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Departamento de Engenharia Civil

Misturas Betuminosas com Incorporação de Borracha de Pneu – A Experiência Portuguesa

Dissertação apresentada para a obtenção do grau de Mestre em Engenharia Civil – Especialização em Construção Urbana

Autor

Marco Filipe Simões Rodrigues

Orientador

Prof. Doutor Silvino Dias Capitão Instituto Superior Engenharia de Coimbra

Coimbra, dezembro, 2012

Misturas Betuminosas com Incorporação de Borracha de Pneu AGRADECIMENTOS

Marco Filipe Simões Rodrigues i

Agradecimentos

Durante a realização desta dissertação contei com o apoio de diversas pessoas e instituições,

às quais pretendo expressar publicamente os meus agradecimentos.

Primeiramente agradecer ao Prof. Doutor Silvino Dias Capitão, Professor do Departamento de

Engenharia Civil do Instituto Superior de Engenharia de Coimbra, pela orientação científica,

paciência, disponibilidade e amizade que me permitiu desenvolver e concluir este trabalho.

À empresa ASCENDI, pela disponibilidade de informação referente a algumas das suas obras

realizadas com misturas betuminosas com borracha.

Agradeço a todos os meus colegas e amigos pelo apoio dado.

Agradeço à Elza, pela amizade e companhia durante a elaboração desta dissertação.

Um agradecimento especial à Ângela, pelo carinho, apoio e compreensão.

Aos meus pais, pela paciência durante este período.

Marco Filipe Simões Rodrigues

Coimbra, 15 de dezembro de 2012

Misturas Betuminosas com Incorporação de Borracha de Pneu AGRADECIMENTOS

ii

Misturas Betuminosas com Incorporação de Borracha de Pneu RESUMO

Marco Filipe Simões Rodrigues iii

RESUMO

Atualmente, a rede rodoviária nacional estende-se ao longo de milhares de quilómetros por

todo o país. A construção de novas rodovias encontra-se estagnada e assim deverá continuar

durante os próximos anos devido às atuais condições económicas. A ação dos agentes

climáticos e o tráfego sobre as estradas causa a natural degradação do pavimento. Caso não

haja uma manutenção adequada, poderá ocorrer uma evolução acelerada das degradações.

Nesse caso há a necessidade de reabilitação do pavimento. Uma das soluções poderá ser, por

exemplo, a utilização de uma técnica antifendas ou o reforço com camadas de misturas

betuminosas com borracha.

As misturas betuminosas com borracha foram introduzidas em Portugal no final da década de

noventa. O seu emprego tem sido reduzido se comparado com as misturas betuminosas

convencionais. Estas misturas são utilizadas essencialmente em camadas de regularização e

de desgaste. A mistura betuminosa com borracha incorpora como ligante betume asfáltico ao

qual é adicionado granulado de borracha de pneu. A reutilização deste granulado permite que

se valorize e se dê um destino aos pneus fora de uso, os quais constituem um resíduo

potencialmente perigoso.

A presente dissertação reúne informação sobre as propriedades do betume borracha (BB) e

dos processos de obtenção do granulado de borracha e, ainda do fabrico do ligante com

borracha no processo por via húmida e por via seca. São também apresentadas algumas das

misturas produzidas com BB, bem como as suas principais características estruturais e

funcionais, de modo a analisar comparativamente as suas propriedades relativamente às

misturas betuminosas convencionais.

O processo de fabrico e colocação das misturas com BB em obra é também descrito, sendo

elaborado um levantamento das principais vantagens e desvantagens da utilização de misturas


Além disso, apresenta-se um estudo económico realizado por outros autores que visa

comparar os custos de produção das misturas convencionais com as misturas com

betumeborracha, de modo a apreciar qual será a solução que apresentará a melhor relação

custo/beneficio.

Apresenta-se ainda uma breve descrição de algumas obras realizadas em território nacional,

incluindo uma súmula das principais características das misturas com BB empregues, de

modo a mostrar as características dos materiais aplicados e as condições típicas da sua

aplicação em Portugal.

Por fim, é efetuado um pequeno estudo comparativo do dimensionamento de camadas de

reforço betuminosas com betumeborracha, utilizando métodos empírico-mecanicistas, com e

sem a consideração da reflexão de fendas das camadas betuminosas existentes para a camada

de reforço. Conclui-se que, quando se considera a reflexão de fendas no dimensionamento, as

misturas com BB conduzem a uma espessura consideravelmente inferior, para a mesma vida

útil.

Misturas Betuminosas com Incorporação de Borracha de Pneu RESUMO

iv

Palavras-chave

Misturas betuminosas com borracha; formulação de misturas; avaliação de desempenho;

camadas de desgaste; camadas de ligação; características superficiais; reabilitação.

Misturas Betuminosas com Incorporação de Borracha de Pneu ABSTRACT

Marco Filipe Simões Rodrigues v

ABSTRACT

Nowadays the national road network covers a length of several thousands of kilometres

throughout the country. The construction of new highways is now stagnated and will continue

to remain so over the next years due to the current economic crisis. The action of climate

agents together with traffic on the roads causes pavement distress. If proper maintenance is

not carried out, accelerated degradation can occur and pavements will need rehabilitation.

One of the available solutions can be the use of anti-reflective cracking techniques, for

instance, or the construction of pavement overlay with asphalt rubber mixes.

Asphalt rubber was introduced in Portugal at the end of the nineties. Its use has been

relatively weak when compared with the use of conventional asphalt mixtures. Asphalt rubber

has been used essentially on binder and wearing course layers. This binder is made of bitumen

to which granulated tire rubber is added. By reusing this granulated rubber allows for a

valorisation of discarded tires, which are a potentially dangerous waste, by giving them a new

destination.

This dissertation gathers relevant information regarding the properties of asphalt rubber, about

the production process of rubber granulate, as well as the combination of binder with rubber

by the wet process. Some of the types of asphalt rubber mixes are also presented, as well as

their main structural and functional characteristics, in order to compare their properties with

those of conventional bituminous mixtures.

The manufacture and laying processes of asphalt rubber on construction sites are also

described. In addition, a review of the main advantages and disadvantages of asphalt rubber is

also made.

Furthermore, an economic study carried out by other authors is also presented. It compares

the production costs of conventional asphalt with asphalt rubber, providing an understanding

of those techniques that have the best cost/benefit ratio.

A brief presentation of some construction sites carried out in the Portuguese territory is made,

including a summary of the main characteristics of asphalt rubber applied, in order to

emphasise the properties of the used materials together with the typical conditions of their use

in Portugal.

Finally, a brief parametric study is carried out regarding asphalt rubber overlay design, by

using mechanistic–empirical design methods, with and without taking into account reflective

cracking above old cracks in the underlying pavement surface. One can conclude that by

considering reflective cracking in mechanistic design, asphalt rubber mixes have a much

higher capability to resist reflective fatigue cracking, leading to a considerable reduction in

overlay thickness.

Misturas Betuminosas com Incorporação de Borracha de Pneu ABSTRACT

vi

KEYWORDS

Asphalt rubber; mixture design; performance evaluation; surface course; binder course

surface characteristics; rehabilitation.

Misturas Betuminosas com Incorporação de Borracha de Pneu ÍNDICE

Marco Filipe Simões Rodrigues vii

ÍNDICE

1. INTRODUÇÃO

1.1. Enquadramento ............................................................................................................... 1

1.2. Objetivos e Metodologia do Trabalho ............................................................................ 1

1.3. Estrutura da Dissertação ................................................................................................. 2

2. BETUME ASFÁLTICO COM INCORPORAÇÃO DE BORRACHA

2.1. Considerações Iniciais .................................................................................................... 5

2.2. Borracha Utilizada em Misturas Betuminosas ................................................................ 5

2.2.1. Processo de Trituração Mecânica............................................................................ 6

2.2.2. Processo Criogénico ................................................................................................ 7

2.2.3. Granulometria ......................................................................................................... 7

2.2.4. Caraterização Física da Borracha ............................................................................ 9

2.3. Ligantes Betuminosos com Borracha ........................................................................... 10

2.3.1. Betume Asfáltico ................................................................................................... 10

2.3.2. Reologia dos Betumes ........................................................................................... 12

2.3.3. Betumes Modificados ........................................................................................... 14

