consiste na transformação de uma camada já envelhecida e degradada noutra camada com características similares adaptadas às necessidades da nova via (Baptista, 2006). Esta técnica permite que o próprio pavimento envelhecido seja utilizado como fonte de matéria-prima para a construção de um novo pavimento, reaproveitando assim materiais que seriam descartados (Figura 10) e encaminhados para zonas de descargas (Cunha, 2010). Figura 10 – Material resultante da fresagem de pavimentos (Portal da Ilha, 2019) Esta técnica é uma solução vantajosa para combater os problemas atuais da sociedade, visto que (Batista, 2004): ● Potencia a redução da utilização de recursos naturais, tais como os agregados virgens e os betumes novos, pois o material reutilizado possui estes constituintes; ● Possibilita a diminuição das zonas de vazadouro; ● Reduz os custos associados à produção e extração de novos materiais, assim como os custos de transporte das matérias-primas. Tipos de reciclagem Devido ao elevado número de fatores considerados, as técnicas de reciclagem são variadas (Figura 11). Essas técnicas definem-se pelo local de reciclagem, pela temperatura de fabrico da mistura reciclada e pelo ligante utilizado (Batista,2009). Soluções integradas e complementares para otimizar a utilização de subprodutos industriais em pavimentação 18 Figura 11 - Técnicas de reciclagem de pavimentos (adaptado de Martinho, Picado-Santos e Pais, 2004 e Abreu, 2017) Relativamente ao local onde é realizada, a reciclagem pode ser no local (“in situ”) ou em central. Quando a reciclagem é em central, o material reciclado é transportado até à central para que seja produzida a solução pretendida. Na solução in situ, a reciclagem e a formação da nova camada são realizadas no próprio local de aplicação (Esteves, 2014). A reciclagem no local é vantajosa a nível económico, mas em central é possível obter soluções de melhor qualidade. Quanto à temperatura de produção a reciclagem pode ser a quente, temperada, semi-temperada ou a frio (CEPSA, 2016), como já foi referido anteriormente para produção de misturas betuminosas. O tipo de ligante utilizado varia consoante a técnica utilizada e consoante o país. Por exemplo, os ligantes hidráulicos usam-se em misturas betuminosas a frio, enquanto que nas misturas betuminosas a quente os betumes ou betumes modificados são os ligantes de eleição (Torres, 2014; Abreu et al., 2015). Em Portugal a reutilização de material fresado de pavimentos em fim de vida já se realiza há alguns anos, embora ainda haja poucas obras que utilizem esta tecnologia. Martinho, Picado-Santos e Pais (2004) referem cerca de quinze obras realizadas em Portugal entre 1992 e 2004 com utilização de diferentes técnicas de reciclagem, entre as quais a reciclagem a quente in situ, a quente em central e a semi-quente em central. Na presente dissertação, a técnica utilizada foi a reciclagem a quente (em laboratório). Soluções integradas e complementares para otimizar a utilização de subprodutos industriais em pavimentação 19 Reciclagem a quente A reciclagem a quente é uma das técnicas mais utilizadas na reciclagem de pavimentos. Pode ser realizada em central ou no próprio local da aplicação da mistura, ou seja, in situ (Celauro, Bernardo e Gabriele, 2009) como já se referiu, e o material fresado utilizado pode ser introduzido a frio ou então aquecido com os restantes agregados (Torres, 2014). i. Reciclagem a quente “in situ” A reciclagem a quente in situ é uma técnica complexa e exigente pois o equipamento utilizado é de grandes dimensões (Figura 12). É uma técnica que causa alguns problemas ambientais devido à emissão de partículas poluentes para a atmosfera durante a construção do pavimento. Neste tipo de reciclagem a recicladora recupera o pavimento fresado transformando-o num pavimento novo. Este tipo de equipamento possui os mecanismos de recuperação e produção do novo pavimento, desde a fresagem à adição de betume (ou rejuvenescedores) e agregados (Esteves, 2014; Torres, 2014). Figura 12 - Equipamento para reciclagem a quente “in situ” (ETW International, 2019) Depois de produzida a mistura é efetuado o seu espalhamento por uma pavimentadora. Esta técnica é utilizada, principalmente, em estradas de grandes dimensões (Cabeças, 2014). Normalmente, o ligante utilizado nestes casos é o betume, podendo ou não conter aditivos (Abreu, 2012). ii. Reciclagem a quente em central Soluções integradas e complementares para otimizar a utilização de subprodutos industriais em pavimentação 20 O ligante utilizado nesta técnica de reciclagem de pavimentos é o betume. Por vezes, quando necessário, são adicionados aditivos ao betume, como por exemplo, rejuvenescedores para recuperar as características do betume envelhecido do material fresado, melhorando assim as características da mistura (Abreu, 2012). A quantidade de betume a ser utilizada na mistura, e a necessidade ou não de aditivos, vai depender das características do betume envelhecido presente no material fresado (Cabeças, 2014) e das propriedades finais desejadas para a mistura reciclada. A nova mistura é constituída pelo ligante, o agregado novo e o material fresado, que pode ser introduzido a frio ou então ser pré-aquecido. Quando o material fresado é adicionado a frio, a taxa máxima de reciclagem está compreendida entre 35% e 40%. Quando existe préaquecimento do material fresado, a taxa de reciclagem pode chegar aos 70% (Branco, Pereira e Santos, 2005). Neste método é necessário ter em conta as distâncias de transporte, pois o material é transportado do local de extração até à central, e posteriormente, a mistura final é transportada da central para o local de aplicação. Posto isto, é necessário o estudo prévio da viabilidade económica desta solução devido à possibilidade de existência de elevados custos associados ao transporte (Esteves, 2014). 2.6. Utilização da escória de aço como agregado O principal constituinte volumétrico das misturas betuminosas é o agregado. Para garantir a manutenção e construção de novos pavimentos é necessária a sua exploração. Uma forma de reduzir a exploração deste recurso natural é a utilização de resíduos, neste caso concreto, a escória proveniente da produção do aço (Arabani e Azarhoosh, 2012). Em média, por cada tonelada de aço líquido produzido são geradas cerca de 130 a 180 kg de escórias, das quais 110 a 150 kg de escórias negras e 20 a 30 kg de escórias brancas (Correia et al., 2008). Em 2018, a China produziu cerca de 928 milhões de toneladas aço. A União Europeia (EU28) produziu cerca de 168 milhões de toneladas (2,2 milhões dos quais são produzidas em Portugal), enquanto os Estados Unidos da América produzem 86 milhões de toneladas por ano. A nível mundial produziram-se 1808 milhões de toneladas de aço (World Steel Association, 2019). Soluções integradas e complementares para otimizar a utilização de subprodutos industriais em pavimentação 21 Segundo a World Steel Association (2018), em 2016 cerca de 5,7% das escórias oriundas da produção de ferro e aço foram depositadas em aterros. Os materiais depositados nestes aterros, quando não sujeitos a um tratamento adequado, podem provocar problemas ambientais devido aos materiais pesados que os constituem. Já foram realizados vários estudos que revelam o potencial da escória de aço para aplicação em obras de construção. Com a valorização e utilização destas escórias na construção é aplicado o princípio do desenvolvimento sustentável e consequente preservação do meio ambiente e recursos naturais (Correia et al., 2008; Behiry, 2012). Para uma melhor compreensão do processo de obtenção da escória de aço, de seguida descrevese de forma resumida a forma de produção do aço. Produção do aço A produção de aço pode ser dividida em dois tipos de siderurgia: i) a siderurgia integrada, onde a principais matérias primas são o ferro e o carvão, e; ii) a siderurgia semi-integrada onde se utiliza sucata ferrosa para fusão (Branco, 2004). Os três tipos de forno usados na produção de aço são os seguintes (Andrade, 2015): ● Fornos Siemens-Martin, ou Open Heart (OH); ● Fornos conversores a oxigénio, Basic Oxigen Furnace (BOF) ou Linz-Donawitz (LD); ● Fornos de arco elétrico, ou Eletric Arc Furnace (EAF). Os fornos Siemens-Martin e os fornos conversores a oxigénio são exemplos de siderurgias integradas. Os fornos de arco elétrico são exemplo de siderurgias semi-integradas. Segundo a Worldsteel Association (2017), a produção de aço no ano 2016 distribuída pelos diferentes fornos dos principais produtores mundiais está representada na Figura 13. Soluções integradas e complementares para otimizar a utilização de subprodutos industriais em pavimentação 28 aciaria de forno elétrico. Posto isto, seria possível reduzir 15 cm a camada de base ao usar a escória (economicamente vantajoso) mantendo as características mecânicas. Na China, Wu et al. (2003) concluíram que a escória de aciaria utilizada como agregado nas misturas do tipo SMA melhora as características deste tipo de misturas. Os resultados são superiores quando comparados com misturas cuja constituição possui apenas agregado natural, podendo destacar-se a elevada rigidez, excelente resistência ao atrito, melhores características volumétricas e estabilidade dinâmica in situ com o dobro do valor de uma mistura com agregado natural. A curva granulométrica utilizada foi do tipo SMA-13 (Figura 15) com aplicação de um ligante modificado PG 76-22. O volume de vazios foi de 3,8% e o VMA de 17,8%, enquanto o valor de PSV da escória de aço foi de 67. Relativamente à estabilidade de Marshall, as misturas apresentaram o valor de 7,8 KN, superior aos 6 KN exigidos. Figura 15 - Curva Granulométrica de uma mistura do tipo SMA-13 (Wu et al., 2003) Wu et al. (2006) aplicaram o agregado siderúrgico em misturas do tipo SMA, comparando com uso de basalto. Avaliaram-se os materiais com Raio X, microscopia e porosimetria por intrusão de mercúrio. A mistura SMA selecionada foi de tamanho nominal máximo de 13,0 mm e utilizou-se um ligante modificado (PG 76-22), 3% de fibra de poliéster, 72% de escórias com tamanho entre 16 e 4,75 mm, 17% de basalto com tamanho entre 4,75 e 0,075 mm e 11% de filer calcário. O teor em ligante foi de 6,4%, sendo a dosagem obtida pelo método Marshall. A expansão após 7 dias foi inferior a 1% sem aumento significativo ao longo do tempo. Através da estabilidade de Marshall verificou-se o cumprimento dos requisitos técnicos de projeto. Houve também uma maior capacidade de resistência à deformação permanente a elevadas temperaturas. Foi construído um trecho experimental numa autoestrada chinesa, e ao fim de três anos de observação concluiu-se que o trecho apresentou um bom comportamento. Soluções integradas e complementares para otimizar a utilização de subprodutos industriais em pavimentação 29 No Irão, Ziari e Khabiri (2007) estudaram o desempenho de misturas asfálticas com agregado calcário e diferentes incorporações de escória (0%, 5%, 10%, 15% e 20%). O ligante classificou-se como 60/70 de penetração e a dosagem foi efetuada pelo método de Marshall. O tamanho nominal máximo do agregado foi de 4,75 mm. Avaliou-se a estabilidade a altas temperaturas e a rigidez das misturas. Os autores concluíram que a investigação demonstrou que a utilização de escória em misturas betuminosas é viável e que aquela com 10% de escória foi a que obteve melhores resultados. Em Taiwan, Shen, Wu e Du (2007) investigaram o desempenho e as características de absorção sonora de misturas betuminosas drenantes (Porous asphalt mixtures) com diferentes percentagens de escória de forno de oxigénio básico (BOF), produzindo misturas com 0%, 25%, 50%, 75% e 100% dessa escória. Os resultados obtidos mostraram que a escória tem alta absorção, elevada angularidade e baixa abrasão. As misturas com