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Materiais betuminosos eficientes: Sustentabilidade e desempenho
Pavimentos betuminosos permeáveisFormulação e Aplicação
Márcia Isabel Lopes Afonso
Marisa Sofia Dinis de Almeida
Cristina Maria Sena Fael
Enquadramento
15 de maio de 20192
Pavimentos betuminosos permeáveis – Formulação e Aplicação
Alterações climáticas
Crescimento urbano
ImpermeabilizaçãoImpactos
Pavimentos betuminosos permeáveis
Alterações climáticas
Crescimento urbano
ImpermeabilizaçãoImpactos
Pavimentos betuminosos permeáveis
Enquadramento
3
As alterações climáticas têm conduzido a padrões
de precipitação mais elevados e frequentes,
causando um aumento instantâneo das águas
pluviais que acarretam riscos como inundações.
• Qualidade da água superficial e subterrânea;
• Biodiversidade e ecossistemas territoriais;
• Solos para a agricultura.
Pavimentos betuminosos permeáveis – Formulação e Aplicação
15 de maio de 2019
Alterações climáticas
Crescimento urbano
ImpermeabilizaçãoImpactos
Pavimentos betuminosos permeáveis
Enquadramento
4
Nas últimas décadas, a construção excessiva como
consequência do crescimento demográfico tem
levado ao aumento do número de edificações e de
vias rodoviárias.
Consequência: Inundações
Lisboa, 2014 Lisboa, 2016
Consequência: Diminuição da quantidade de água no solo
• Menos água disponível
para as plantas
• Maior probabilidade de
secas
• Necessidade de irrigação
Pavimentos betuminosos permeáveis – Formulação e Aplicação
15 de maio de 2019
Alterações climáticas
Crescimento urbano
ImpermeabilizaçãoImpactos
Pavimentos betuminosos permeáveis
Enquadramento
5
Propriedades de elevada permeabilidade e porosidade (16-25%) na sua
estrutura → permitem reduzir a taxa de escoamento superficial e aumentar
da infiltração da água para o solo.
Infraestruturas verdes
Pavimentos betuminosos permeáveis – Formulação e Aplicação
15 de maio de 2019
Enquadramento
6
✓ Parques de estacionamento
✓ Estradas residenciais e
comerciais, zonas de
descanso
✓ Acessos e caminhos
pedonais
✓ Trilhos de BTT
✓ Percursos dos carros de
golfe e equestres
Tipos de aplicação
Grey Towers National Historic Site
Pensilvânia
Maine Mall Road in South Portland
Oregon
Universidade de Rhode Island
Kingston
Upper Darby,
Pensilvânia
Pavimentos betuminosos permeáveis – Formulação e Aplicação
15 de maio de 2019
Áreas de investigação
7
Objetivo: Analisar o desempenho de um pavimento betuminoso permeável,
na mitigação às alterações climáticas, com aplicação em zonas urbanas.
Materiais – Pavimentos
Formulação das misturas
betuminosas e ensaios de
desempenho mecânico e
funcional.
Hidrologia Qualidade da água
Estudo hidrológico da
capacidade de infiltração e
análise da qualidade da
água.
Pavimentos betuminosos permeáveis – Formulação e Aplicação
15 de maio de 2019
Metodologia
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Apreciação da área
Estudo de formulação
das misturas betuminosas
Caracterização mecânica e hidrológica
das misturas betuminosas em
laboratório
Construção do troço
experimental
Estudo de desempenho
do troço experimental
Tra
balh
o labora
tori
al
Tro
ço e
xperim
enta
lPavimentos betuminosos permeáveis – Formulação e Aplicação
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Com dupla camada betuminosa drenante (DLPA)
Solo de
fundação
Tubo de
drenagem
Reservatório
Camada de
regularização(opcional)
DLPA
Pavimento betuminoso permeável
Mistura betuminosa
drenante com
agregados finos (MF)
Mistura betuminosa
drenante com agregados
grossos (MG)
Pavimentos betuminosos permeáveis – Formulação e Aplicação
15 de maio de 2019
Estrutura dos pavimentos permeáveis
10
Pavimento betuminoso denso Pavimento betuminoso permeável
Solo de
fundação
Tubo de
drenagem
Brita 15/25
(25cm)
Brita 5/15
(9cm)
Mistura drenante
PA 12,5 (4cm)Mistura drenante
PA 8 (3cm)
Solo de
fundação
Tout-venant
(20cm)
Mistura densa AC
20 Base (9cm)
Mistura densa AC
14 Surf (5cm)
Estrutura dos pavimentos permeáveis
Flexível convencional vs Permeável
Pavimentos betuminosos permeáveis – Formulação e Aplicação
15 de maio de 2019
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O desempenho da superfície dos pavimentos é um dos fatores mais importantes