2.3.4. Caraterização de Betumes Convencionais e de Betumes com Borracha .............. 15

2.4. Processos de Incorporação da Borracha no Ligante ..................................................... 17

2.4.1. Processo por Via Húmida...................................................................................... 17

2.4.2. Processo por Via Seca ........................................................................................... 19

2.5. Considerações Finais .................................................................................................... 22

3. CARACTERÍSTICAS TÉCNICAS DAS MISTURAS BETUMINOSAS COM

BORRACHA

3.1. Considerações Iniciais .................................................................................................. 23

3.2. Características Gerais das Misturas Betuminosas ........................................................ 23

3.3. Formulação de Misturas Betuminosas com Borracha .................................................. 25

3.3.1. Generalidades ........................................................................................................ 25

3.3.2. Aspetos particulares da Formulação de Misturas Betuminosas com Borracha .... 26

3.4. Características de Desempenho Mecânico de Misturas Betuminosas .......................... 31

3.4.1. Módulos de Deformabilidade ................................................................................ 31

3.4.2. Resistência das Misturas Betuminosas à Deformação Permanente ...................... 33

3.4.3. Resistência à Fadiga .............................................................................................. 36

3.4.4. Sensibilidade à Água ............................................................................................. 39

3.5. Envelhecimento dos betumes ........................................................................................ 40

3.6. Características Funcionais ............................................................................................ 43

3.5.1.Geração de Ruído ................................................................................................... 43

3.5.2. Textura .................................................................................................................. 45

3.5.3. Atrito ..................................................................................................................... 46



viii

4. FABRICO, PROCESSO CONSTRUTIVO E ANÁLISE COMPARATIVA


4.2. Fabrico de Misturas com Betume Borracha ................................................................. 49

4.2.1 Centrais de Misturas Betuminosas ........................................................................ 49

4.2.2. Produção do Betume-Borracha ............................................................................. 50

4.2.3. Betume-borracha Produzido em Portugal ............................................................. 52

4.3. Colocação e Aplicação em Obra de Misturas Betuminosas com Borracha ................. 54

4.3.1. Transporte ............................................................................................................. 54

4.3.2. Preparação da Superfície para Pavimentação ....................................................... 55

4.3.3. Colocação ............................................................................................................. 55

4.3.4. Compactação da Mistura ...................................................................................... 56

4.4. Utilização de Betume-Borracha como Técnica de Retardamento de Propagação de

Fendilhamento ........................................................................................................... 58

4.4.1. SAM - Stress Absorving Membrane .................................................................... 58

4.4.2. SAMI - Stress Absorving Membrane Interlayer ................................................... 59

4.5. Misturas Betuminosas com Borracha mais Usuais em Portugal .................................. 60

4.6. Reciclagem de Pavimentos com Adição de Betume-Borracha .................................... 60

4.7. Vantagens e Desvantagens das Misturas com Betume-Borracha ................................ 61

4.8. Betume-Borracha – Análise Custo/Beneficio .............................................................. 62


5. OBRAS REALIZADAS EM PORTUGAL COM MISTURAS BETUMINOSAS COM

BORRACHA E ESTUDO DO DIMENSIONAMENTO DO REFORÇO


5.2. IP4 - Comba de Rossas-Bragança ................................................................................ 67

5.2.1. Descrição Sumária da Obra .................................................................................. 67

5.2.2. Características dos Materiais Constituintes e da Mistura com BB ....................... 68

5.2.3. Aspetos Construtivos ............................................................................................ 70

5.3. A41/IC24 – Freixieiro/Alfena ...................................................................................... 71



5.4. Linda-a-Velha/Estádio Nacional – A5 ......................................................................... 73




5.5. A16 – Nó CREL/Nó Alcabideche ................................................................................ 76




5.6. EN 370 (Avis) .............................................................................................................. 78



Marco Filipe Simões Rodrigues ix



5.7. I.C. 32 – Casas Velhas/Palhais ..................................................................................... 80

5.7.1. Descrição Sumária da Obra ................................................................................... 80


5.8. Metodologias de Dimensionamento de Reforço Utilizando Misturas com BB, com

e sem Consideração de Reflexão de Fendas ................................................................. 82

5.8.1. Método Empírico-Mecanicista Baseado nas Deflexões Reversíveis .................... 83

5.8.2. Método Empírico-Mecanicista que Considera a Reflexão de Fendas .................. 85

5.9. Estudo Comparativo de Dimensionamento do Reforço ............................................... 91

5.9.1. Situação de Projeto do IC24 .................................................................................. 92

5.9.2. Comparação com o Estudo Paramétrico ............................................................... 95

5.10. Considerações Finais .................................................................................................. 98

6. CONCLUSÕES GERAIS E TRABALHOS FUTUROS

6.1. Conclusões Gerais ....................................................................................................... 101

6.2. Trabalhos Futuros ....................................................................................................... 103

6.3. Considerações Finais .................................................................................................. 104

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ................................................................................... 105

ANEXOS ................................................................................................................................ 111


x

Misturas Betuminosas com Incorporação de Borracha de Pneu ÍNDICE DE FIGURAS

Marco Filipe Simões Rodrigues xi

ÍNDICE DE FIGURAS

Figura 2.1. Granulado de borracha ......................................................................................... 6

Figura 2.2. Trituração mecânica ............................................................................................. 7

Figura 2.3. Etapas do processo criogénico .............................................................................. 8

Figura 2.4. Granulado de borracha obtido por trituração mecânica e pelo processo

criogénico ............................................................................................................ 9

Figura 2.5. Representação do modelo de Burger ................................................................... 13

Figura 2.6. Resposta do modelo de Burger quando solicitado por um carregamento com

tensão constante durante um determinado período de tempo .............................. 13

Figura 2.7. Diferentes componentes da deformação de misturas betuminosas e sua tradução

no modelo de Burger .......................................................................................... 14

Figura 2.8. Equipamento usado no ensaio RTFOT ............................................................... 17

Figura 2.9. Produção de misturas betuminosas com BB pelo processo húmido ..................... 18

Figura 2.10. Processo por via seca ........................................................................................ 21

Figura 3.1 Composição da mistura betuminosa com borracha............................................... 27

Figura 3.2. Fuso granulométrico da mistura de agregados e fíler da MBA ............................ 29

Figura 3.3. Fuso granulométrico da mistura de agregados e fíler da MBR ............................ 29

Figura 3.4. Fases da evolução da deformação permanente de misturas betuminosas ............. 34

Figura 3.5. Equipamento de ensaio wheel- tracking .............................................................. 35

Figura 3.6. Equipamento ensaios de flexão ........................................................................... 37

Figura 3.7 Leis da fadiga obtidas para as misturas MBR1 e MBR2 ...................................... 38

Figura 3.8. Evolução do processo de envelhecimento do betume .......................................... 41

Figura 3.9 Vida à fadiga das misturas em estudo .................................................................. 42

Figura 3.10. Variação do ruído ............................................................................................. 45

Figura 4.1. Central de produção de misturas betuminosas ..................................................... 50

Figura 4.2. Esquema de uma central de produção misturas betuminosas, com produção do

BB em obra. ....................................................................................................... 51

Figura 4.3. Equipamento utilizado pela empresa portuguesa Recipav na produção de BB..... 51

Figura 4.4. Produção em fábrica de BB ................................................................................ 53

Figura 4.5. Carregamento de um camião basculante numa central ........................................ 55

Figura 4.6. Pavimentadora convencional .............................................................................. 56

Figura 4.7. Exemplo de colocação e compactação de misturas betuminosas com borracha

em obra .............................................................................................................. 57

Figura 4.8 Constituição da SAM .......................................................................................... 58

Figura 4.9. Constituição da SAMI ........................................................................................ 59

Figura 5.1. Troço intervencionado ........................................................................................ 67

Figura 5.2. Curvas granulométricas das amostras de granulado de borracha utilizadas e

fuso especificado ............................................................................................... 69

Figura 5.3 Estrutura do pavimento antes e após a reabilitação .............................................. 71

Misturas Betuminosas com Incorporação de Borracha de Pneu ÍNDICE DE FIGURAS

xii

Figura 5.4. Troço intervencionado ........................................................................................ 72

Figura 5.5. Alargamento do IC24 ......................................................................................... 72

Figura 5.6. Troço da A5 intervencionado ............................................................................. 74

Figura 5.7. Traçado da A16 .................................................................................................. 76

Figura 5.8. Troço a intervencionado na EN 370 .................................................................... 78

Figura 5.9. Granulometria da mistura de agregados e limites impostos pela CTE do projeto . 79