escória BOF aumentaram a resistência à derrapagem, a suscetibilidade à humidade, a resistência ao corte e a absorção sonora. De realçar que as misturas com incorporação de escória BOF cumpriram os requisitos exigidos. Segundo o teste das Amplitudes Múltiplas de Duncan efetuado pelos autores, recomenda-se a substituição total (100%) do agregado de pedra britada pela escória BOF na mistura betuminosa drenante (porous asphalt) para que se obtenha o desempenho ideal. Freitas e Motta (2008) estudaram o uso de escória de aciaria em misturas de alto módulo, denominadas EME (enrobé a module élevé). Relativamente ao potencial expansivo da escória, obtiveram valores de 0,63% aos 14 dias (menor que o máximo de 3% exigidos). Após 7 dias de ensaio a expansão foi de 0,31%, abaixo do limite estipulado pela norma americana ASTM D 2940 de 0,50% para camadas de base e sub-base. Relativamente aos ensaios de caracterização, as misturas com escória de aciaria apresentaram características físicas e mecânicas tão boas quanto as misturas de agregados convencionais, e em alguns casos melhores. Os valores de deformação permanente foram considerados baixos em comparação com as misturas convencionais, e quando analisadas com o software FEPAVE2 as misturas com incorporação de escória apresentam melhores desempenhos. Na Turquia, Kök e Kuloğlu (2008) efetuaram um estudo de misturas asfálticas com incorporação de escória BOF e compararam com os resultados de misturas com agregados de calcário e basalto. Foram estudadas a resistência à tração indireta e o módulo de fluência. O ligante utilizado foi convencional de penetração 100/150 e o teor de ligante foi aproximadamente o mesmo nas três misturas (4,9%, 5,0% e 5,1%). O estudo desenvolveu-se Soluções integradas e complementares para otimizar a utilização de subprodutos industriais em pavimentação 30 em duas etapas. Na primeira etapa as amostras foram preparadas segundo o método de Marshall usando 75 pancadas na sua compactação. Na segunda etapa, as misturas foram preparadas com número diferente de pancadas de compactação (entre 35 e 75 pancadas). Os resultados mostram que o módulo de tração indireta das misturas com escória de aço foi maior que o das restantes misturas. Em termos de módulo de fluência as misturas de basalto obtiveram o maior valor, mas os valores da mistura com escória de aço foram bastante satisfatórios (segundo os autores). Concluiu-se que o uso de escória de aciaria nas misturas asfálticas é vantajoso. Também na Turquia, a utilização de escória de aço em misturas betuminosas foi comparada com misturas com agregados de calcário por Ahmedzade e Sengoz (2009). As características mecânicas das misturas foram avaliadas e os resultados obtidos mostraram que a mistura com escória de aço foi melhor do que a mistura com agregados de calcário. De realçar que neste estudo foi investigada a condutividade elétrica das misturas, que foi superior na mistura com escória. Segundo os autores, este é um atributo importante em locais onde se dê a formação de gelo, pois esta característica pode ajudar ao descongelamento do pavimento. Arabani e Azarhoosh (2012) analisaram as propriedades mecânicas de misturas betuminosas compostas por agregados de escória de aço e resíduos de betão. Foram produzidas seis misturas diferentes constituídas por três tipos de agregado (dacito, agregados de betão reciclado e escória de aço). As características mecânicas das misturas avaliaram-se por ensaios de estabilidade de Marshall, módulo resiliente à tração indireta, fluência dinâmica e resistência à fadiga. Segundo os autores, a mistura ideal foi a que continha escória de aço como agregado grosso e agregado reciclado de betão como agregado fino. A deformação permanente na mistura ideal foi 40% inferior aos valores de referência e o módulo resiliente 2,35 vezes superior. Os resultados do ensaio de fadiga dessa solução apresentaram igualmente excelentes valores. Hainin, Yusoff e Hassan (2014) estudaram a possibilidade da utilização de escória de aço como alternativa aos agregados naturais em misturas betuminosas drenantes (porous asphalt mixtures) na Malásia. Os resultados do módulo resiliente (Figura 16) demonstram melhores resultados na mistura com escória de aço. Conclui-se que a escória de aço poderá ter um elevado desempenho na presença de um elevado carregamento de tráfego. Soluções integradas e complementares para otimizar a utilização de subprodutos industriais em pavimentação 31 Figura 16 - Módulo de resiliência de misturas com e sem escória (Hainin, Yusoff e Hassan, 2014) A profundidade das rodeiras na mistura com escória de aço também foi significativamente menor em comparação com a mistura constituída por agregados convencionais (Figura 17). Isto prova que a escória de aço pode contribuir para a durabilidade da estrada. Relativamente à permeabilidade, a mistura com agregado natural possui um valor siginificativamente mais alto do que a mistura com escória. No entanto, o valor de permeabilidade obtido pela mistura drenante com escória de aço também foi aceitável (Hainin, Yusoff e Hassan, 2014). Figura 17 - Profundidade das rodeiras de misturas com e sem escória (Hainin, Yusoff e Hassan, 2014) Na Alemanha, Groenniger et al. (2017) investigaram as propriedades fundamentais de desempenho de misturas betuminosas preparadas com 100% de escória Linz-Donawitz (LD) e agregado natural. Foram avaliadas a resistência à deformação permanente (Figura 18), o módulo de rigidez, a resistência à fadiga e o fendilhamento a baixa temperatura. Os resultados Soluções integradas e complementares para otimizar a utilização de subprodutos industriais em pavimentação 32 experimentais e a análise realizada neste estudo indicam que as misturas com escória LD são adequadas para aplicação em pavimentos e que na maioria dos casos apresentam resultados tão bons ou ainda melhores que as misturas que contêm agregados naturais. Figura 18 - Resistência à deformação de misturas com agregados naturais vs. agregados de escória (adaptado de Groenniger et al., 2017) Em Portugal, no ano de 2007, na estrada EN 311 que liga Fafe à Várzea Cova, foi construído um trecho experimental com incorporação de ASIC. Construíram-se e ensaiaram-se três estruturas diferentes (Fortunato, Correia e Roque, 2018): ● Na secção 1 o aterro e camada de leito do pavimento eram constituídos por saibro granítico e a camada de base por agregado britado de granulometria extensa, também de granito; ● Na secção 2 o aterro e camada de leito de pavimento foram constituídos por saibro granítico e a camada de base por ASIC; ● Na secção 3 o aterro a camada de leito do pavimento e a camada de base eram totalmente constituídos por ASIC. O comprimento do aterro foi de 60 m e a altura mínima 3 m. O Tráfego Médio Diário Anual de Veículos Pesados (TMDAVP) variou entre 300 e 500. Este trecho foi avaliado várias vezes ao longo de 10 anos, e em todas as situações a secção 3 (aterro em ASIC) mostrou melhor comportamento mecânico. Este comportamento avaliou-se através do ensaio com defletómetro de impacto pesado (FWD). Numa fase inicial, os assentamentos medidos na fundação da secção em ASIC foram maiores, muito provavelmente devido à sua maior densidade. No entanto, o valor máximo registado foi de apenas 1 mm. Posteriormente, os assentamentos registados na fundação desta secção foram praticamente nulos. Fortunato, Correia e Roque (2018) concluíram Soluções integradas e complementares para otimizar a utilização de subprodutos industriais em pavimentação 33 que o uso de ASIC em aterros, camadas de base e sub-base é adequado. Concluiu-se também que o ASIC é um material inerte pois a sua utilização não põe em causa a qualidade dos solos e das águas, nem põe em risco a saúde pública. Em camadas betuminosas, foi aplicada escória de aço num pavimento em 2006, nas instalações da Siderurgia Nacional no Seixal (Andrade, 2015). Após 3 anos de utilização o pavimento encontrava-se em bom estado, mas importa realçar que o local era pouco solicitado a nível de volume de tráfego (Fortunato et al., 2018 apud Marques, 2009). Utilizou-se o método de Marshall (norma NP 142 de 1968), e o fuso utilizado foi o recomendado pela APORBET. A mistura era constituída por 73% de ASIC com granulometria 0/10, 25% de ASIC com granulometria 10/16 e 2% de filer de calcário. O ligante era um betume convencional de penetração 50/70 (Andrade, 2015 apud Crucho, 2011). Ferreira (2010) realizou um extenso estudo laboratorial onde simulou em laboratório as condições de carregamento cíclico de longo prazo a que a escória de aço estaria submetida numa camada granular em pavimentos. Neste estudo concluiu-se que os agregados processados das escórias negras produzidas nos fornos de arco elétrico da Siderurgia Nacional, devido às suas características mineralógicas, químicas, ambientais, geométricas, físicas e mecânicas, são materiais de elevado desempenho mecânico e a sua aplicação em infraestruturas de transporte rodoviário é vantajosa. Andrade (2015) avaliou a aplicabilidade do ASIC em misturas do tipo Macadame Betuminoso AC20 (MB), para camadas de base, regularização e de ligação. Os resultados obtidos demostram que o ASIC cumpre os requisitos geométricos, físicos e mecânicos definidos para agregados naturais a utilizar em misturas betuminosas desse tipo. O autor refere que os valores são promissores quando comparados com os valores de referência aplicados aos agregados naturais. Nascimento, Silva e Oliveira (2018) estudaram a incorporação de ASIC em duas misturas diferentes com incorporação, em cada uma, de 75% de ASIC. Uma das misturas é para a camada de desgaste e outra para a camada de base/ligação. Através do método de Marshall concluiu-se que o teor ótimo de betume a utilizar seria de 5%. Os resultados das misturas estudadas foram comparados com resultados obtidos por misturas com agregados naturais (graníticos). Produziram-se provetes para avaliação da sensibilidade à água, e lajes para avaliar a resistência à deformação permanente, módulo de rigidez e resistência ao fendilhamento por fadiga. Soluções integradas e complementares para otimizar a utilização de subprodutos industriais em pavimentação 34 Através dos resultados obtidos concluiu-se que as misturas com ASIC apresentaram um excelente comportamento nos ensaios de sensibilidade à água e resistência à deformação permanente. Quanto ao módulo de rigidez, as misturas com ASIC e as misturas convencionais podem considerar-se equivalentes. O ensaio de resistência à fadiga foi o único com um desempenho ligeiramente inferior das misturas com ASIC relativamente às misturas convencionais. As misturas com incorporação de ASIC apresentaram uma menor trabalhabilidade devido à maior rugosidade e porosidade dos seus agregados. A obtenção do volume de vazios dentro dos limites das especificações do caderno de encargos foi difícil. Nascimento, Silva e Oliveira (2018) concluíram que, relativamente ao comportamento funcional, a mistura com ASIC é equivalente ou até superior às misturas convencionais, e o ASIC possui aptidão para ser aplicado na camada de desgaste. Soluções integradas e complementares para otimizar a utilização de subprodutos industriais em pavimentação 35 3. MATERIAIS E METODOLOGIAS DE ESTUDO 3.1. Materiais Os materiais utilizados neste trabalho foram fornecidos na sua totalidade pela empresa DST Group, no âmbito de um projeto de investigação conjunto em curso. Para a produção das diferentes misturas betuminosas foram necessários dois tipos de betume, um betume de penetração 50/70 e um betume modificado PMB 45/80-60. Quanto aos agregados, utilizaram-se diferentes frações de agregados siderúrgicos inertes para construção (ASIC) e filer calcário, além do material recuperado através de fresagem de pavimentos. O material fresado foi obtido de uma estrada situada junto ao Estádio Municipal de Braga, a Estrada Nacional EN 205-4. Na sua constituição possui betume envelhecido e agregados naturais. 