para os utilizadores, a saber:
✓ Resistência ao atrito
✓ Redução do ruído
✓ Boa visibilidade à noite
✓ Boa visibilidade durante períodos de chuva
Algumas vantagens conhecidas das
misturas betuminosas drenantes estão
relacionadas com:
✓ Boa resistência ao atrito
✓ Redução do ruído pelo contacto
pneu/pavimento
✓ Redução dos efeitos de pulverização
e spray sob condições húmidasMisturas
betuminosas
densas
Misturas
betuminosas
drenantes
Estrutura dos pavimentos permeáveis
Flexível convencional vs Permeável
Pavimentos betuminosos permeáveis – Formulação e Aplicação
15 de maio de 2019
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Ensaio NormaBetume
tradicional 50/70
Betume modificado
PMB 45/80
(Elaster 13/60, CEPSA)
Penetração (0,1 mm)
25 oC, 100g, 5 sEN 1426 53 53
Temperatura de
amolecimento (oC)EN 1427 49,7 63,2
Recuperação elástica (%)
25 oCEN 13398 __ > 70
Caracterização dos materiais
Betumes
Misturas
betuminosas
densas
Misturas
betuminosas
drenantes
Misturas
betuminosas
drenantes
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Características do granulado
AspetoGrânulos
cilíndricos
Conteúdo de fibras 87 a 93 %
Comprimento médio dos
grânulos2 a 8 mm
Diâmetro médio dos grânulos 5 ± 1 mm
Densidade aparente 440 a 520 g/l
Análise granulométrica, # < 4,5
mmmáx. 10 %
Características do betume incluído no granulado
Penetração (EN 1426) a 25 oC 50/70 (0,1 mm)
Temperatura de amolecimento (EN
1427)46/54 oC
Características da fibra
Composição básicaFibra de celulose
técnica
Conteúdo em celulose 80 ± 5 %
Valor do pH (5 g/100 ml) 7,5 ± 1,0
Comprimento médio da fibra 1100 μm
Diâmetro médio da fibra 45 μm
Viatop Premium, JRS
Caracterização dos materiais
Fibras celulósicas
Misturas
betuminosas
drenantes
Pavimentos betuminosos permeáveis – Formulação e Aplicação
15 de maio de 2019
Caracterização dos materiais
14
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0,01 0,1 1 10 100
% P
ass
ados
Diâmetro das partículas (mm)
Pó de pedra 0/4 Brita 5/10
Brita 5/15 Brita 15/25
Brita 5/10 Brita 5/15 Pó de pedra 0/4 Cal hidráulica
Agregados
Pavimentos betuminosos permeáveis – Formulação e Aplicação
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Misturas betuminosas densas Misturas betuminosas drenantes
MaterialMD
(AC 14 Surf)MB
(AC 20 Base)
Betume 50/70 5,3 % 4,8 %
Cal hidráulica 3 % 3 %
Pó de pedra 0/4 35 % 35 %
Brita 5/15 62 % 37 %
Brita 15/25 __ 25 %
Material MF-BE MF MG-BE MG
Betume Elaster PMB 45/80-60
5,2 % __ 5,1% __
Betume 50/70 __ 5,2 % __ 4,6 %
Cal hidráulica 2 % 2 % 2 % 2 %
Pó de pedra 0/4 8 % 8 % 4 % 4 %
Brita 5/15 __ __ 94 % 94 %
Brita 5/10 90 % 90 % __ __
Fibras ViatopPremium
0,5 % 0,5 % 0,5 % 0,5 %
Porosidade 16,6 % 16,6 % 18,6 % 19,0 %
Trabalhos laboratoriais
Formulação das misturas betuminosas – Composição das misturas
Pavimentos betuminosos permeáveis – Formulação e Aplicação
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Wheel tracking e lajetas antes e depois do ensaio
Deformação máxima das lajetas
16
0,0
2,0
4,0
6,0
8,0
10,0
12,0
14,0
16,0
0 2000 4000 6000 8000 10000
Def
orm
açõ
es
(mm
)
Número de ciclos (rpm)
MF-BE MFS-BE MG-BE MGS-BE
Trabalhos laboratoriais
Desempenho mecânico – Ensaio de deformação permanente
Pavimentos betuminosos permeáveis – Formulação e Aplicação
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Molde desenvolvido para ensaio de infiltração
Hidrograma de infiltração para uma precipitação de 200 mm/h
17
0
50
100
150
200
250
0 5 10 15 20 25 30 35
Inte
nsi
dade (
l/h)
Tempo (min)
Intensidade Intensidade de infiltração
Trabalhos laboratoriais
Desempenho hidrológico – Ensaio de infiltração
Pavimentos betuminosos permeáveis – Formulação e Aplicação
15 de maio de 2019
18
0
5
10
15
20
25
30
0 10 20 30 40 50 60
Caudal de infi
ltra
ção (
l/h)
Tempo (min)
Infiltração inicial Infiltração após 2º ciclo de colmatação
i=100mm/h
i=300mm/h
i=200mm/h
5 %
5 %
12 %
0
5
10
15
20
25
30
0 10 20 30 40 50
Caudal de infi
ltra
ção (
l/h)
Tempo (min)Infiltração inicial Infiltração após manutenção
i=100mm/h
i=300mm/h
i=200mm/h
<1 %
1 %
8 %
Trabalhos laboratoriais