Figura 5.10. Espalhamento e compactação da mistura betuminosa ....................................... 80

Figura 5.11. Itinerário do troço do IC32 intervencionado...................................................... 81

Figura 5.12. Curva final da mistura de agregados ................................................................. 82

Figura 5.13. w-MAAT em função do w-fator ...................................................................... 86

Figura 5.14. w-fator em função da temperatura .................................................................... 87

Figura 5.15. Determinação do fator de ajustamento para o envelhecimento .......................... 87

Figura 5.16. Determinação do fator de correção para a temperatura, TAF ............................. 88

Figura 5.17. Fator de correção in-situ em função da percentagem de fendas ......................... 89

Figura 5.18 Organograma do método que considera a reflexão de fendas ............................. 91

Figura 5.19. Estruturas do pavimento consideradas no projeto ............................................. 93

Figura 5.20. Resultados do método....................................................................................... 95

Misturas Betuminosas com Incorporação de Borracha de Pneu ÍNDICE DE QUADROS

Marco Filipe Simões Rodrigues xiii

ÍNDICE DE QUADROS

Quadro 2.1. Diferentes gamas de granulado de borracha ........................................................... 9

Quadro 2.2. Propriedades do betume com alta percentagem de borracha ................................ 17

Quadro 2.3. Especificação das misturas betuminosas de acordo com a tecnologia PlusRide .. 21

Quadro 3.1. Relações entre massas e/ou volumes dos constituintes duma mistura betuminosa

com borracha ......................................................................................................... 27

Quadro 3.2 Exemplos de fusos granulométricos utilizados em MBR-BMB e MBA-BMB .... 28

Quadro 3.3. Valores especificados para as propriedades Marshall obtidas sobre provetes

produzidos com BB. .............................................................................................. 30

Quadro 3.4. Módulos de deformabilidade e ângulos de fase de misturas com BB .................. 32

Quadro 3.5. Modulo de deformabilidade e ângulo de fase ....................................................... 32

Quadro 3.6. Módulos de deformabilidade das MBA-BMB e MBR-BMB .............................. 32

Quadro 3.7. Variação da deformação obtida para a mistura betuminosa convencional e para

a mistura com betume borracha ............................................................................. 35

Quadro 3.8. Resultados da velocidade de deformação ............................................................. 35

Quadro 3.9. MBR com BB utilizadas no estudo ...................................................................... 37

Quadro 3.10. Resultados do cálculo de ɛ6 ............................................................................... 38

Quadro 3.11. Resultados do cálculo de ɛ6 ............................................................................... 38

Quadro 3.12. Características das misturas avaliadas no estudo ............................................... 39

Quadro 3.13. Resultados da resistência conservada ................................................................. 39

Quadro 3.14. Características da mistura betuminosa em estudo .............................................. 41

Quadro 3.15. Módulos de deformabilidade .............................................................................. 42

Quadro 3.16. Velocidade de Deformação ................................................................................ 43

Quadro 3.17. Misturas utilizadas nas diferentes superfícies .................................................... 44

Quadro 3.18. Profundidade de textura superficial de camadas betuminosas com BB ............. 46

Quadro 3.19. Características típicas de resistência à derrapagem de misturas com BB .......... 47

Quadro 4.1. BB produzidos em Portugal .................................................................................. 54

Quadro 4.2. Principais características das misturas betuminosas descontínuas abertas e

rugosas ................................................................................................................... 60

Quadro 4.3. Custo dos materiais por tonelada para as hipóteses H1 e H2 ............................... 63

Quadro 4.4. Custo por tonelada do BBA e do betume convencional ....................................... 63

Quadro 4.5. Custo por tonelada das diferentes misturas consideradas ..................................... 64

Quadro 4.6. Quantidade de misturas betuminosas utilizadas na camada de desgaste, em

toneladas. ............................................................................................................... 65

Quadro 4.7 Custos Finais ......................................................................................................... 65

Misturas Betuminosas com Incorporação de Borracha de Pneu ÍNDICE DE QUADROS

xiv

Quadro 5.1. Propriedades do betume base ................................................................................ 68

Quadro 5.2. Composição granulométrica da borracha de pneus ............................................... 68

Quadro 5.3. Especificações adotadas no IP4 ............................................................................ 69

Quadro 5.4 Fuso granulométrico da mistura de agregados ....................................................... 69

Quadro 5.5. Características físicas dos agregados .................................................................... 70

Quadro 5.6. Requisitos Marshall para as camadas de regularização e de desgaste .................. 70

Quadro 5.7. Formulação da mistura betuminosa ...................................................................... 70

Quadro 5.8. Estrutura do pavimento ......................................................................................... 72

Quadro 5.9. Fuso granulométrico do granulado de borracha .................................................... 75

Quadro 5.10. Granulometria da Borracha ................................................................................. 76

Quadro 5.11. Características do BB .......................................................................................... 77

Quadro 5.12. Fuso granulométrico dos agregados .................................................................... 77

Quadro 5.13. Características do betume convencional utilizado .............................................. 79

Quadro 5.14. Composição da mistura de agregados ................................................................. 81

Quadro 5.15. Fuso granulométrico da mistura de agregados e filer ......................................... 82

Quadro 5.16. Valores obtidos no estudo de Marshall. .............................................................. 82

Quadro 5.17. Coeficientes estatísticos aij e bij ......................................................................... 90

Quadro 5.18. Propriedades dos Pavimentos.............................................................................. 90

Quadro 5.19. Dados de tráfego e solicitações considerados para a solução de reforço ............ 91

Quadro 5.20. Estrutura e características mecânicas do pavimento a reforçar ........................... 92

Quadro 5.21. Verificação dos critérios de ruína ....................................................................... 93

Quadro 5.22. Temperaturas do ar consideradas para a localização em estudo ......................... 94

Quadro 5.23. Dados referentes ao pavimento a reabilitar ......................................................... 94

Quadro 5.24. Resultados para as diferentes percentagens de reflexão de fendas ..................... 95

Quadro 5.25. Características mecânicas das camadas de reforço ............................................. 96

Quadro 5.26. Extensões e vida útil restante das estruturas base A, B e C ................................ 96

Quadro 5.27. Extensões e número de eixos-padrão admissíveis .............................................. 97

Quadro 5.28. Resultados para o método que considera a reflexão de fendas ........................... 98

ANEXOS

ÍNDICE DE QUADROS

Quadro A.1. Especificação dos requisitos/propriedades para os BBB ……………………..111

Quadro A.2. Especificação dos requisitos/propriedades para os BBM……………………..112

Quadro A.3. Especificação dos requisitos/propriedades para os BBA……………………...113

Misturas Betuminosas com Incorporação de Borracha de Pneu ABREVIATURAS E SIMBOLOGIA

Marco Filipe Simões Rodrigues xv

ABREVIATURAS E SIMBOLOGIA

AAF – Fator de correção de envelhecimento

AASHTO - American Association of State Highway and Transportation Officials

ADOT – Arizona Department of Transportation

ARSPG - Asphalt-Rubber Standard Practice Guide

ASTM - American Society for Testing and Materials

BB – Betume Borracha

BBA - Betume borracha de alta percentagem de granulado de borracha

BBB - Betume borracha de baixa percentagem de granulado de borracha

BBM - Betume borracha de média percentagem de granulado de borracha

Bm – Baridade da mistura

BMB – Betume Modificado com Borracha

Btbr – Baridade máxima teórica

CAT - coeficiente de atrito transversal

CEN - Comité Europeu de Normalização

CREL - Circular Regional Exterior de Lisboa

CTB - Ciência e Tecnologia da Borracha

CTE – Cláusulas Técnicas Especiais

D - Dano

DA – Documento de Aplicação

DEB - Direção de estradas de Bragança

DP – Deformação permanente

ɛ - Extensão (Símbolo Genérico)

E – Modulo de deformabilidade (Símbolo Genérico)

EN – Estrada Nacional

EP – Estradas de Portugal

ɛVM – Extensão de Von Mises

FAF – Fator de correção in situ

FHWA – Federal Highway Administration

FWD - Falling Weight Deflectometer

GN –Gripe test number

IM – Instituto de Meteorologia

IP – Itinerário Principal

IPQ – Instituto Português da Qualidade

ISEC – Instituto Superior de Coimbra

ITS - Resistência à tração indireta

ITSR - Resistência Conservada

JAE – Junta Autónoma de Estradas

LNEC – Laboratório Nacional de Engenharia Civil

m – massa (Símbolo Genérico)