3.2. Caracterização dos agregados A presente dissertação vem dar seguimento ao estudo de Nascimento, Siva e Oliveira (2018), no qual a caracterização dos agregados ASIC realizou-se através de vários ensaios laboratoriais. Neste novo estudo utilizaram-se agregados ASIC do mesmo lote que os aplicados por Nascimento, Silva e Oliveira (2018), sendo assim desnecessária a realização de novos ensaios laboratoriais na caracterização desse material. Essa caracterização foi realizada por Nascimento, Silva e Oliveira (2018) da seguinte forma: ● Determinação da massa volúmica e absorção de água do agregado ASIC; ● Realização do ensaio de micro-Deval para quantificar a resistência ao desgaste por atrito dos agregados ASIC; ● Realização do ensaio de polimento acelerado ao ASIC para determinar o seu valor de PSV e avaliar a capacidade do material para aplicação na camada desgaste; ● Avaliação da afinidade entre os agregados ASIC e o betume. Todos os ensaios realizados e parâmetros quantificados viabilizaram a aplicação dos agregados ASIC em misturas betuminosas como substitutos dos agregados naturais. De destacar a sua elevada densidade e absorção de água, a excelente resistência ao desgaste e polimento acelerado, e a boa afinidade ao betume. No estudo referido, realizou-se ainda o estudo granulométrico do ASIC. Esse mesmo estudo granulométrico do ASIC voltou a ser realizado Soluções integradas e complementares para otimizar a utilização de subprodutos industriais em pavimentação 36 nesta dissertação para formulação das quatro misturas betuminosas produzidas, e as curvas granulométricas do ASIC encontram-se em anexo (Figura 71). 3.3. Métodos de caraterização do material fresado O material resultante da fresagem do pavimento da Estrada Nacional EN 205-4 foi caracterizado para que se pudesse tirar o melhor proveito da sua aplicação na formulação das misturas pretendidas. Esquartelamento da amostra O primeiro passo foi proceder ao esquartelamento do material fresado para a obtenção de uma amostra representativa desse material. O esquartelamento consiste em dividir o material em quatro partes aproximadamente iguais. Duas delas são aceites, e as restantes duas são deixadas de parte. Na Figura 19 está ilustrado o esquema do esquartelamento da amostra, onde, por exemplo, as partes aceites são as partes 1 e 4 e as rejeitadas são as partes 2 e 3. Figura 19 - Esquartelamento da amostra de material fresado Este processo é repetido o número de vezes necessárias até que seja obtida a quantidade pretendida da amostra, variando esta com o tipo de análise efetuada e com a dimensão do agregado. Soluções integradas e complementares para otimizar a utilização de subprodutos industriais em pavimentação 37 Separação do material fresado em duas frações Um dos problemas das misturas com incorporação de agregado siderúrgico é a elevada porosidade e rugosidade dos agregados de ASIC. No estudo realizado por Nascimento, Silva e Oliveira (2018), o cumprimento dos limites estipulados relativamente à porosidade das misturas foi dificultado devido à elevada percentagem de agregado siderúrgico aplicado na mistura. Na presente dissertação optou-se por adicionar apenas o material fresado de dimensões menores ao corpo agregado para solucionar a elevada percentagem de vazios verificada no estudo anterior. Inicialmente decidiu-se estudar a granulometria da amostra de material fresado, determinando a curva granulométrica da amostra de duas diferentes formas a seguir indicadas. A primeira consiste em aquecer o material fresado a 60 °C na estufa, seguindo-se a desagregação da amostra na misturadora durante 2 minutos e, por fim, determinou-se a curva granulométrica através de peneiração segundo a norma EN 933-1. A segunda forma consiste em obter diretamente a curva granulométrica da amostra de material fresado através de peneiração. O objetivo é comparar as duas curvas (Figura 20) e verificar se pelo primeiro método (mais demorado) se obtém uma quantidade significativamente maior de material fino em relação ao segundo método. O aquecimento e desagregação do material fresado para utilização nas misturas finais só será vantajoso se se verificar uma grande diferença nas duas curvas. Figura 20 - Curvas granulométricas das amostras de material fresado com e sem desagregação prévia Como se pode verificar na imagem anterior, as duas curvas granulométricas são muito semelhantes, não existindo diferença significativa de percentagem de finos quando aplicada a Soluções integradas e complementares para otimizar a utilização de subprodutos industriais em pavimentação 44 3.4. Métodos de caraterização dos betumes utilizados Durante a elaboração desta dissertação foram estudados três tipos de betume, sendo eles, o betume recuperado do material fresado (fração fina e grossa), um betume novo de penetração 50/70 e um betume modificado PMB 45/80-60. Em seguida são descritos os métodos utilizados para a caracterização dos betumes mencionados. Ensaio “anel e bola” para determinação da temperatura de amolecimanto O ensaio vulgarmente designado por “anel e bola” permite a determinação do ponto de amolecimento do betume, segundo a norma EN 1427. Este ensaio consiste na determinação da temperatura a partir da qual o betume apresenta uma consistência demasiado baixa e, assim, deixa de garantir a estabilidade necessária quando utilizado em misturas betuminosas. Neste método introduzem-se as amostras de betume em anéis metálicos, colocando em cima de cada amostra uma esfera de aço. Este conjunto é mergulhado em água (ou glicerina) que será aquecida gradualmente, o que fará com que o betume amoleça (Figura 28). Devido ao peso da esfera, a amostra de betume deforma-se e, no momento que esta tocar no suporte metálico inferior, regista-se a temperatura de ensaio. Essa temperatura indica-nos o ponto de amolecimento do betume. Figura 28 - Equipamento utilizado no ensaio “anel e bola” de betumes O líquido do banho deve ser escolhido consoante as temperaturas de amolecimento esperadas. Para temperaturas entre 28 °C e 80 °C deve utilizar-se água destilada ou água desmineralizada. Para temperaturas entre 80 °C e 150 °C deve utilizar-se glicerina. Soluções integradas e complementares para otimizar a utilização de subprodutos industriais em pavimentação 45 Ensaio de penetração a 25 °C O ensaio de penetração a 25 °C, cujo procedimento está normalizado pela norma EN 1426, permite a determinação indireta da viscosidade do betume à temperatura ambiente. A classificação dos betumes utilizados nos países europeus é feita consoante os valores obtidos neste ensaio. Neste ensaio, uma agulha com um peso de 100 g é colocada sobre uma amostra de betume (Figura 29). A agulha é largada durante 5 segundos e após este tempo é medida a profundidade de penetração no betume, em décimas de milímetro. Devem ser feitos três ensaios em diferentes zonas da amostra, que não devem diferir muito entre si para que o ensaio seja válido. O valor final do enaio é a média das três medições efetuadas. Figura 29 – Equipamento utilizado no ensaio de penetração de betumes Ensaio de viscosidade dinâmica O ensaio de viscosidade dinâmica para uma temperatura de referência baseia-se na norma EN 13302. Este método é realizado com auxílio de um viscosímetro rotacional de “Brookfield” (Figura 30) e consiste em pôr um spindle em rotação, a uma velocidade constante, dentro de uma amostra de betume fluído (o que obriga a realizar o ensaio a temperaturas elevadas). O spindle é um objeto cilíndrico e a amostra de betume estará num recipiente cilíndrico de Soluções integradas e complementares para otimizar a utilização de subprodutos industriais em pavimentação 46 diâmetro ligeiramente superior ao spindle. O esforço exercido entre o betume e a superfície do spindle, para que a velocidade de rotação seja constante, é medido através do equipamento utilizado. Este esforço é proporcional à viscosidade do betume. Figura 30 - Viscosímetro rotacional de “Brookfield” Neste trabalho, o procedimento adotado vai de acordo com o método proposto por Silva et al. (2009), em que o valor inicial da temperatura de ensaio é de 100 °C e vai sendo aumentada em 10 °C para cada nova medição. Quando estabilizada a nova temperatura, o que normalmente acontece ao fim de cerca de 10 minutos, registam-se os respetivos valores medidos. Este procedimento é repetido até que seja atingida a temperatura de 180 °C. Realça-se que todo este procedimento é monitorizado por um sistema computacional. Ensaio de reologia As propriedades reológicas dos betumes foram determinadas através do ensaio de reologia de corte dinâmica. Este ensaio baseou-se na norma EN 14770, e o equipamento (Figura 31) utilizado para a sua realização foi um reómetro do tipo DSR (Dynamic Shear Rheometer). Neste procedimento caracteriza-se a viscoelasticidade do betume e quantifica-se o ângulo de fase, o módulo complexo e a viscosidade. O reómetro DSR aplica deformações de torção às amostras Soluções integradas e complementares para otimizar a utilização de subprodutos industriais em pavimentação 47 de betume, a uma frequência de 10 rad/s, enquanto mede o torque aplicado para atingir essas deformações. Ao conhecer o esforço de torque e a respetiva deformação de torção é possível determinar as propriedades reológicas do betume. Figura 31 - Reómetro DSR (Dynamic Shear Rheometer) Os betumes foram ensaiados a diferentes temperaturas, que variam entre 19 °C e 88 °C. Para a determinação das propriedades reológicas dos betumes a temperaturas mais baixas (entre 19 °C e 40 °C) foi utilizado um prato mais pequeno (8 mm de diâmetro) para uma amostra de betume com cerca de 2 mm de espessura. Para as temperaturas mais elevadas (de 46 °C até 88 °C) foi utilizado um prato grande (25 mm de diâmetro) para uma amostra de betume com cerca de 1 mm de espessura (Figura 32). Esta alteração dos pratos procura garantir um comportamento reológico linear do betume. Soluções integradas e complementares para otimizar a utilização de subprodutos industriais em pavimentação 48 Figura 32 - Pratos de 8 mm e 25 mm de diâmetro usados nos ensaios de reologia Ensaio de resiliência O ensaio de resiliência (Figura 33) foi realizado segundo a norma EN 13880-3 e tem como objetivo determinar indiretamente a capacidade de recuperação elástica do betume modificado. Figura 33 – Equipamento utilizado na realização do ensaio de resiliência Na realização deste ensaio, uma amostra de betume deve ser colocada em banho maria durante 60 a 90 minutos à temperatura de 25 °C. O ensaio consiste na aplicação de uma carga de compressão na amostra de betume, através de uma esfera de metal com 17 mm de diâmetro, até que se atinja uma deformação de 10 mm. Atingido esse valor, a carga é mantida por mais 5 segundos sem aumento de deformação. Depois disto, retira-se a carga da amostra por 20 segundos, medindo-se de seguida a recuperação da deformação verificada na amostra de betume ensaiada. A resiliência ou recuperação da penetração da amostra de betume é calculada segundo a Equação 3, onde P é o valor de penetração inicial da esfera (0,1 mm) e F é o valor de penetração após a recuperação (0,1 mm). 𝑅𝑒𝑠𝑖𝑙𝑖ê𝑛𝑐𝑖𝑎 (%)= 𝑃 + 100 − 𝐹 (3) Soluções integradas e complementares para otimizar a utilização de subprodutos industriais em pavimentação 49 Apenas se realizou o ensaio de resiliência no betume modificado com polímero, pois o betume de penetração 50/70 e o betume recuperado do material fresado não apresentam características resilientes, dado que não são modificados com polímeros. 