Desempenho hidrológico – Ensaio de infiltração
Pavimentos betuminosos permeáveis – Formulação e Aplicação
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Pavimento
betuminoso
permeável (12 m2)
Pavimento
betuminoso denso (12
m2)
4 m
3 m
4 m
Caixa 1
Caixa 2
Capinha
Troços experimentais
Apreciação da área – Localização
Boidobra
Pavimentos betuminosos permeáveis – Formulação e Aplicação
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Troços experimentais
Solo de fundação – Caracterização in situ
Ensaio in situ com o Permeâmetro de Guelph
Ensaio in situ com o Permeâmetro de carga
variável
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Troços experimentais
Construção do troço experimental 2 na Boidobra
Escavação do terrenoColocação do dreno
Colocação dos tubos de
PVC de ligação à caixa de
recolhas
Pavimentos betuminosos permeáveis – Formulação e Aplicação
15 de maio de 2019
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Troços experimentais
Construção do troço experimental 2 na Boidobra
Aplicação das
camadas de
agregados
soltos
Compactação das camadas de agregados
Aplicação das camadas de
misturas betuminosas
drenantes
Pavimentos betuminosos permeáveis – Formulação e Aplicação
15 de maio de 2019
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Troços experimentais
Construção do troço experimental 2 na Boidobra
Compactação
das camadas
betuminosas
drenantes
Construção da caixa de recolhas de águas
Aplicação de caneleta
com grelha para águas do
escoamento superficial
Pavimentos betuminosos permeáveis – Formulação e Aplicação
15 de maio de 2019
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Troços experimentais
Construção do troço experimental 2 na Boidobra
Vista geral do troço experimental
Pavimentos betuminosos permeáveis – Formulação e Aplicação
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Desempenho em campo do pavimento
Ensaios de resistência ao atrito e textura
Pontos de ensaio nos três
estacionamentos
Pavimentos betuminosos permeáveis – Formulação e Aplicação
15 de maio de 2019
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Desempenho em campo do pavimento
Ensaios de resistência ao atrito e textura
PTV ≥ 60 ✓
65
68
6564
66
68
2,02,1
2,2
1,9
2,2
2,2
1,0
1,6
2,2
2,8
3,4
4,0
50,0
55,0
60,0
65,0
70,0
75,0
Ponto1
Ponto2
Ponto3
Ponto4
Ponto5
Ponto6
MTD
(mm
)
PTV
Pêndulo Britânico Mancha de areia
MTD > 1,2 mm ✓
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Desempenho em campo do pavimento
Ensaios de permeabilidade
Permeâmetro EN 12697-40
0,000
0,020
0,040
0,060
0,080
0,100
0,120
1 2 3 4 5 6
HC (
s-1)
Ponto de ensaioset/17 nov/17 mar/18 jul/18
Permeâmetro LCS NLT 327
0,000
0,001
0,001
0,002
0,002
0,003
0,003
1 2 3 4 5 6
K (
m/s)
Ponto de ensaio
set/17 nov/17 mar/18 jul/18
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15 de maio de 2019
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Desempenho em campo do pavimento
Ensaios de qualidade da água
Pontos de recolha Parâmetros analisados
✓ Infiltração do dreno Valor do pH
✓ Escoamento superficial Temperatura
✓ Caixa de recolha A Oxigénio dissolvido
✓ Caixa de recolha B Condutividade
✓ Caixa de recolha CTOC, CQO, N-NH4, N-NO3,
P-PO4, ST, SST E SVT
Metais pesados
Compostos inorgânicos
Hidrocarbonetos totais
Azoto total
Recolha do escoamento superficial
Recolha da água infiltrada
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Valores para descargas de
águas residuais
Decreto-Lei n.o 236/98 de 1
de Agosto (1998)
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Comparação de custos
Pavimentos betuminosos permeáveis – Formulação e Aplicação
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Pavimento tradicional Pavimento Betuminoso Permeável
MD MB MFS MF MGS MG
AC14Surf AC20Base PA8 PA8 PA12,5 PA12,5
Espessura (m) 0,05 0,09 0,03 0,03 0,04 0,04
* CUSTO €/m2 6,45 10,83 3,36 3,77 3,85 4,37
Pavimentos aplicados nesta investigação
* Para todas as misturas foram considerados: matéria-prima, mão-de-obra e custos gerais de fabrico.
30
Obrigada pela atenção!
Márcia Isabel Lopes Afonso
Pavimentos betuminosos permeáveis – Formulação e Aplicação
15 de maio de 2019