MACOPAV - Manual de Conceção de Pavimentos

MBA – Misturas Betuminosas Abertas

Misturas Betuminosas com Incorporação de Borracha de Pneu ABREVIATURAS E SIMBOLOGIA

xvi

MBR – Misturas Betuminosas Rugosas

MMAT – Temperatura média mensal do ar

MTD – Profundidade média da textura superficial

n – Porosidade

NAEP – número equivalente de eixos-padrão

NAVP – número acumulado de passagens de veículos pesados

NP - Norma Portuguesa

NP EN – Norma Portuguesa traduzida das normas do CEN e adotadas pelo IPQ

PBB – Custo do Betume Borracha

PBC – Preço do betume convencional

pbri – percentagem de borracha na mistura

PC – Percentagem de reflexão de fendas

Pe – Pressão de contato

PTV – Pendulum test value

RE – Recuperação elástica

rpm – Rotações por minuto

RTFOT - Rolling thin film oven test

SAM – Stress Absorving Membrane

SAMI - Stress Absorving Membrane Interlayer

SCRIM - Sideway-force Coefficient Routine Investigation Machine

T – Temperatura (Símbolo Genérico)

t – Tempo (Símbolo Genérico)

TAF – Fator de correção para a temperatura

tb – Teor em betume

TMDAp – Tráfego Médio Diário Anual de veículos no ano de abertura

Tmin – Temperatura mínima do ar

Tr – Custo de transformação

TVB – Percentagem volumétrica de betume

v – volume (Símbolo Genérico)

vbr – Percentagem volumétrica de borracha

vbr – volume de borracha

VMA – Volume de vazios do esqueleto de agregado

vv – volume de vazios

η – Viscosidade (Símbolo Genérico)

ρ – Massa volúmica (Símbolo Genérico)

σ – Tensão (Símbolo Genérico)

ϕ - Ângulo de fase

ω – Velocidade angular

CAPíTULO 1

Marco Filipe Simões Rodrigues 1

1. INTRODUÇÃO

1.1. Enquadramento

Desde há vários séculos que a estrada é uma estrutura que desempenha um papel importante

na circulação de pessoas e mercadorias. A necessidade de tornar estas estruturas mais seguras

e confortáveis levou a que ocorresse uma evolução dos métodos construtivos e dos materiais

utilizados na sua construção.

A rede rodoviária nacional evoluiu muito rapidamente desde a década de 80, sendo

principalmente constituída por pavimentos flexíveis. Atualmente, devido à situação

económica do país, e depois de durante os últimos anos se ter verificado um aumento da

construção de novas rodovias em perfil de autoestrada, verifica-se a ocorrência de uma

estagnação do setor.

As camadas superficiais dos pavimentos flexíveis são habitualmente constituídas por misturas

betuminosas ditas tradicionais. A necessidade de produzir estradas com maior capacidade

estrutural e melhores características funcionais facilitou o desenvolvimento de novos

materiais de pavimentação. Um desses novos materiais é o betume-borracha (BB) que,

embora seja bastante conhecido e desenvolvido nos Estados Unidos da América, só por volta

de 1999 foi aplicado em obras em Portugal.

De referir que este ligante melhorado é constituído principalmente por dois materiais. O

betume asfáltico e a borracha de pneus em fim de vida. A incorporação da borracha de pneu

(granulado) no betume permite a reutilização daquele material, o qual doutra forma teria os

aterros como destino, onde seriam armazenados, causando poluição ambiental se não

houvesse as precauções necessárias. Assim, a reutilização dos pneus constitui uma clara

vantagem ambiental e, ao mesmo tempo, permite cumprir a lei nacional que exige o correto

tratamento dos resíduos.

O BB tem sido utilizado principalmente nas misturas que constituem novas camadas para

pavimentos construídos de raiz e também em reabilitação de pavimentos.

1.2. Objetivos e Metodologia do Trabalho

Esta dissertação tem como objetivo o estudo de misturas betuminosas com BB. Após um

período relativamente longo de utilização daquele tipo de misturas betuminosas em Portugal,

afigura-se útil compilar informação dispersa, de modo a permitir descrever as circunstâncias

técnicas típicas em que têm sido utilizadas as misturas com BB nas diversas obras realizadas.

A síntese de informação que se pretende para o presente trabalho, inclui aspetos relacionados

com as composições típicas utilizadas, o tipo de camadas construídas, o processo de fabrico e

colocação, bem como o estado de conservação dos pavimentos antes da utilização de misturas

betuminosas com BB.

Numa parte significativa do documento, a metodologia de trabalho seguida consistiu numa

análise da bibliografia, de modo a possibilitar um levantamento dos processos de produção de

granulado de borracha de pneu e uma comparação das diferentes tecnologias de incorporação

da borracha na mistura. Além disso, aquela análise permitiu ainda uma apresentação das

Introdução, Objetivos e Estrutura da Dissertação

2

composições típicas das misturas com BB, das suas propriedades mecânicas e das

características funcionais das camadas superficiais construídas com aquele tipo de materiais.

A metodologia utilizada para descrever as circunstâncias de utilização de misturas

betuminosas com BB em Portugal consistiu na recolha de dados junto de concessionárias da

rede rodoviária, empreiteiros e fornecedores de granulado de borracha. A descrição da

situação Portuguesa, é feita através da apresentação sumária de algumas obras que ilustram a

experiência de utilização de misturas com BB no nosso país.

Finalmente, para complementar as apreciações realizadas, e tendo por base uma das obras

cujos dados de projeto foram disponibilizados, faz-se um estudo paramétrico relativo ao

dimensionamento de camadas de reforço de pavimentos com recurso a misturas betuminosas

com BB. Por um lado, utiliza-se uma metodologia empírico-mecanicista convencional e, por

outro lado, aplica-se um método que considera no processo a reflexão de fendas do pavimento

a reabilitar para a nova camada.

1.3. Estrutura da Dissertação

De forma a alcançar os objetivos anteriormente referidos, esta dissertação é formada por seis

capítulos.

No Capítulo 1 é feito o enquadramento e justificação do tema desenvolvido na dissertação e

apresentam-se os objetivos e a metodologia utilizada no trabalho e a organização do mesmo.

No Capítulo 2 realiza-se uma descrição dos materiais utilizados nas misturas betuminosas

com borracha. Descrevem-se os processos de obtenção do granulado de borracha e algumas

características geométricas e físicas deste material. De igual forma, são apresentadas a

propriedades típicas do betume utilizado neste tipo de misturas e, por fim, são descritos os

dois processos de incorporação do granulado de borracha na mistura.

No Capítulo 3 procede-se a uma descrição das características técnicas das misturas com BB,

referindo-se aspetos referentes à formulação e composição das misturas. Analisam-se também

algumas das suas propriedades mecânicas e sintetizam-se as características funcionais das

superfícies dos pavimentos que resultam da aplicação de misturas com BB.

No Capítulo 4 são abordadas as técnicas de fabrico e colocação em obra de misturas com BB

na construção de camadas de pavimentos. Neste capítulo são ainda expostas algumas técnicas

que utilizam BB para retardar a propagação do fendilhamento dos pavimentos para as

camadas de reforço construídas sobre eles. Apresenta-se ainda uma breve análise das

vantagens e desvantagens das misturas betuminosas com BB face às convencionais, incluindo

informações sobre uma análise económica da utilização deste tipo de misturas nas rodovias

nacionais realizada por outros autores.

No Capítulo 5 é feita a descrição de algumas obras representativas, realizadas em Portugal,

que recorreram a misturas betuminosas com BB. Na segunda parte do capítulo é ainda

elaborado, para uma das obras cujos dados foram disponibilizados, um estudo sobre o

dimensionamento empírico-mecanicista do reforço de pavimentos utilizando misturas com

BB. A apreciação que se faz inclui a metodologia habitual de dimensionamento e uma

Introdução, Objetivos e Estrutura da Dissertação CAPÍTULO 1


alternativa na qual se considera a reflexão (propagação) de fendas do pavimento a reforçar

para a camada de reforço.

No Capítulo 6 é realizada uma síntese do trabalho elaborado e são apresentadas as suas

principais conclusões. Expõem-se também as sugestões para trabalhos futuros.