3.5. Formulação e produção das misturas betuminosas Após a realização dos ensaios laboratoriais de caracterização do material fresado e dos ligantes, procedeu-se à formulação das misturas betuminosas. Esta formulação foi realizada com base em estudos realizados anteriormente, que seguiram a mesma linha temática da presente dissertação, e que vão servir de referência para comparação de resultados posteriores. Experiências anteriores na produção de misturas com ASIC No estudo realizado por Nascimento, Silva e Oliveira (2018) é referido que para elevadas percentagens de incorporação de ASIC em misturas betuminosas, o cumprimento dos requisitos especificados no Caderno de Encargos relativamente ao volume de vazios torna-se difícil. Isto deve-se, principalmente, à elevada irregularidade e rugosidade deste material. Nesse estudo concluiu-se que, para garantir características volumétricas adequadas das misturas e desempenhos satisfatórios noutras propriedades, a percentagem ideal de ASIC a incorporar nas misturas do tipo betão betuminoso (Asphalt Concrete) seria cerca de 75%, quer para misturas da camada de desgaste, AC14 surf 35/50 (BB), quer para misturas da camada de ligação, AC20 bin/base 35/50 (MB). Relativamente ao ligante utilizado, os autores concluíram que a utilização de um betume de penetração 35/50, juntamente com a elevada porosidade do agregado siderúrgico, poderá ter uma influência negativa no desempenho das misturas, nomeadamente na resistência à fadiga. Esse facto levou à seleção do betume 50/70 para este novo estudo. Depois desse estudo, e baseando-se nos resultados e conclusões nele obtidos, foram produzidas duas misturas betuminosas com incorporação de ASIC, uma para a camada de desgaste e outra para a camada de ligação. A mistura de desgaste AC14 surf 35/50 (BB) continha 70% de ASIC e 5,3% de betume de penetração 35/50. A mistura de ligação AC20 bin/base 35/50 (MB) era constituída por 75% de ASIC e 4,5% de betume de penetração 35/50. Os restantes constituintes das duas misturas eram filer calcário e pó de granito com dimensões compreendidas entre 0 e 4 mm. Estas misturas betuminosas foram caracterizadas através de ensaios laboratoriais. Esses Soluções integradas e complementares para otimizar a utilização de subprodutos industriais em pavimentação 50 resultados servirão de referência (MR 14 e MR 20) na análise dos resultados das misturas betuminosas do tipo betão betuminoso (AC) produzidas na presente dissertação, agora com incorporação adicional de material fresado. Misturas betuminosas AC 14 surf 50/70 (BB) e AC 20 bin/base 50/70 (MB) As duas primeiras misturas produzidas neste estudo foram do tipo betão betuminoso, ou Asphalt Concrete (AC) na terminologia inglesa. Uma delas foi um betão betuminoso para a camada de desgaste, AC 14 surf 50/70 (BB), a outra foi um betão ou macadame betuminoso para a camada de ligação, AC 20 bin/base 50/70 (MB). Nestas duas misturas utilizou-se cerca de 75% de agregado ASIC. O restante agregado foi o existente no material fresado fino e filer comercial (calcário). O ligante utilizado foi betume de penetração 50/70. Na mistura betuminosa AC 14 da camada de desgaste a percentagem de ligante utilizada foi de 5,3%, sendo esta percentagem constituída por ligante novo e ligante envelhecido do material fresado. A mistura AC 20 da camada de ligação tem na sua constituição 4,5% de ligante, sendo esta percentagem igualmente referente a betume novo e betume envelhecido. A definição das quantidades de agregado ASIC e de ligante a incorporar nas misturas baseouse nos estudos anteriores já mencionados, aos quais a presente dissertação dá seguimento. As misturas foram formuladas segundo os fusos granulométricos do Caderno de Encargos da Estadas de Portugal (2014), que são apresentados de seguida para a mistura AC 14 a utilizar em camada de desgaste (Figura 34) e para a mistura AC 20 utilizada em camada de ligação ou base (Figura 35). Soluções integradas e complementares para otimizar a utilização de subprodutos industriais em pavimentação 51 Figura 34 - Fuso granulométrico mistura AC14 surf 50/70 (BB) A curva granulométrica das misturas betuminosas obtém-se através dos agregados que constituem essas mesmas misturas. Para a realização desta curva granulométrica foram necessários os estudos granulométricos de todos os agregados constituintes das duas misturas (ASIC, material fresado e filer). Só depois de estudadas as curvas granulométricas dos agregados se pode obter com o rigor necessário a curva granulométrica das misturas betuminosas, e isto é válido para qualquer tipo de mistura betuminosa (incluindo as misturas do tipo SMA11 e PA12,5 que serão abordadas mais à frente neste estudo). A granulometria final obtida após formulação será apresentada no Capítulo 4. Figura 35 - Fuso granulométrico da mistura AC20 bin/base 50/70 (MB) Soluções integradas e complementares para otimizar a utilização de subprodutos industriais em pavimentação 52 Depois de formuladas as misturas procedeu-se à sua produção. Neste processo é necessário ter em conta a temperatura ideal a que se devem introduzir os agregados, a temperatura de aquecimento do betume e as temperaturas de produção e compactação das misturas. A temperatura ideal para envolver os agregados com o ligante corresponde a uma viscosidade dinâmica de aproximadamente 0,3 Pa.s. A temperatura adequada para a compactação de uma mistura betuminosa apresenta viscosidades dinâmicas entre os 2 Pa.s e os 20 Pa.s (Shell, 1991). Através da análise dos resultados do ensaio de viscosidade dinâmica realizado aos ligantes utilizados nestas misturas (Figura 36) é possível definir as temperaturas pretendidas. Importa realçar que o material fresado é adicionado à temperatura ambiente (25 °C). Figura 36 - Viscosidade a altas temperaturas dos betumes 50/70 e recuperado do fresado fino A temperatura a que o betume foi aquecido para produção das misturas do tipo betão betuminoso foi 150 °C, que é a temperatura definida como ideal para a mistura entre agregados e ligante (temperatura de produção). Esta temperatura definiu-se com base nas diferentes percentagens de cada ligante presente na mistura (betume 50/70 e betume envelhecido) e das suas diferentes temperaturas ideais de produção, como está demonstrado na Tabela 1. Tabela 1 - Temperaturas de produção e compactação das misturas do grupo betão betuminoso AC 14 surf 50/70 (BB) Ligante (%) Temperatura ideal produção (°C) Temperatura ideal compactação (°C) Betume 50/70 (90%) 145 °C 80 °C – 110 °C Betume envelhecido (10%) 175 °C 105 °C – 140 °C 1E-02 1E-01 1E+00 1E+01 1E+02 90,00 110,00 130,00 150,00 170,00 190,00 Viscosidade Dinâmica (Pa.s) Temperatura (ºC) Betume 50/70 Soluções integradas e complementares para otimizar a utilização de subprodutos industriais em pavimentação 53 Ligante total 150 °C 85 °C – 115 °C AC 20 bin/base 50/70 (MB) Ligante (%) Temperatura ideal produção (°C) Temperatura ideal compactação (°C) Betume 50/70 (87%) 145 °C 80 °C – 110 °C Betume envelhecido (13%) 175 °C 105 °C – 140 °C Ligante total 150 °C 85 °C – 115 °C As temperaturas de produção definiram-se multiplicando a temperatura ideal de produção de cada ligante pela respetiva percentagem em que estão presentes na mistura (50/70 e recuperado do material fresado). Na Equação 4 está explícito o método aplicado na definição da temperatura ideal de produção da mistura AC 14 surf 50/70 (BB), que serviu de base para aquecimento do betume 50/70. O processo utilizado na mistura AC 20 bin/base 50/70 (MB) foi o mesmo, como se pode verificar na Equação 5. 145 °C × 90% +175 °C × 10% =148 °C (4) 145 °C × 87% +175 °C × 13% =148,9 °C (5) As temperaturas finais de produção das duas misturas do tipo betão betuminoso (AC 14 e AC 20) foram as mesmas, visto que as percentagens de ligante são relativamente próximas nas duas misturas. Por uma questão de simplificação, os valores de 148 °C e 148,9 °C foram arredondados para 150 °C. Os intervalos das temperaturas ideais de compactação de ambas as misturas (apresentados na Tabela 1) determinaram-se usando o mesmo procedimento. Na produção das misturas, inicialmente introduziu-se o ASIC, o filer comercial e o material fresado na misturadora (Figura 37). O material fresado introduziu-se à temperatura ambiente (25 °C), e os restantes agregados foram aquecidos a 180 °C para compensar a menor temperatura do material fresado e assim garantir a temperatura de produção desejada. Estes materiais foram misturados durante 1 minuto para homogeneizar o corpo agregado e a temperatura de produção (150 °C). Por fim, adicionou-se o betume de penetração 50/70, a 150 °C, e todo o material foi misturado durante mais 2 minutos. Soluções integradas e complementares para otimizar a utilização de subprodutos industriais em pavimentação 60 compactor, como resultado da sua elevada rugosidade e resistência, podendo dizer-se que estas misturas têm reduzida trabalhabilidade. Figura 44 - Lajes (esquerda) produzidas para os ensaios de pista e vigas (direita) a utilizar nos ensaios de módulo de rigidez e resistência à fadiga 3.6. Caracterização volumétrica das misturas betuminosas Caracterização dos provetes de Marshall A baridade aparente (BA) pode ser determinada através de vários métodos. No estudo em questão foi determinada pelo método B da norma EN 12697-6 para todas as misturas produzidas (exceto a mistura betuminosa drenante PA 12,5). Este método consiste em pesar os provetes a seco e, de seguida, colocar os provetes submersos em água durante 30 minutos. Em seguida, pesam-se os provetes submersos (Figura 45), secando-se depois a superfície dos provetes para que estes sejam pesados novamente. Soluções integradas e complementares para otimizar a utilização de subprodutos industriais em pavimentação 61 Figura 45 - Equipamento para a pesagem dos provetes submersos A baridade aparente calcula-se através de uma relação entre o peso seco e a diferença entre o peso saturado com superfície seca e o peso submerso. Durante todo este processo é necessário ter em conta a temperatura da água, devido a um fator de ponderação que é condicionado pela sua temperatura. O método utilizado na determinação da baridade aparente da mistura PA 12,5 foi o método D da norma EN 12697-6, onde se determina baridade aparente pelo quociente entre o peso do provete seco e o seu volume. Para isto, apenas de pesam os respetivos provetes secos e determina-se o seu volume através de medição geométrica. A baridade máxima teórica (BMT) foi determinada de acordo com a norma EN 12697-5 pelo método A. Para a sua determinação recorreu-se a um picnómetro de vácuo, onde uma amostra de mistura não compactada é introduzida e pesada juntamente com o picnómetro. De seguida junta-se água á mistura dentro do picnómetro. O picnómetro é submetido a vácuo durante um determinado tempo estabelecido pela norma de forma a que os vazios sejam preenchidos por água, com auxílio de uma mesa vibratória (Figura 46). No final deste período, o picnómetro é colocado em banho maria durante 30 minutos à temperatura de 25 °C. Após este procedimento, enche-se na totalidade o picnómetro com água para que este seja pesado. A baridade máxima teórica é assim calculada com base na massa do picnómetro, na massa do picnómetro com a amostra e na massa do picnómetro com a amostra e cheio de água. Soluções integradas e complementares para otimizar a utilização de subprodutos industriais em pavimentação 62 Figura 46 – Picnómetro utilizado para determinar a baridade máxima teórica O volume de vazios das misturas foi calculado com base na baridade máxima teórica e baridade aparente obtidas. Este parâmetro é calculado através da Equação 6, onde Vv é o volume de vazios (%), BMT é a baridade máxima teórica (g/cm3) e BA é a baridade aparente (g/cm3). 