Introdução, Objetivos e Estrutura da Dissertação

4

CAPÍTULO 2


2. BETUME ASFÁLTICO COM INCORPORAÇÃO DE BORRACHA

2.1. Considerações Iniciais

No presente capítulo faz-se uma descrição dos materiais usados no fabrico de misturas

betuminosas com BB aplicadas em pavimentos rodoviários. O conhecimento das

características dos materiais constituintes é importante na medida em que as propriedades das

misturas dependem de uma boa combinação dos diferentes componentes, permitindo obter

melhores desempenhos ao nível estrutural, de segurança e de conforto para os utilizadores dos

pavimentos.

No presente, a gestão de resíduos, como os pneus em fim de vida, é um problema ainda sem

solução aceitável. Por isso, procuraram-se soluções para valorizar e tratar aquele tipo de

resíduos. O BB é uma forma de recuperar pneus em fim de vida e permitir que estes tenham

novamente utilidade. Os pneus são utilizados para produzir granulado de borracha, o qual é

incorporado no processo de fabrico de misturas betuminosas. Para se produzir o granulado de

borracha pode recorrer-se à trituração mecânica ou a um processo designado por criogénico.

Na produção de misturas betuminosas com borracha existem dois processos: o processo

húmido e o processo seco, os quais são também apresentados.

2.2. Borracha Utilizada em Misturas Betuminosas

A borracha utilizada para incorporação nas misturas betuminosas é obtida através da

reciclagem de pneus usados.

Desde a sua origem no século XIX até aos tempos atuais, o pneu sofreu uma evolução

tecnológica considerável. Charles Goodyear descobriu acidentalmente, ao deixar cair enxofre

sobre uma amostra de borracha que estava a ser aquecida, que esta ganhava mais elasticidade

e resistência às variações de temperatura em qualquer tipo de ambiente quando se adicionava

enxofre. Estava assim dado o primeiro passo na criação do processo de vulcanização, o qual é

usado ainda hoje na produção de pneus.

Atualmente, os pneus são constituídos por vários materiais: borracha natural, borracha

sintética, fibras orgânicas, arames de aço, polímeros, elastómeros termoplásticos e carbono

(Dias, 2011).

O uso crescente de pneus em larga escala, quer pela indústria dos transportes rodoviários de

mercadorias, quer pelos transportes coletivos e particulares de pessoas, resultante do

desenvolvimento económico dos países durante os séculos XX e XXI, criou um problema

ambiental pela geração de um grande volume de resíduos, e um desperdício de recursos

decorrente da não valorização dos pneus.

Nessa medida, em Portugal foi criada legislação (Decreto-Lei n.º 111/2001, de 6 de Abril,

posteriormente alterado pelo Decreto-Lei 43/2004, de 2 de Março) que define princípios e

normas para a gestão de pneus usados. A legislação estabelece regras que permitem a gestão

correta dos pneus, entre as quais se destacam a prevenção da geração deste tipo de resíduos, a

recauchutagem dos pneus usados e a reciclagem dos mesmos.

Betume Asfáltico Com Incorporação De Borracha

6

Uma solução viável e já estabelecida em Portugal há mais de uma década é a reciclagem da

borracha de pneus usados para o fabrico de materiais de pavimentação rodoviária. A

reciclagem consiste na fragmentação dos pneus (Figura 2.1), o que origina um granulado de

borracha, sendo este posteriormente incorporado em misturas betuminosas. Existem dois

processos de incorporação do granulado de borracha nas misturas betuminosas, o processo por

via húmida e o processo por via seca, os quais serão descritos no subcapítulo 2.4.

Figura 2.1. Granulado de borracha (Vicente, 2006)

Os processos de reciclagem de pneus usados para obtenção do granulado de borracha são a

trituração mecânica à temperatura ambiente e o processo criogénico.

2.2.1. Processo de Trituração Mecânica

A trituração mecânica à temperatura ambiente inicia-se com a limpeza dos pneus, seguindo-se

o seu transporte até ao triturador preliminar que se encontra à temperatura ambiente, tal como

se ilustra na Figura 2.2. Numa fase inicial procede-se à fragmentação dos pneus em tamanhos

com cerca de 50 mm.

Posteriormente, o granulado é transportado para um segundo equipamento onde ocorre uma

nova trituração da borracha que a reduz a tamanhos inferiores a 10 mm.

A trituração é realizada com o recurso a moinhos com lâminas fixas e móveis cuja função é

reduzir ao longo do processo a dimensão da borracha de pneu.

Durante esta fase inicia-se o processo de separação da borracha de outros componentes como

o aço (através de separação magnética) e as fibras. Estes materiais são reconduzidos para

comercialização e venda a empresas que os possam reciclar e valorizar.

A dimensão do granulado de borracha (cerca de 10 mm) não é adequada para

comercialização, pelo que se procede a triturações adicionais até se obterem dimensões mais

pequenas. Para terminar o processo, faz-se a classificação granulométrica da borracha em

dimensões normalizadas e efetua-se a embalagem do granulado.

Das principais vantagens da produção da borracha pelo processo mecânico destacam-se a

facilidade de encontrar no mercado equipamentos de produção e com um custo de aquisição

baixo e a necessidade de mão-de-obra relativamente pouco qualificada. A principal

desvantagem é o elevado custo energético para se produzirem fragmentos de borracha com

dimensões inferiores a 0,25 mm (Reschner, 2006).

Betume Asfáltico Com Incorporação De Borracha CAPÍTULO 2


Figura 2.2. Trituração mecânica (adaptado de Reschner, 2006)

2.2.2. Processo Criogénico

O processo criogénico, ilustrado na Figura 2.3, inicia-se com a trituração mecânica dos pneus

num granulador preliminar, onde se obtém uma redução preliminar dos pneus em tamanhos

de aproximadamente 10 a 15 mm. O granulado é armazenado temporariamente depois da

trituração mecânica. Os fragmentos resultantes seguem para o túnel criogénico onde o

material é congelado a temperaturas extremamente baixas (entre 87 e 198 °C negativos) com

recurso a azoto líquido, cujo objetivo é atingir a temperatura de transição vítrea de todos os

constituintes dos polímeros da borracha, tornando-os frágeis. Após o processo de

congelamento, os fragmentos de pneus são transportados para os moinhos de martelos,

submetidos a forças de alto impacto calibradas consoante a granulometria que se pretenda

para a borracha. Daí resultam grânulos com morfologia do tipo cuboide, faces lisas e pouco

porosos. Por fim, a borracha é seca e embalada consoante a sua granulometria (Recipneu,

2012).

Este processo tem a vantagem de possibilitar o controlo da forma e do tamanho do granulado

de borracha e a produção de granulometrias finas de uma forma rápida. O custo do azoto

líquido e da energia necessária para se realizar o processo de congelação são os principais

inconvenientes deste (Fontes, 2009).

2.2.3. Granulometria

A granulometria da borracha é a característica que mais influencia as propriedades do BB. No

entanto, a superfície específica, a quantidade de contaminantes, o processo de obtenção e a

composição química da borracha são outros fatores que podem influenciar o comportamento

do BB.

As partículas grossas de borracha permitem aumentar a viscosidade da mistura com BB, mas

ao mesmo tempo requerem maior tempo de interação relativamente às partículas mais finas.

(Caltrans, 2005).

A-Tamanhos com cerca de 50 mm

B-Tamanhos com cerca de 10 mm

C-Separação dos componentes dos pneus

D-Redução das dimensões do granulado

E-Embalagem do granulado


8

Figura 2.3. Etapas do processo criogénico (adaptado de Dias, 2011)

As borrachas com granulometria mais fina necessitam de temperaturas e tempos de interação

inferiores às borrachas de granulometrias mais grossas, uma vez que estas partículas têm

maior área superficial.

A existência de contaminantes tais como metais, fibras e água podem influenciar o

comportamento da mistura. A presença de água na mistura pode provocar espuma durante a

mistura com o betume, sendo necessário o controlo do teor em água (deve ser inferior a 1%)

de maneira a evitar este fenómeno (Hicks et al, 2000).

A composição da borracha utilizada é importante para as características da mistura

betuminosa com BB. Verifica-se que quanto maior for a quantidade de borracha natural na

composição dos pneus, melhores serão as características da mistura. Quanto menor a massa

específica da borracha, melhores serão as propriedades do BB (Fontes, 2009).

Em Portugal, os fornecedores de borracha comercializam diversas gamas de granulado de

borracha, as quais são apresentadas no Quadro 2.1. A Figura 2.4 mostra o granulado de

borracha de pneu obtido por trituração mecânica e pelo processo criogénico.

Transporte para o túnel

criogénico

Granulador Preliminar Armazenagem do granulado

Secagem da borracha

Embalagem da borracha



Quadro 2.1. Diferentes gamas de granulado de borracha (Recipneu, 2011; Biosafe, 2012)

Granulometrias Standard Biosafe

Trituração Mecânica (mm)

0,0-0,8

0,8-2,5

2,5-4,0

4,0-7,0

7,0-9,5

Figura 2.4. Granulado de borracha obtido por trituração mecânica (à esquerda) e pelo

processo criogénico (à direita) (Dias, 2011)

2.2.4. Caraterização Física da Borracha

Através de ensaios mecânicos podem determinar-se certas propriedades físicas do granulado

de borracha. A caraterização física das amostras de borracha pode ser determinada pelos

seguintes ensaios:

Dureza;

Ensaio realizado conforme a norma NP ISO 7619, que permite obter a classificação da

dureza do material (Dias, 2011);

Resistência à abrasão;

Ensaio realizado segundo a NP ISO 4649. Permite medir o maior ou menor grau de

resistência da borracha à degradação provocada pelos diversos materiais com os quais

se encontra em contacto (CTB, 2011);

Massa específica;

O referido ensaio permite determinar a massa específica da borracha de acordo com a

norma NP ISO 2781 (Dias, 2011);

Resistência ao rasgamento;

O ensaio de resistência ao rasgamento permite medir a força necessária para rasgar

totalmente um provete de borracha, conforme o procedimento descrito na NP ISO 34-

1 (Dias, 2011);

Recipneu

Processo Criogénico Dimensão Nominal (mm)

DC-8000 < 0,18

DC-3080 0,18 – 0,60

DC-1430 0,60 – 1,40

DC-1014 1,00 – 2,00

DC-0814 1,00 – 2,40

DC-0410 2,00 – 4,75

DC-0308 2,40 – 6,30

DC-OV ≥ 6,30


10

Tensão-deformação em tração;

O ensaio de tensão-deformação em tração é realizado segundo a norma NP ISO 37,

tendo como objetivo medir os valores da tensão de cedência, tensão de rotura e

alongamento na rutura, através do estiramento de um provete em forma de halteres

(Dias, 2011).

Deformação residual após compressão;

Ensaio cujo procedimento é descrito segundo a norma NP ISO 815. Permite

determinar a deformação residual após compressão (Dias, 2011).

2.3. Ligantes Betuminosos com Borracha

2.3.1. Betume Asfáltico

Existem vários materiais betuminosos que podem ser usados como ligantes na construção

rodoviária. No entanto, os ligantes mais utilizados são os resíduos derivados do processo de

destilação do petróleo bruto em refinarias, conhecidos por betumes asfálticos. Nalguns pontos

do globo são ainda utilizados outros ligantes hidrocarbonados, tais como o asfalto e o

alcatrão, não utilizados em Portugal.

- Produção de Betume Asfáltico

O betume asfáltico é um dos materiais mais utilizados atualmente nas obras de pavimentação.

O petróleo bruto pode ser encontrado em depósitos naturais localizados abaixo da crosta

terrestre ou do fundo dos oceanos. Formou-se devido à ação da natureza, que transformou o

material orgânico de restos de animais e plantas, depositados ao longo de milhões de anos no

fundo dos oceanos. A sobreposição de materiais sedimentares sobre a matéria orgânica

aumentou a pressão e a temperatura que transformaram, por reações termoquímicas, os

depósitos orgânicos em petróleo (Mothé, 2009).

A quantidade de betume contida no petróleo bruto é variável, dependendo da sua densidade e

constituição.

Segundo Amaral (2000), o processo de refinação mais utilizado é a destilação direta ou

fracionada.

O processo de destilação direta realiza-se em duas etapas e produz uma separação seletiva dos

diferentes componentes do petróleo, consoante o ponto de ebulição de cada um dos seus

constituintes (Recasens, 1994).

Após o aquecimento do petróleo bruto a uma temperatura entre 300 e 350 °C num forno, o

material, composto por uma mistura de líquido e de vapor é encaminhado para a coluna de

arrefecimento que se encontra à pressão atmosférica. A parte líquida, constituída pelo crude

apresenta um ponto de ebulição mais elevado que o vapor. O vapor sobe ao longo da coluna,

que contém tabuleiros horizontais perfurados no seu interior (espaçados em determinados

intervalos). Quando a fração atinge o tabuleiro que se encontra a uma temperatura inferior à

sua própria temperatura de ebulição, passa ao estado liquido e é drenado através de um

sistema de tubagens.



A condensação dos vapores produz as frações de éter, gasolina, querosene, gasóleos, óleos

lubrificantes e resíduos asfálticos. As frações mais pesadas do petróleo bruto são extraídas no

fundo da torre sobe a forma de resíduo designado por resíduo bruto ou primeiro resíduo.

Posteriormente o primeiro resíduo é aquecido num forno que se encontra a uma temperatura

entre 350 °C e 400 °C e é encaminhado para uma coluna onde existe pressão negativa (varia

entre 10 e 100 mm de mercúrio). O uso de pressões negativas causa a separação física dos

constituintes do primeiro resíduo sem os degradar termicamente, formando-se assim o

segundo resíduo usado para o fabrico dos diferentes betumes asfálticos (Capitão, 1996).

- Constituição do Betume Convencional

O betume é um material aglutinante que apresenta qualidades adesivas e tom preto. A sua

consistência varia consoante a temperatura, tornando-se um material mole quando aquecido e

endurece quando arrefecido. A sua composição não é sempre igual e depende de fatores como

a origem do petróleo bruto e os tratamentos a que é sujeito até se obter o produto final.

A estrutura interna do betume depende da constituição química dos tipos de moléculas nele

presente. O betume é uma mistura química complexa, composto por hidrocarbonetos

saturados de peso molecular elevado. Contém carbono (82-88%), hidrogénio (8-11%),

enxofre (0-6%), oxigénio (0-1,5%) e azoto (0-1%). Na sua estrutura estão presentes metais em

pequenas quantidades, como por exemplo, o vanádio, o níquel, o ferro, o magnésio e o cálcio

(Capitão, 1996).

De acordo com Recasens (1994), do ponto de vista físico, os betumes asfálticos formam um

sistema coloidal, o que condiciona as suas características reológicas. No sistema coloidal a

fase dispersa consiste numa dispersão de micelas de maior peso molecular (asfaltenos)

dispersos num meio constituído por componentes de menor peso molecular (maltenos).

Quanto à composição química é possível separar o betume em dois grandes grupos: os

asfaltenos e os maltenos. Os maltenos podem ser divididos em 3 subgrupos: saturados,

aromáticos e resinas.

Os asfaltenos encontram-se em quantidades que podem variar entre 5 e 25% do betume

asfáltico. Apresentam cor preta ou castanha, são sólidos amorfos, contêm carbono e

hidrogénio e em menor percentagem azoto, enxofre e oxigénio. Caracterizam-se por serem

materiais aromáticos altamente polarizados e terem peso molecular relativamente elevado. A

quantidade de asfaltenos influencia a reologia dos betumes.

As resinas são solúveis em heptano normal e têm uma composição semelhante ao asfaltenos,

apresentam um tom castanho-escuro e são muito polarizados.

Os aromáticos são líquidos viscosos que apresentam um tom castanho-escuro, estão presentes

no betume em quantidades que rondam os 40 a 65%. Contêm os componentes aromáticos

nafténicos e são os constituintes do betume com menor peso molecular.

Os saturados constituem cerca de 5 a 20% do betume, são viscosos, não polarizados de cor

creme ou branca. Caracterizam-se por ser solúveis em heptano normal e serem constituídos

por hidrocarbonetos alifáticos (Shell, 2003).


12

Segundo Shell (2003), com base em experiências em que se misturam em diferentes

proporções frações de asfaltenos, saturados, aromáticos e resinas, pode verificar-se que a

constituição do betume influencia de facto a sua reologia. Nas suas experiencias, ao manterem

constante a concentração de asfaltenos e fazendo variar a percentagem das outras três frações,

verificaram que, mantendo constante a quantidade de resinas e aromáticos e aumentando a de

saturados, observa-se o amolecimento do betume. Ao invés, o aumento da concentração de

resinas endurece o betume. Pode afirmar-se que as propriedades reológicas do betume

dependem fortemente da percentagem de asfaltenos que o betume contém.