𝑉 𝑣=𝐵𝑀𝑇−𝐵𝐴 𝐵𝑀𝑇 ×100 (6) O volume de vazios é um parâmetro muito importante para avaliar o desempenho de misturas betuminosas aplicadas em camadas de pavimentos e para cumprimento de valores especificados em caderno de encargos. Caracterização das lajes e vigas O volume de vazios das diversas lajes e vigas são calculados da mesma forma que nos provetes de Marshall (Equação 6). A baridade aparente das vigas determinou-se segundo os métodos B ou D da norma EN 126976, respetivamente para as misturas densas (betões betuminosos e SMA 11) e para a mistura drenante (PA 12,5). A baridade aparente das lajes determina-se através do método D, o método volumétrico, segundo a norma EN 12697-6, onde se calcula o quociente entre o peso da laje seca e o seu volume. Neste caso, apenas de pesam as lajes secas e determina-se o seu volume através de medição geométrica. A baridade máxima teórica (BMT) é determinada de acordo com o método A da norma EN 12697-5 com recurso a um picnómetro, como referido anteriormente. Soluções integradas e complementares para otimizar a utilização de subprodutos industriais em pavimentação 63 3.7. Avaliação do desempenho das misturas betuminosas Sensibilidade à água das misturas produzidas Para a realização do ensaio de sensibilidade à água são necessários seis provetes Marshall para cada mistura betuminosa. Esses seis provetes são divididos em dois grupos (de três provetes cada) com características volumétricas semelhantes. Um destes grupos será mantido à temperatura ambiente, enquanto que o outro será condicionado, isto é, primeiramente saturado em vácuo e posteriormente em água entre 68 e 72 horas à temperatura de 40 °C, como especifica a norma EN 12697-12. De seguida, reduz-se a temperatura da água até 15 °C e mantém-se os provetes condicionados por mais 2 horas, enquanto os provetes secos são colocados à temperatura de 15 °C (ao ar). Após todo o procedimento já referido, todos os provetes (condicionados ou não em água) são ensaiados à tração indireta (Figura 47) de acordo com a norma EN 12697-23, a uma temperatura de ensaio de 15 °C. Figura 47 - Diferentes fases do ensaio de sensibilidade à água Após a realização do ensaio, a resistência à tração indireta média (ITS) de ambos os grupos de provetes (condicionados em água ou wet, e condicionados em ar ou dry) é determinada. A razão entre esses valores, ou seja, a resistência à tração indireta média dos provetes imersos (ITSw) e dos provetes secos (ITSd), determina o índice de resistência à tração indireta (ITSR). Este parâmetro permite avaliar a sensibilidade das misturas betuminosas à água. Avaliação da resistência à deformação permanente Para avaliação da resistência à deformação permanente das misturas betuminosas realizou-se o ensaio de pista ou Wheel Tracking Test (WTT), conforme se pode observar na Figura 48. Este Soluções integradas e complementares para otimizar a utilização de subprodutos industriais em pavimentação 64 ensaio consiste na passagem de uma roda repetidamente sobre as lajes de 30×30×4 cm3, enquanto se mede a profundidade das rodeiras a cada ciclo de carga (que simula a passagem dos rodados dos veículos pesados). A análise destes resultados permite prever a estabilidade da mistura ao longo do tempo. a) b) Figura 48 - a) Laje antes do ensaio de pista; b) Laje após o ensaio de pista A realização do ensaio de pista baseou-se na norma EN 12697-22. A temperatura do ensaio foi de 60 °C, com uma força aplicada de 700 N, a uma frequência de 0,44 Hz e aplicando-se 10 000 ciclos de carga. A taxa de deformação em ensaio de pista (WTSAIR), a profundidade do cavado de rodeira (RDAIR) e a profundidade média proporcional da rodeira (PRDAIR) são os principais resultados a ter em consideração na análise aos resultados deste ensaio, como se irá observar no Capítulo 4. Permeabilidade da mistura betuminosa drenante A permeabilidade é uma característica fundamental a analisar nas misturas betuminosas drenantes. Como se produziu uma mistura desse tipo (PA 12,5), realizou-se um ensaio de permeabilidade nas lajes produzidas dessa mistura. Realizou-se também este ensaio na mistura SMA 11 para observar o comportamento de duas misturas diferentes relativamente à permeabilidade, embora não fosse expectável um bom resultado nesta última mistura. O ensaio baseou-se nas normas EN 12697-40 e na norma espanhola NLT 327-00 e consistiu em colocar um permeâmetro de carga variável (Figura 49), utilizado para medir a permeabilidade in situ, em cima das lajes e em diferentes pontos, de forma a medir o tempo de escoamento da água nesses locais. Assim, analisou-se a capacidade de escoamento de água na Soluções integradas e complementares para otimizar a utilização de subprodutos industriais em pavimentação 65 mistura drenante, verificando-se depois na análise de resultados se os tempos de escoamento estavam dentro dos limites estipulados. Figura 49 – Ensaio de permeabilidade realizado numa laje com recurso ao permeâmetro LCS Ensaio do módulo de rigidez por flexão em quatro pontos Uma das principais propriedades de uma mistura betuminosa é o seu módulo de rigidez, em especial pela sua influência no dimensionamento de pavimentos. Este varia consoante a temperatura da mistura, a frequência de carregamento e as características dos materiais constituintes da mistura. Para de determinar o módulo de rigidez das misturas betuminosas, e segundo a norma EN 13108-20, ensaiaram-se a 20 °C as diversas vigas preparadas anteriormente. Foram ainda ensaiadas mais duas vigas de cada mistura às temperaturas de 0, 10 e 30 °C para que se possa verificar a influência da temperatura na variação do módulo de rigidez. Em cada ensaio, e de acordo com a norma EN 12697-26, realizou-se um varrimento de frequências (0,1, 0,2, 0,5, 1, 2, 5, 8, 10, 0,1 Hz). Os ensaios realizados a diferentes temperaturas permitiram obter curvas Soluções integradas e complementares para otimizar a utilização de subprodutos industriais em pavimentação 66 mestras para uma temperatura de referência de 20 °C, utilizando o princípio da sobreposição tempo temperatura. Ensaio de resistência ao fendilhamento por fadiga A resistência à fadiga é uma importante propriedade das misturas betuminosas, que nos dá indicações sobre o comportamento destas relativamente ao fendilhamento devido às ações repetidas do tráfego e eventualmente devido às ações de origem térmica. As vigas utilizadas neste ensaio foram sujeitas anteriormente ao ensaio do módulo de rigidez (ensaio não destrutivo). Ambos os ensaios se realizam no mesmo equipamento (Figura 50) e o ensaio de resistência à fadiga é um ensaio destrutivo realizado a maiores níveis de extensão (fora do regime de comportamento linear do material). Este ensaio de fadiga realiza-se segundo a norma EN 12697-24. Figura 50 - Equipamento utilizado na realização do ensaio de fadiga A temperatura a utilizar no ensaio de fadiga é 20 °C e a carga é aplicada às vigas com uma frequência de 10 Hz. O ensaio de resistência à fadiga e consiste em verificar o número de ciclos necessários para que a mistura atinja a ruína para um nível de extensão controlado a cada ciclo de carga. A ruína define-se pelo número de ciclos que corresponde a um valor de módulo de rigidez da viga igual a metade do valor verificado inicialmente, visto que o ensaio se realiza em extensão controlada. Repetindo o ensaio de fadiga em várias vigas a diferentes níveis de extensão, determina-se a lei de fadiga deste material. Soluções integradas e complementares para otimizar a utilização de subprodutos industriais em pavimentação 67 Soluções integradas e complementares para otimizar a utilização de subprodutos industriais em pavimentação 68 4. ANÁLISE DE RESULTADOS 4.1. Análise granulométrica do material fresado Como referido anteriormente, o material fresado dividiu-se em duas frações: a fração fina (inferior a 8 mm) e a fração grossa (igual ou superior a 8 mm). Para a produção das misturas deste estudo apenas é utilizada a fração fina, mas para um estudo mais aprofundado do material, as duas frações foram estudadas e caracterizadas. Para a determinação da percentagem de ligante em cada uma das frações (Tabela 2) do material fresado recorreu-se à mufla, onde o ligante foi incinerado. Tabela 2 - Percentagem de betume no material fresado Como se previa, devido à sua maior superfície específica, a fração fina tem uma percentagem de ligante superior à fração grossa, pelo que há vantagens económicas na sua utilização. Após retirar as amostras da mufla, já sem o ligante que sofreu incineração, procedeu-se ao estudo granulométrico dos agregados. As respetivas curvas granulométricas das amostras encontramse representadas na Figura 51. Figura 51 - Curva granulométrica dos agregados do material fresado (frações fina e grossa) Fração do material fresado Percentagem de betume Fração fina 5,7% Fração grossa 4,8% Soluções integradas e complementares para otimizar a utilização de subprodutos industriais em pavimentação 69 Como seria de esperar, ambas as amostras possuem agregados inferiores às respetivas dimensões das amostras aquando da separação no peneiro de 8 mm, isto devido à incineração do ligante. A curva granulométrica da fração fina do material fresado obtida neste procedimento será utilizada posteriormente na formulação das misturas betuminosas. 4.2. Análise dos ligantes Para uma correta e rigorosa análise ao ligante existente no material fresado recuperou-se o betume das duas frações (fina e grossa) desse material. Assim, neste ponto analisar-se-á o betume recuperado das duas frações de material fresado, assim como os ligantes novos adicionados para produção das misturas finais pretendidas, o betume de penetração 50/70 e o betume modificado PMB 45/80-60. Ligante recuperado do material fresado O material fresado está dividido em duas frações. Da mesma forma, o ligante de ambas as frações de material fresado será analisado separadamente. Na Tabela 3 apresentam-se os resultados dos ensaios de penetração a 25 °C e da temperatura “anel e bola” desses ligantes. Tabela 3 - Resultados dos ensaios de penetração e “anel e bola” dos betumes recuperados Ligante betuminoso Anel e bola (°C) Penetração a 25 °C (0,1mm) Betume fração fina 71,1 10,4 Betume fração grossa 69,1 10,9 Os resultados indicam que o betume da fração fina se encontra ligeiramente mais envelhecido que o da fração grossa, pois possui uma temperatura de amolecimento maior e uma penetração a 25 °C inferior, sendo por isso ligeiramente mais viscoso e mais rígido. Isto pode dever-se ao facto de que, durante o tempo de vida do pavimento, esta fração de material (fração fina) pode ter estado ligeiramente mais sujeita à oxidação, que é uma das principais causas do envelhecimento do betume Soluções integradas e complementares para otimizar a utilização de subprodutos industriais em pavimentação 76 Figura 56 - Curvas granulométricas das misturas produzidas: a) AC 14 surf 50/70(BB); b) AC20 bin/base 50/70 (BB); c) SMA 11; d) PA 12,5 Na formulação das misturas produzidas foi necessário dar especial atenção à percentagem de ligante utilizada. No caso das misturas AC 14 surf 50/70 (BB) e AC 20 bin/base 50/70 (MB), em estudos anteriores, para misturas também aplicadas em camadas de desgaste e de ligação, houve problemas com a elevada porosidade das misturas produzidas. O betume presente no material fresado, geralmente, é aproveitado aquando da utilização deste material na produção de misturas betuminosas. No entanto, devido à sua elevada rigidez, por vezes a sua trabalhabilidade é reduzida, fazendo com que seja questionável se todo o betume envelhecido contribui como ligante na mistura. Além disso, uma insuficiente percentagem de ligante dificulta a obtenção de valores de porosidade mais baixos. Sendo assim, na formulação das misturas do tipo betão betuminoso, apenas se considerou que metade da percentagem do ligante presente no material fresado contribui como ligante para a mistura, aumentando-se assim ligeiramente a quantidade de betume novo a utilizar. Com base nesse pressuposto foi possível obter as percentagens de betume a utilizar nessas misturas (Tabela 7). Tabela 7 – Percentagens de ligante consideradas na formulação das misturas convencionais Ligante betuminoso AC 14 surf 50/70(BB) AC 20 bin/base 50/70 (MB) a) b) c) d) Soluções integradas e complementares para otimizar a utilização de subprodutos industriais em pavimentação 77 Betume 50/70 4,2% 3,3% Betume envelhecido 1,1% 1,2% Total 5,3% 4,5% Betume envelhecido (50%) 0,55% 0,6% Betume 50/70 4,75% 3,9% Total 5,3% 4,5% Desta forma garante-se que o ligante presente nas misturas convencionais será suficiente para garantir que o volume de vazios não seja tão elevado. Importa realçar, que esta consideração “pessimista” em relação à contribuição de apenas 50% do ligante presente no material fresado nas misturas betuminosas só se aplicou na produção das duas misturas do grupo betão betuminoso, ou seja, nas misturas SMA 11 e PA 12,5 assumiu-se que a totalidade do betume envelhecido presente no material fresado contribui como ligante da mistura final. Neste caso, utilizou-se betume modificado para produção das misturas e considerou-se que isso seria suficiente para resolver os problemas de porosidade. 