2.3.2. Reologia dos Betumes

A reologia do betume permite o estudo da sua deformação quando se encontra no estado

sólido ou semissólido, e do seu escoamento quando está no estado líquido. Na reologia são

consideradas propriedades como a elasticidade, a plasticidade e a viscosidade. O betume é um

material viscoelástico que conforme a sua temperatura e tempo de carregamento pode

apresentar um comportamento mais próximo dos materiais elásticos, ou dos materiais

viscosos, ou uma combinação entre estes dois comportamentos (Shell, 2003).

As propriedades do betume podem influenciar o seu desempenho na fase de produção das

misturas, durante a compactação e ao longo do período de serviço. Determinadas

propriedades reológicas podem ser atingidas através da alteração da composição química do

betume, recorrendo a aditivos, ou à sua modificação através de reações químicas com agentes

modificadores (Lu et al.,1999).

O comportamento do betume depende muito da temperatura a que se encontra. A altas

temperaturas o betume comporta-se como um fluido viscoso, apresentando a baixas

temperaturas um comportamento elástico. Quando o betume está em serviço, como material

ligante nas misturas betuminosas na pavimentação de rodovias, as temperaturas do pavimento

nem são muito elevadas nem muito baixas. Neste caso o betume apresenta frequentemente um

comportamento viscoelástico (Fontes, 2009).

Aplicando uma carga constante, durante um determinado intervalo de tempo, a um provete

cujo material apresenta um comportamento viscoelástico, verifica-se que no instante inicial,

quando se aplica a carga, ocorre uma deformação instantânea, a qual é recuperável e

independente do tempo. Para a mesma carga, ao longo do tempo a deformação do provete

aumenta gradualmente, ou seja, a deformação depende do período de tempo em que a carga é

aplicada e da velocidade com que é aplicada. No momento em que a carga é interrompida,

uma parcela da deformação elástica sofrida é de imediato recuperada, ocorrendo ainda uma

recuperação adicional de deformação ao longo do tempo, após a retirada da carga

(deformação reversível retardada). No entanto, a deformação a que o provete foi sujeito pela

carga não é totalmente recuperada, causando uma pequena deformação permanente.

A sucessiva passagem de veículos num determinado ponto do pavimento leva à repetição dum

efeito nos materiais betuminosos idêntico ao que foi descrito no parágrafo anterior. A

repetição desse efeito provoca acumulação de deformações permanentes no pavimento,

originando a formação de rodeiras.



O tipo de comportamento acima referido pode ser traduzido, aproximadamente, recorrendo a

modelos físicos ideais resultantes da associação de outros modelos mais simples, como o

modelo elástico e viscoso (Capitão, 2003).

O modelo de Burger, representado na Figura 2.5, é admitido como o que melhor caracteriza e

descreve satisfatoriamente o comportamento dos betumes (Figuras 2.6 e 2.7), pois associa os

elementos elásticos, viscoso e viscoelástico (Amaral, 2000).

Figura 2.5. Representação do modelo de Burger (Gardete, 2006)

Figura 2.6. Resposta do modelo de Burger quando solicitado por um carregamento com

tensão constante durante um determinado período de tempo (Gardete, 2006)

A extensão do modelo de Burger, resulta de uma tensão constante (σ0) que atua durante o

carregamento (t0≤t≤t1), sendo traduzida pela equação (2.1):

( )

[ ( ⁄ ) ( )] (2.1)

A extensão total (ɛ) resulta da soma de três parcelas que traduzem cada uma, respetivamente,

a extensão elástica instantânea (função de EM), a extensão viscosa (função de ηM) e a extensão

elástica com atraso (função de EM e ηk).

E – Módulo de deformabilidade

η – Coeficiente de viscosidade

σ – Tensão aplicada


14

No instante t> t1 há uma recuperação da extensão pela mistura betuminosa. A extensão na

descarga é obtida pela equação (2.2):

( )

( ( ))

[ ( ⁄ ) ( )] (2.2)

A extensão permanente é dada pela expressão (2.3):

Para t→∞:

( ) (2.3)

Por cada carregamento será originada uma parcela de extensão permanente. A deformação

permanente em misturas betuminosas é resultado da acumulação deste tipo de extensões de

origem viscosa.

Figura 2.7. Diferentes componentes da deformação de misturas betuminosas e sua tradução no

modelo de Burger (Gardete, 2006)

2.3.3. Betumes Modificados

Como refere Simões (2008), o nível de exigência com que os novos projetos de pavimentação

rodoviária se deparam sobe todos os anos. Os cuidados ao pensar uma infraestrutura

rodoviária durante a fase de dimensionamento, construção e manutenção devem assegurar a

sua capacidade para suportar as ações provenientes quer do tráfego, quer dos agentes

climáticos, devendo garantir a segurança e o conforto para os seus utilizadores.

No entanto, há situações em que as ações que atuam sobre o pavimento são mais severas.

Nestes casos é necessário pensar os pavimentos para que apresentem melhores desempenhos.

Uma solução viável para ultrapassar este tipo de situações é o uso de betumes modificados.

Os betumes modificados resultam de ligantes betuminosos, em que as propriedades reológicas

do betume base são alteradas ao longo do processo de fabrico, sendo para o efeito utilizados

um ou mais agentes modificadores (agentes químicos). Os agentes modificadores mais

utilizados são: a borracha, os plastómetros, as fibras orgânicas, as resinas, os elastómeros e o

enxofre (Shell, 2003).



- Betume-Borracha

O BB é um betume cuja reologia é alterada com a incorporação de granulado de borracha,

resultante maioritariamente da reciclagem de pneus usados.

O propósito da modificação do betume através da incorporação da borracha de pneus

reciclados está relacionado com a melhoria das características mecânicas do ligante: o

aumento da flexibilidade e da elasticidade; a melhoria do comportamento e resistência à

fadiga, assim como, do comportamento à deformação permanente; a menor suscetibilidade

térmica a altas temperaturas; o incremento da adesividade agregado-ligante, bem como da

coesão interna e da resistência ao envelhecimento (Vicente, 2006).

O recurso ao betume-borracha tem ocorrido mais frequentemente para o fabrico de misturas

betuminosas, como por exemplo, misturas abertas e descontínuas rugosas.

Os betumes modificados com borracha podem ser de três tipos (EP, 2012):

BBB - Betume borracha de baixa percentagem de granulado de borracha (percentagem de

granulado de borracha igual ou inferior a 8 %, em relação à massa total de ligante);

BBM - Betume borracha de média percentagem de granulado de borracha (percentagem

de granulado de borracha entre 10 e 14 %, em relação à massa total de ligante);

BBA - Betume borracha de alta percentagem de granulado de borracha (percentagem de

granulado de borracha igual ou superior a 18 %, em relação à massa total de ligante).

No anexo A serão apresentados as propriedades dos três tipos de betumes mencionados.

A borracha interage com o betume de forma a alterar as suas características. No entanto, para

um melhor desempenho do BB é necessário garantir a compatibilidade entre o betume e a

borracha. Nesta perspetiva, o tipo e a quantidade de óleos aromáticos que o betume contém

são fundamentais para determinar a compatibilidade entre a borracha e o ligante.

2.3.4. Caraterização de Betumes Convencionais e de Betumes com Borracha

Na caracterização de betumes convencionais são habitualmente usados os seguintes métodos

de ensaio:

Penetração a 25 °C;

Método do anel e bola – Temperatura de amolecimento;

Viscosidade rotacional;

Recuperação elástica;

Resistência ao endurecimento.

O ensaio de penetração a 25 °C permite medir indiretamente a viscosidade do betume. O

ensaio é realizado conforme a norma EN 1426 e consiste na medição da profundidade a que

uma agulha consegue penetrar no betume durante um determinado tempo (5 segundos), à

temperatura de 25 °C (Branco et al., 2008).

O método do anel e bola permite determinar a temperatura de amolecimento dos betumes

asfálticos. O procedimento é descrito na norma EN 1427. O ensaio consiste em colocar uma

esfera de aço (de peso especificado) por cima de uma amostra de betume previamente

colocada sobre um anel de latão. O anel é colocado em água que é aquecida à razão de 5 °C


16

por minuto. À medida que o betume vai amolecendo ocorre o escoamento através do anel do

provete. O ensaio cessa no momento em que o betume e a esfera tocam na base do suporte

metálico. Nesse instante efetua-se a anotação da temperatura da água. O ensaio realiza-se com

dois provetes. O ponto de amolecimento anel e bola é dado pelo valor obtido pela média das

duas temperaturas anotadas (Branco et al., 2008).