4.5. Caracterização mecânica das misturas produzidas Como mencionado anteriormente, os resultados das misturas betuminosas AC14 surf 50/70 (BB) e AC 20 bin/base 50/70 (MB) serão comparados com os resultados de misturas de referência (MR) produzidas em estudos anteriores, aos quais a presente dissertação dá seguimento. Sendo assim, os resultados dos ensaios de sensibilidade à água, de pista, módulo de rigidez e resistência à fadiga dessas misturas de referência serão apresentados juntamente com os resultados das novas misturas em estudo. As misturas de referência produzidas em estudos anteriores são duas: a mistura AC 14 surf 35/50 (BB) para camada de desgaste (MR 14) e a mistura AC 20 bin/base 35/50 (MB) para camada de ligação (MR 20). A mistura para a camada de desgaste tem 70% de agregados ASIC, enquanto a mistura da camada de ligação é constituída por 75% desse mesmo agregado. Os restantes agregados constituintes de ambas as misturas são o filer calcário e agregados naturais de dimensões compreendidas entre 0 e 4 mm. O betume de penetração 35/50 é o ligante constituinte de ambas as misturas de referência e as suas percentagens de ligante são as mesmas utilizadas para produção dos novos betões betuminosos desenvolvidos neste estudo, ou seja, 5,3% e 4,5% respetivamente para a camada de desgaste e para a camada de ligação. Soluções integradas e complementares para otimizar a utilização de subprodutos industriais em pavimentação 78 Sensibilidade à água das misturas do grupo betão betuminoso Para a realização do ensaio de sensibilidade produziram-se seis provetes de cada mistura betuminosa. Esses seis provetes, na realização do ensaio, são divididos em dois grupos de três, para que sejam ensaiados sob a ação da água e a seco. Por uma questão de simplificação e pela numerosa quantidade de provetes, são apresentadas as médias dos resultados desses conjuntos de provetes. Embora não se verifiquem discrepâncias significativas entre os resultados dos provetes do mesmo conjunto, os resultados individuais de cada provete encontram-se em anexo (Tabelas 17 e 18). Na Tabela 8 apresentam-se os principais resultados dos ensaios de sensibilidade à água da mistura de desgaste AC14 surf, enquanto na Tabela 9 se apresentam esses resultados para a mistura de ligação AC20 bin/base. Em ambos os casos são apresentadas misturas de referência para comparação que resultaram do estudo anterior realizado por Nascimento, Silva e Oliveira (2018). Tabela 8 - Resultados do ensaio de sensibilidade à água da mistura betuminosa AC14 surf 50/70 (BB) Ensaio Força máxima (KN) ITS (KPa) Volume de vazios (%) ITSR (%) ITSwet 28,1 2860 1,4% 97% ITSdry 28,8 2960 ITSwet (MR 14) 30,4 3000 4,5% 93% ITSdry (MR 14) 32,9 3240 Como já foi mencionado, o estudo efetuado por Nascimento, Silva e Oliveira (2018) revelou problemas com a elevada porosidade das misturas devido à rugosidade e irregularidade do agregado ASIC. No entanto, a mistura AC14 surf 50/70 (BB) desenvolvida neste trabalho já tem um volume de vazios muito reduzido. Este valor está abaixo do desejado (3%), mas demonstra que é possível obter um volume de vazios mais baixo e que contorne as características porosas e de rugosidade do agregado ASIC. A reduzida porosidade desta nova mistura indica um ligeiro excesso de ligante aplicado na mistura. Dado que este ligante é menos rígido do que o aplicado na mistura de referência (MR 14), e isso explica porque razão os valores de ITS são ligeiramente inferiores. No entanto, os resultados são satisfatórios, visto que foi possível obter valores próximos dos da mistura MR Soluções integradas e complementares para otimizar a utilização de subprodutos industriais em pavimentação 79 14 com um ligante menos rígido. Os valores de ITSR demonstram que a nova mistura AC 14 é muito pouco sensível à ação da água, menos sensível ainda que a mistura de referência (MR 14). Tabela 9 - Resultados do ensaio de sensibilidade à água das misturas betuminosas AC 20 bin/base 50/70 (MB) Ensaio Força máxima (KN) ITS (KPa) Volume de vazios (%) ITSR (%) ITSwet 25,1 2456 2,4% 85% ITSdry 28,9 2882 ITSwet (MR 20) 25,1 2274 4,4% 75% ITSdry (MR 20) 28,9 3017 Relativamente aos betões betuminosos para camada de ligação, a mistura AC 20 bin/base 50/70 (MB) já possui valores de porosidade mais próximos dos estipulados (mínimo de 3%). Os valores de ITS estão próximos dos observados na mistura de referência (MR 20). O valor de ITSR é significativamente superior ao valor verificado para a mistura MR 20, o que indica uma menor sensibilidade à água da mistura em análise no presente estudo. O valor de ITSR verificado (85%) é inferior aos 97% verificados na mistura AC 14 surf 50/70 (BB). No entanto, isso é pouco significativo porque esta mistura é constituinte da camada de ligação e está menos sujeita a agentes atmosféricos. Na Figura 57 podem ser observados dois provetes produzidos para o ensaio de sensibilidade à água, para a camada de desgaste e de ligação. Soluções integradas e complementares para otimizar a utilização de subprodutos industriais em pavimentação 80 Figura 57 - Provetes produzidos para o ensaio de sensibilidade à água: a) Mistura AC 14 surf 50/70 (BB); b) AC 20 bin/base 50/70 (MB) Sensibilidade à água das misturas SMA 11 e PA 12,5 Depois de analisadas os betões betuminosos, em seguida procedeu-se ao estudo de misturas menos convencionais para camada de desgaste (SMA 11 e PA 12,5). Na Tabela 10 apresentamse os principais resultados dos ensaios de sensibilidade à água da mistura SMA 11, enquanto na Tabela 11 se apresentam esses resultados para a mistura PA 12,5. Tabela 10 – Resultados da mistura SMA 11 no ensaio de sensibilidade à água Ensaio Força máxima (KN) ITS (KPa) Volume de vazios (%) ITSR (%) ITSwet 22,7 2175,1 4,9% 95% ITSdry 23,6 2298,7 A mistura do tipo SMA apresenta um valor de 95% de ITSR, bastante próximo do resultado da mistura AC 14 (BB). Esta mistura, devido à maior percentagem de ligante que possui, é muito pouco sensível à ação da água. A elevada percentagem de ligante, habitual neste tipo de misturas SMA, contribui para valores de ITS inferiores aos das misturas do tipo betão betuminoso estudadas anteriormente. No entanto, os resultados obtidos são satisfatórios, e a mistura tem um excelente desempenho sob ação da água. Tabela 11 - Resultados da mistura PA 12,5 no ensaio de sensibilidade à água Ensaio Força máxima (KN) ITS (KPa) Volume de vazios (%) ITSR (%) ITSwet 13,0 1433,6 18,6% 97% ITSdry 13,4 1483,6 a) b) Soluções integradas e complementares para otimizar a utilização de subprodutos industriais em pavimentação 81 A mistura PA 12,5 possui um volume de vazios baixo para o tipo de mistura drenante em questão (devia ser próximo de 25%). Na elevada irregularidade do agregado ASIC está a explicação para a não obtenção de valores de porosidade mais elevados. Uma das formas de combater essa irregularidade do material, promovendo uma forma mais regular e arredondada, será uma segunda britagem do material quando este se encontra ainda em fase de tratamento nas siderurgias ou nas zonas de armazenamento e tratamento. Os valores de ITS obtidos são satisfatórios tendo em conta o tipo de mistura em questão. De todas as misturas produzidas neste trabalho, a mistura PA 12,5 é a que provavelmente melhor demonstra o bom comportamento das misturas compostas por agregados ASIC sob a ação da água, pois o valor de ITSR é excelente, ainda mais numa mistura com 18,6% de volume de vazios. Após a análise dos resultados destas duas últimas misturas (SMA 11 e PA 12,5), importa realçar a capacidade que houve de produzir novas misturas mais complexas e exigentes com grande quantidade de material reutilizado, nomeadamente o ASIC e o material fresado. Assim, verifica-se que mesmo em misturas deste género é possível o reaproveitamento destes materiais sem pôr em causa a qualidade das misturas. Na Figura 58 podem observar-se os provetes produzidos com estas misturas. Figura 58 - Provetes produzidos para o ensaio de sensibilidade à água: a) Mistura SMA11; b) Mistura PA 12,5 a) b) Soluções integradas e complementares para otimizar a utilização de subprodutos industriais em pavimentação 82 Caracterização adicional dos provetes das misturas do tipo betão betuminoso Após realizar o ensaio de sensibilidade à água nas misturas AC 14 surf 50/70 (BB) e AC 20 bin/base 50/70 (MB), decidiu-se serrar os provetes (Figura 59) de forma a observar algumas características adicionais dos mesmos. Figura 59 - Provetes serrados após ensaio de sensibilidade à água: a) Provete AC surf 50/7014 (BB); b) Provete AC20 bin/base 50/70 (MB) Ao observar a textura interna das misturas confirmou-se o efeito de introduzir um pouco mais betume durante a sua formulação para garantir uma baixa porosidade. Em seguida, os dois provetes foram aquecidos e desagregados, para posteriormente serem introduzidos na mufla, onde se deu a incineração e determinação da percentagem de betume (Tabela 12). Tabela 12 - Percentagem de betume dos provetes das misturas convencionais Provetes Percentagem de betume Provete AC14 4,8% Provete AC20 4,4% A percentagem de betume das misturas AC14 surf 50/70 (BB) e AC20 bin/base 50/70 (MB) foram respetivamente 4,8% e 4,4%. Essa percentagem é tradicionalmente obtida em função do peso, mas neste caso as percentagens foram definidas na formulação da mistura em função do volume. Sendo assim, os 5,3% e 4,5% estabelecidos, correspondem respetivamente a 4,6% e 3,9% quando a percentagem é relativa ao peso. Assim, os resultados mostram que os provetes têm uma quantidade ligeiramente superior de ligante, o que é coerente porque as misturas foram formuladas com o objetivo de usar uma quantidade ligeiramente superior de ligante (do material a) b) Soluções integradas e complementares para otimizar a utilização de subprodutos industriais em pavimentação 83 fresado) para garantir uma baixa porosidade. Assim, em trabalhos futuros deve considerar-se que a totalidade do betume existente no material fresado contribui para a nova mistura a produzir. Finalmente, estudou-se a granulometria dos agregados após o processo de incinaração das misturas. As curvas granulométricas dos agregados constituintes dos provetes são apresentadas na Figura 60. Figura 60 - Curva granulométrica das misturas betuminosas do tipo: a) AC 14 surf 50/70 (BB); b) AC20 bin/base 50/70 (MB) As granulometrias de ambos os provetes estão dentro do previsto. A mistura AC14 surf 50/70 (BB) apresenta um valor ligeiramente abaixo do fuso no peneiro de menores dimensões (0,063 mm). Isto deve-se ao facto de uma pequena percentagem de material mais fino e leve ter sido expelido da mufla aquando da incineração do ligante. Resistência à deformação permanente O ensaio de pista (Wheel Tracking Test) permite avaliar a resistência à deformação permanente das misturas betuminosas. Este ensaio tem uma maior importância em países com climas quentes, pois os ligantes betuminosos tendem a perder a sua estabilidade à deformação a temperaturas mais altas, e através das cargas aplicadas pelo tráfego deformam-se permanentemente. Soluções integradas e complementares para otimizar a utilização de subprodutos industriais em pavimentação 84 Com o aumento do número ciclos aumenta também a deformação resultante da passagem repetida de rodados sobre a mistura. Numa fase inicial, a deformação aumenta rapidamente, pois a mistura está a reajustar a posição dos seus constituintes, ou seja, a compactar-se melhor (pós compactação). A partir dos 5000 ciclos consegue-se fazer uma análise mais rigorosa ao comportamento da mistura relativamente à sua resistência intrínseca à deformação permanente. Na Figura 61 está ilustrada a evolução da deformação com o aumento do número de ciclos. Figura 61 - Evolução da deformação das misturas betuminosas Através da evolução da deformação permanente das misturas betuminosas é possível perceber que a mistura AC14 surf 50/70 (BB) possui uma deformação permanente elevada em comparação com todas as restantes misturas. Esta mistura foi a que apresentou pior resultado neste ensaio devido à combinação de utilizar uma elevada percentagem de betume do tipo 50/70, sendo que as restantes misturas apresentam um bom desempenho. Importa realçar que o volume de vazios das misturas betuminosas compactadas no roller compactor (na forma de lajes) foi muito difícil de controlar. As misturas convencionais produzidas neste estudo possuem volume de vazios acima dos limites definidos, assim como a mistura SMA 11. Ainda assim, a porosidade verificada nestas misturas é inferior à das misturas de referência (MR 14 e MR 20), como se pode verificar nos resultados da Tabela 13. Tabela 13 - Volume de vazios das lajes produzidas para o ensaio de pista Mistura Volume de Vazios (%) 0 1 2 3 4 5 6 7 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000 10000 Deformação (mm) Número de ciclos AC14 AC20 MR 20 MR 14 SMA 11 PA 12.5 Soluções integradas e complementares para otimizar a utilização de subprodutos industriais em pavimentação 85 AC 14 surf 50/70 (BB) 6,9% MR 14 10,2% AC 20 bin/base 50/70 (MB) 8,6% MR 20 11,9% SMA 11 9,2% PA 12,5 13,7% A porosidade elevada deve-se à rugosidade e irregularidade do agregado ASIC, mas essencialmente ao método de compactação utilizado aquando da preparação das lajes. Na compactação dos provetes cilíndricos foi possível contornar as características porosas do agregado. Na compactação das lajes através do Roller Compactor, com a mesma formulação das misturas, os baixos valores de porosidade dos provetes Marshall não se voltaram a confirmar. Seria interessante a realização de estudos futuros onde a compactação das lajes se desse de forma diferente, numa primeira fase por vibração e só depois através do rolo, de forma a garantir um rearranjo do corpo agregado que diminua a porosidade para valores dentro dos limites estipulados. No entanto, continua a antever-se dificuldades na compactação in situ destas misturas com ASIC, que continuam a apresentar uma reduzida trabalhabilidade por comparação com as misturas com agregados naturais. Além da evolução da deformação é necessário analisar outros parâmetros, nomeadamente a taxa de deformação em ensaio de pista (WTSAIR), a percentagem da profundidade de rodeira máxima (PRDAIR) e a profundidade máxima da rodeira (PRAIR). Na Tabela 14 encontram-se os resultados dos parâmetros mencionados. Tabela 14 - Resultados do ensaio de resistência à deformação permanente Mistura WTSAIR (mm/103 ciclos) PRDAIR (%) PRAIR (mm) AC14 (BB) 0,24 15,41 6,23 MR 14 0,07 6,34 2,54 AC20 (MB) 0,07 6,81 2,76 MR 20 0,08 4,95 2,73 SMA 11 0,03 4,32 1,77 PA 12,5 0,02 3,35 1,37 Soluções integradas e complementares para otimizar a utilização de subprodutos industriais em pavimentação 92 modificado (SMA 11 e PA 12,5) apresentam picos de módulo viscoso a frequências superiores (temperaturas mais baixas) devido ao efeito estabilizador do polímero, enquanto nas misturas do tipo betão betuminoso produzidas neste trabalho (AC 14 e AC 20) ocorre o inverso devido ao uso de um betume do tipo 50/70. Figura 68 - Curvas mestras do módulo viscoso (temperatura referência de 20 °C) Por último, na Figura 69 apresenta-se o comportamento do módulo elástico das várias misturas. O comportamento verificado é muito semelhante ao módulo complexo, comprovando assim uma maior sensibilidade à variação da temperatura e frequência das misturas AC 14 surf 50/70 (BB) e AC 20 bin/base 50/70 (MB). 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 0,001 0,01 0,1 1 10 100 1000 10000 100000 Módulo viscoso (MPa) Frequência (Hz) SMA 11 AC 20 MR 14 MR 20 AC14 PA 12.5 Soluções integradas e complementares para otimizar a utilização de subprodutos industriais em pavimentação 93 Figura 69 - Curvas mestras do módulo elástico (temperatura referência de 20 °C) As misturas de referência (MR 14 e MR 20) e a mistura SMA 11 apresentam um comportamento muito semelhante, embora a mistura MR 20 apresente valores de módulo complexo mais baixos a frequências mais altas. A mistura PA 12,5 é a menos rígida, apresentado um menor módulo ao longo de toda a gama de frequências devido à sua elevada porosidade. Resistência ao fendilhamento por fadiga A resistência à fadiga é uma propriedade fundamental no dimensionamento de pavimentos, visto que o fendilhamento é uma das suas principais causas de ruína. Assim, é necessário garantir que o pavimento não inicia um processo acelerado de fendilhamento que ponha em causa o seu bom funcionamento antes de ser atingido um determinado número de ciclos de carga (que depende do tráfego). Em 1981, Monismith apresentou uma lei da fadiga para as misturas betuminosas que também é utilizada neste trabalho, e que estabelece uma relação entre o número de ciclos de carga até se atingir a rotura por fadiga com a extensão de tração aplicada (𝜀0). Na Figura 70 estão representadas as leis de fadigas obtidas para as misturas betuminosas produzidas no presente estudo, bem como para as misturas de referência MR 14 e MR 20 produzidas num estudo anterior. 0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000 16000 18000 0,001 0,01 0,1 1 10 100 1000 10000 100000 Módulo elástico (MPa) Frequência (Hz) SMA 11 AC 20 MR 20 MR 14 AC14 PA 12.5 Soluções integradas e complementares para otimizar a utilização de subprodutos industriais em pavimentação 94 Figura 70 - Leis de fadiga das misturas betuminosas Os resultados do ensaio de fadiga demonstram que a resistência à fadiga das seis misturas em causa não é muito elevada, embora tenha havido uma melhoria significativa desta propriedade nas misturas produzidas neste trabalho por comparação com as misturas de referência de trabalhos anteriores. O facto de as misturas com ASIC terem volumes de vazios elevados contribui para valores mais baixos deste parâmetro. Como já se mencionou, a utilização de um método de compactação das misturas diferente (com maior intensidade de vibração) pode ajudar a baixar o volume de vazios das misturas e a aumentar a sua resistência à fadiga. No entanto, tal como se referiu, todas misturas produzidas neste estudo apresentam melhores resultados do que as misturas de referência (MR). Isto deve-se essencialmente à utilização de um ligante menos rígido (50/70) e ao aumento da quantidade de betume na produção das misturas do tipo betão betuminoso (AC 14 e AC 20) no presente estudo, o que aumenta a flexibilidade e a resistência à fadiga dessas misturas. No caso das misturas SMA 11 e PA 12,5 o ligante modificado com elastómeros faz com que estas apresentem os melhores resultados de resistência à fadiga. Além da análise à lei de fadiga, determinou-se ainda a extensão de tração que provoca uma resistência ao fendilhamento por fadiga de 1×106 ciclos (𝜀6), assim como o número de ciclos Soluções integradas e complementares para otimizar a utilização de subprodutos industriais em pavimentação 95 que a mistura suporta numa extensão de tração de 100×10-6 (𝑁100). Na Tabela 16 apresentamse estes parâmetros obtidos através das leis da fadiga das diversas misturas betuminosas. Tabela 16 - Parâmetros obtidos através das leis da fadiga das misturas em estudo Mistura Parâmetros obtidos da Lei de Fadiga 𝜀6 (×10-6) 𝑁100 a b 𝑅2 AC 14 (BB) 1,590×1014 4,011 0,932 111 1,51×106 MR (14) 6,010×1012 3,706 0,941 68 2,33×105 AC 20 (MB) 1,938×1014 4,229 0,913 91 6,76×105 MR (20) 2,404×1013 4,062 0,952 66 1,81×105 SMA 11 2,426×1014 3,978 0,962 128 2,68×106 PA 12,5 3,937×1014 4,080 0,979 128 2,73×106 Através dos parâmetros apresentados é possível confirmar o que já foi referido anteriormente, ou seja, as misturas produzidas neste estudo apresentam melhor desempenho à fadiga do que as misturas de referência (MR) dos trabalhos anteriores. Para uma extensão de tração de 100×10-6 (𝑁100) a mistura AC 14 surf 50/70 (BB) suporta 1,51×106 ciclos, cerca de 6 vezes mais que a mistura MR 14 produzida em estudos anteriores para a mesma camada. A extensão de tração a que corresponde 1×106 ciclos (𝜀6) é de 111×106, um valor mais elevado do que na mistura de referência utilizada para comparação (MR 14). A mistura AC 20 bin/base (MB) suporta 6,76×105 ciclos para uma extensão de tração de 100×10-6 (𝑁100), quase quatro vezes mais do que a mistura de referência utilizada para comparação (MR 20). A extensão de tração a que corresponde 1×106 ciclos (𝜀6) é de 91×10-6, valor que também é superior ao verificado na mistura referência MR 20 que foi produzida anteriormente para a camada de ligação. Confirma-se ainda que as misturas SMA 11 e PA 12,5 apresentam o melhor desempenho relativamente à resistência à fadiga tendo resultados muito semelhantes, sendo a mistura PA 12,5 a mistura que suporta ligeiramente mais ciclos para uma extensão de tração de 100×10-6 (𝑁100). Este melhor comportamento à fadiga das misturas betuminosas SMA 11 e PA 12,5 deve-se essencialmente a três fatores: i) à utilização de um betume modificado com elatómeros; ii) à maior percentagem de ligante da mistura SMA 11 e; iii) ao menor módulo da mistura PA 12,5, que a torna mais flexível e resistente à fadiga (apesar da sua elevada porosidade). Soluções integradas e complementares para otimizar a utilização de subprodutos industriais em pavimentação 96 5. CONSIDERAÇÕES FINAIS 5.1. Conclusões Através do estudo realizado às diferentes misturas betuminosas produzidas com elevada quantidade de ASIC em conjunto com material fresado fino, é possível concluir que os objetivos definidos inicialmente na presente dissertação foram atingidos. As soluções desenvolvidas são viáveis e podem ser vantajosas em determinados casos de aplicação em estrada, embora ainda se deva continuar a otimizar este tipo de soluções para tirar o máximo proveito desses subprodutos industriais. Além das duas misturas do grupo betão betuminoso inicialmente definidas, AC 14 surf 50/70 (BB) e AC 20 bin/base 50/70 (MB), produziram-se ainda duas misturas betuminosas diferentes: a mistura SMA 11 e a mistura PA 12,5. Todas estas misturas foram produzidas com elevadas percentagens de material reutilizado. Pelo menos 94% do corpo agregado das misturas é constituído por material reutilizado de resíduos resultantes da produção industrial. O material reciclado resultante da fresagem de pavimentos possui ligante envelhecido que permite ainda a diminuição da quantidade de ligante novo a utilizar. Assim, verifica-se a capacidade de produção de misturas betuminosas sem necessidade de utilização de grandes quantidades de nova matéria-prima, diminuindo o impacto ambiental através da redução de exploração de recursos naturais e da redução de resíduos enviados para aterros. Relativamente ao desempenho verificado das diferentes misturas ao longo deste estudo, importa começar por referir que na produção de provetes conseguiu-se contornar a maior porosidade das misturas constituídas por ASIC observada em estudos anteriores, obtendo volumes de vazios baixos nas misturas do tipo betão betuminoso e valores dentro do previsto na mistura SMA 11. Os problemas revelados por Nascimento, Silva e Oliveira (2018) relativos à porosidade dos provetes não se verificaram nestas misturas quando compactadas com o compactador de impacto de Marshall, revelando que a aplicação do agregado ASIC pode garantir que as misturas cumpram os requisitos relativos ao volume de vazios. Quanto à sensibilidade à água verifica-se um bom comportamento de todas as misturas produzidas. As misturas revelam-se pouco sensíveis à ação da água, sendo a mistura AC 20 bin/base 50/70 (MB) a mistura com valores mais baixos de ITSR, sendo estes melhores que os da mistura de referência MR 20 produzida para a mesma camada. Com a aplicação de um Soluções integradas e complementares para otimizar a utilização de subprodutos industriais em pavimentação 97 betume menos rígido do que o aplicado nas misturas de referência (MR) conseguiram-se valores de ITS próximos dessas misturas, o que revela o bom comportamento das misturas do grupo betão betuminoso produzidas. A mistura SMA 11 apresentou valores de sensibilidade à água muito satisfatórios, assim como a mistura PA 12,5. Esta última, sendo uma mistura betuminosa drenante (porous asphalt), esperar-se-iam valores de porosidade mais elevados (entre 22% e 30%). No entanto, o volume de vazios ficou abaixo deste intervalo de porosidade. Este facto pode dever-se à forma irregular (pouco cúbica) dos agregados ASIC. Uma forma de contornar este problema será a realização de uma segunda britagem aquando do tratamento da escória de aço, garantido uma forma mais regular e arredondada aos agregados ASIC, possibilitando assim um aumento no volume de vazios. Na realização desta dissertação foi tida em conta a experiência obtida em estudos anteriores. Num desses estudos, houve bastante dificuldade em controlar o elevado volume de vazios das misturas betuminosas do tipo betão betuminoso. Para contornar esse problema, na presente dissertação optou-se por aplicar uma percentagem de ligante ligeiramente maior, que inclui o betume envelhecido do material fresado. Isto efetuou-se na produção das misturas AC 14 surf 50/70 (BB) e AC 20 bin/base 50/70 (MB), fazendo com que as misturas possuam um ligeiro excesso de ligante. Esse facto levou a que a resistência à deformação permanente da mistura AC 14 surf 50/70 (BB) não apresente valores muito satisfatórios (a profundidade máxima de rodeira foi bastante superior à verificada nas restantes misturas), devido à maior percentagem de ligante e à sua maior flexibilidade em comparação com as misturas de referência. A mistura AC 20 bin/base 50/70 (MB) produzida para a camada de ligação apresentou resultados muito semelhantes à mistura de referência (MR 20) produzida para a mesma camada, e por isso revelou um desempenho satisfatório. As misturas SMA 11 e PA 12,5 apresentaram resultados de resistência à deformação muito bons, sendo mesmo as que revelaram melhor desempenho. Relativamente à resistência à fadiga, os resultados obtidos das quatro misturas betuminosas produzidas neste trabalho foram superiores aos verificados nas misturas de referência produzidas anteriormente, devido à menor rigidez dos betumes aplicados ou à utilização de betume modificado. No entanto, estes valores podem vir a ser melhorados em estudos futuros. Devido às características porosas e rugosas, e à forma pouco regular do agregado ASIC a percentagem de volume de vazios das lajes produzidas foi superior ao limite estipulado pelo caderno de encargos da Estradas de Portugal. Conclui-se que isto pode acontecer devido ao modo de compactação com rolo (roller compactor) aplicado na produção de misturas. Ao Soluções integradas e complementares para otimizar a utilização de subprodutos industriais em pavimentação 98 compactar as misturas em provetes com o compactador de impacto Marshall o volume de vazios foi baixo, e seria de esperar o mesmo nas lajes pois estas tinham a mesma formulação. No entanto, o reajuste dos agregados de ASIC durante o processo da compactação com o rolo não deve ser eficiente devido à elevada irregularidade e rugosidade desses agregados. Assim, sugere-se a aplicação simultânea de vibração às misturas durante a compactação com o rolo, bem como um rigoroso controlo das temperaturas, para garantir um maior ajuste dos agregados de forma a diminuir o volume de vazios. Ainda relativamente ao comportamento à fadiga, as misturas SMA 11 e PA 12,5 apresentaram os valores mais elevados de resistência de entre todas as misturas em estudo. No entanto, quando for possível melhorar a porosidade da mistura SMA 11 e das misturas do tipo betão betuminoso, através de compactação com vibração, a sua resistência à fadiga pode apresentar ainda melhores resultados. A mistura PA 12,5, como já mencionado, possui um volume de vazios baixo para o tipo de mistura em questão, mas a resistência à fadiga não deve ser muito alterada quando for possível aumentar o volume de vazios para valores dentro do estipulado. De facto, a resistência à fadiga dessa mistura resulta principalmente do seu reduzido módulo de rigidez, que lhe garante uma maior flexibilidade. O módulo de rigidez das misturas produzidas neste trabalho apresenta um desempenho próximo do verificado nas misturas de referência, apenas se verificando uma ligeira discrepância de valores a frequências mais elevadas (temperaturas mais baixas). Nessas frequências, as misturas do tipo betão betuminoso apresentam uma maior rigidez que as misturas de referência. Entretanto, a mistura SMA 11 apresenta comportamento semelhante às misturas de referência, e a mistura PA 12,5 é a que apresenta uma menor rigidez ao longo de toda a gama de frequências. A mistura betuminosa drenante (PA 12,5) foi sujeita a um ensaio de permeabilidade de forma a quantificar eficiência da drenagem da mistura. Como já se referiu, devido à forma pouco arredondada do agregado ASIC, a percentagem de volume de vazios verificada foi inferior à especificada, o que dificultou a obtenção de tempos de escoamento dentro dos 10 a 30 segundos estipulados. No entanto, houve resultados próximos do limite superior desse intervalo, mesmo com uma porosidade baixa, o que revela a potencialidade da aplicação de ASIC neste tipo de misturas se controlado o volume de vazios. Soluções integradas e complementares para otimizar a utilização de subprodutos industriais em pavimentação 99 Globalmente, considera-se que as misturas produzidas neste trabalho apresentaram desempenhos muito satisfatórios, e que o conhecimento relativo aos agregados ASIC e à sua aplicação na construção de pavimentos rodoviários foi aprofundado para ser viável a breve prazo em várias estradas do país. 5.2. Trabalhos futuros Através das conclusões enumeradas anteriormente, é percetível a importância de dar continuidade a estudos de misturas betuminosas constituídas por agregado ASIC e material resultante da fresagem de pavimentos. O comportamento das misturas produzidas foi globalmente satisfatório, mas ainda há sugestões de trabalhos futuros de forma a potenciar um melhor desempenho deste tipo de misturas. Seria interessante a produção de misturas betuminosas drenantes com agregado ASIC que tenha sido sujeito a uma segunda britagem aquando do seu processo de tratamento, de forma a possibilitar nessas misturas um volume de vazios adequado que garanta uma drenagem mais eficaz. Além disso, seria importante a produção de misturas drenates e SMA com aplicação exclusiva de agregados naturais virgens, de forma a avaliar-se com mais rigor a capacidade dos agregados ASIC e do material fresado como alternativas aos recursos naturais, neste tipo de misturas menos convencionais. Em estudos futuros recomenda-se um diferente método de compactação das misturas constituídas por ASIC. Aquando da compactação com cilindro das misturas, sugere-se que a mistura seja sujeita a vibração, de forma a aumentar o rearranjo da estrutura de agregados, o que resultará na obtenção de valores de volume de vazios dentro dos limites estabelecidos. Na formulação das misturas do grupo betão betuminoso houve uma aplicação ligeiramente excessiva de ligante para garantir baixa percentagem de volume de vazios. Recomenda-se um reajuste na formulação das misturas aquando da aplicação de material fresado com betume envelhecido, pois esse betume também contribui como ligante da mistura. Um estudo mais aprofundado do comportamento dos dois betumes, quando aplicados de forma conjunta em diferentes percentagens é importante para compreender melhor o comportamento esperado das misturas. Outro estudo importante a realizar será a aplicação de rejuvenescedores no betume envelhecido aplicado em misturas betuminosas, de forma a recuperar determinadas propriedades deste Soluções integradas e complementares para otimizar a utilização de subprodutos industriais em pavimentação 100 betume e perceber a variação do desempenho das misturas com a menor rigidez deste ligante. Dar continuidade a estudos que promovam a utilização de agregados ASIC e material fresado em misturas betuminosas constituídas por betumes modificados é fundamental, de modo a melhorar a compreensão da potencialidade e capacidade destes materiais em misturas betuminosas ainda mais complexas. Soluções integradas e complementares para otimizar a utilização de subprodutos industriais em pavimentação 101 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS Abreu, L. P. (2012). Estudo de misturas betuminosas recicladas com incorporação de resíduos plásticos. 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Verificação do potencial de uso de resíduos siderúrgicos provenientes de diferentes etapas do processo de refino do aço como agregados em misturas asfálticas Soluções integradas e complementares para otimizar a utilização de subprodutos industriais em pavimentação 108 ANEXOS Tabela 17 – Resultados do ensaio de sensibilidade à água das misturas do tipo betão betuminoso (AC 14 e AC 20) Grupo Provete Referencia Força máxima (kN) Deformação de pico (mm) Força média (kN) ITS (kPa) ITSR 1 1 BV_14_6 28,4 3,0 28,8 2889,0 97% (AC 14) 2 BV_14_5 28,4 2,6 2925,0 3 BV_14_4 29,7 2,9 3064,5 2 4 BV_14_2w 28,4 2,7 28,1 2909,1 5 BV_14_1w 26,9 2,4 2743,6 6 BV_14_3w 29,0 2,6 2927,1 3 7 BV_20_2 29,0 3,1 28,9 2870,5 85% (AC 20) 8 BV_20_4 26,5 4,3 2593,8 9 BV_20_6 31,4 3,6 3181,1 4 10 BV_20_3w 26,6 2,7 25,1 2607,4 11 BV_20_5w 23,8 3,1 2326,5 12 BV_20_1w 25,0 2,7 2434,9 Soluções integradas e complementares para otimizar a utilização de subprodutos industriais em pavimentação 109 Tabela 18 - Resultados do ensaio de sensibilidade à água das misturas do tipo SMA 11 e PA 12,5 Grupo Provete Referencia Força máxima (kN) Deformação de pico (mm) Força média (kN) ITS (kPa) ITSR 1 1 P6 13,1 3,4 13,4 1446,9 97% (PA 12,5) 2 P5 13,2 2,8 1455,7 3 P4 13,8 3,2 1548,9 2 4 P3W 13,3 3,1 13,0 1472,8 5 P2W 13,6 3,6 1496,6 6 P1W 12,0 2,7 1331,5 3 7 S4 22,8 3,0 23,6 2210,3 95% (SMA 11) 8 S5 24,3 3,1 2346,4 9 S6 23,8 3,1 2339,2 4 10 S3W 22,9 3,3 22,7 2216,0 11 S2W 25,1 2,9 2434,1 12 S1W 20,1 3,0 1875,1 Soluções integradas e complementares para otimizar a utilização de subprodutos industriais em pavimentação 110 Figura 71 - Estudo granulométrico das várias frações de ASIC 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 0,01 0,1 1 10 100 % Material passado Dimensão (mm) asic 0-4 asic 4-10 asic 14-20 asic 10-14