Viscosidade rotacional é realizada de acordo com a norma EN 13302. Com este ensaio

pretende-se determinar a viscosidade aparente de um betume a altas temperaturas. O

procedimento estabelece que se aqueça a amostra de ligante à temperatura definida para o

ensaio. Vaza-se o ligante num cilindro coaxial. Em seguida, usa-se um braço misturador

rotacional (veio de dimensões padronizadas), mergulhado na amostra até à profundidade

especificada pelo fabricante, durante um período de 15 a 30 minutos até a temperatura do

conjunto estabilizar. Liga-se o equipamento (inicio da rotação) e espera-se pela estabilização

das medições. Após a estabilização registam-se três leituras com intervalo de 60 segundos. A

viscosidade é a média dos três valores medidos.

O ensaio para a determinação da recuperação elástica rege-se pela EN 13398. Antes de se

iniciar o ensaio preparam-se as amostras. Seguidamente, deixam-se arrefecer os moldes

durante 30 minutos. Coloca-se a amostra de betume em banho de água a uma temperatura de

25,0 (±0,5 °C) durante as 2 horas que antecedem o ensaio. Terminado esse período, colocam-

se os moldes nos pratos de tração do ductilímetro, recolhem-se os apoios laterais dos moldes.

Esticam-se os moldes à velocidade de 50 mm/min (±2,5 mm/min) até ao momento em que se

atinge um alongamento de 200 mm (±1 mm).

Depois de se atingir o alongamento pretendido, cortam-se os fios de betume, sensivelmente a

meio da amostra. Aguarda-se 30 minutos e mede-se a distância entre cada extremidade

cortada (Santos, 2011).

A recuperação elástica é dada pela seguinte expressão:

( ) (2.4)

Em que:

d – média das distâncias entre as extremidades cortadas dos diferentes moldes

A resistência ao endurecimento dos betumes pode ser medida pelo ensaio RTFOT rolling

thin film oven test (EN 12607-1) (Figura 2.8). Cada um dos oito copos vazios é pesado,

vertendo-se posteriormente 35 g (±0,5 g) de betume para o seu interior. Os copos de vidro

serão colocados num tambor circular, no interior de uma estufa a 163 °C (±1 °C) durante uma

hora. O tambor roda a 15 (±0,2) rpm e é insuflado um jato de ar quente diretamente para cada

um dos copos no momento em que estes passam no ponto mais baixo do tambor, durante 75

minutos.



Figura 2.8. Equipamento usado no ensaio RTFOT (Capitão, 2003)

Após o processo determinam-se as seguintes propriedades: variação da massa, penetração a

25 °C e aumento da temperatura de amolecimento.

O Quadro 2.2 resume as principais características dos BB que serão utilizados nas MBA

(LNEC, 2006) e nas MBR (LNEC, 2008).

Quadro 2.2. Propriedades do BB com alta percentagem de borracha (LNEC, 2006; LNEC,

2008)

Propriedade Unidades

Valores nominais (BB)

Betume Base

35/50

Betume Base

50/70

Viscosidade aparente, a 175 °C (Viscosímetro de

Brookfield) mPa.s 2500 a 4500

Penetração a 25 °C (100g, 5s) 0,1 mm 15 a 30 20 a 35

Temperatura de Amolecimento (método de anel e bola) °C ≥68 ≥65

Resistência ao Endurecimento

(RTFOT a 163 °C)

Variação da Massa % ≤0,8

Penetração a 25 °C (100g,

5s) % ≥60

Aumento da temperatura

de amolecimento °C ≤12

Recuperação Elástica (a 25ºC) % ≥75

2.4. Processos de Incorporação da Borracha no Ligante

O BB pode ser fabricado por dois métodos: por via seco e por via húmida. A incorporação de

borracha no betume é um método muito utilizado nos Estados Unidos da América e em

alguns países da Europa. Ao longo da última década, em Portugal, houve um aumento

significativo da utilização dos BB e o processo mais utilizado para incorporação da borracha

no betume foi por via húmida.

2.4.1. Processo por Via Húmida

Desde o século passado, têm sido estudadas as melhores formas para incorporar borracha no

betume. Uma das primeiras tentativas de produzir BB surgiu no século vinte, por volta da

década de 40 nos Estados Unidos, onde uma companhia que efetuava a reciclagem de

borracha colocou no mercado um produto constituído por betume e borracha desvulcanizada

reciclada, registado com o nome Ramflex (Baker et al, 2003).


18

Contudo, Charles H. McDonald, em 1963, desenvolveu um material com elevada elasticidade

que foi utilizado na manutenção de pavimentos. Este novo material posteriormente designado

por Overflex era constituído por ligante betuminoso e 25% de granulado de borracha. Ao

longo dos tempos, vários estudos foram elaborados com base em misturas similares ao

processo de McDonald e, atualmente, continuam a ser alvo de melhoramentos, sempre com o

objetivo de se obterem melhores desempenhos para as misturas (Martins, 2004).

No processo por via húmida o granulado de borracha é incorporado no ligante betuminoso, e

este atua como agente modificador do betume alterando a sua reologia (Vicente, 2006).

O comportamento do betume convencional é determinado pelas suas propriedades físicas, as

quais dependem por sua vez da sua composição química. A interação entre o granulado de

borracha e o betume convencional dá-se através da absorção dos óleos aromáticos do betume,

que aliás são fundamentais para que haja compatibilidade entre o betume e a borracha. O

controlo da temperatura de reação é essencial para evitar o envelhecimento precoce do betume

e a alteração das suas caraterísticas (Pinheiro, 2004).

Dias (2011) e Specht (2004) referem que a interação entre o betume convencional e o

granulado de borracha não é uma reação química, mas sim uma interação física entre estes

dois constituintes.

Ao longo das últimas décadas continuou o estudo do BB e procurou-se sempre a melhor

formulação por forma a garantir os melhores desempenhos. Em geral, o processo por via

húmida consiste na adição de granulado de borracha ao betume convencional previamente

aquecido, os quais se mantêm em contacto durante um determinado tempo. Segundo o

Caltrans (2006), aquele período é o tempo necessário para ocorrer a interação entre o betume

e a borracha, quando misturados a elevadas temperaturas. Quando terminado o período de

interação betume-borracha junta-se o ligante obtido à mistura dos agregados (previamente

aquecidos), tal como é habitual para as misturas betuminosas convencionais. Na Figura 2.9 é

apresentado o processo de produção de misturas betuminosas com borracha por via húmida.

Figura 2.9. Produção de misturas betuminosas com BB pelo processo húmido (Recipav, 2012)

1. Betume

2. Tanque de betume

3. Granulado de borracha

4. Equipamento de fabrico de BB

5. Tremonhas dos agregados

6. Tambor secador

7. Misturadora

8. Silos de armazenamento da mistura

9. Transporte para obra



Nas últimas décadas, para se utilizar o BB como um produto fiável, foram testadas várias

misturas, com o objetivo de combinar a relação mais adequada entre a granulometria da

borracha e a viscosidade do ligante. Foram também objeto de estudo os tempos mínimos e as

temperaturas adequadas para que a interação entre o betume convencional e a borracha

permitisse obter um produto final de qualidade.

Segundo Dias (2011), o qual refere diversos autores, é unânime considerar-se que o período

de interação deve estar compreendido entre 45 minutos e 4 horas, a uma temperatura entre

160 e 220 °C.

A incorporação de borracha por via húmida permite obter um BB com uma viscosidade

superior à dos betumes modificados, e a durabilidade das misturas betuminosas aumenta na

medida em que a quantidade de ligante utilizada também é superior à utilizada para as

misturas convencionais (Vicente, 2006).

Segundo o Caltrans (2006), o betume-borracha é produzido a temperaturas elevadas ou

superiores) e sujeito a elevada agitação de forma a promover a interação entre o betume e os

constituintes da borracha, e para manter as partículas de borracha suspensas na mistura.

Durante o processo podem ser adicionados óleos extensores cuja função é reduzir a

viscosidade e promover a trabalhabilidade da mistura. Este tipo de BB deve ter 18 a 22% de

granulado de borracha (em relação à massa total do ligante). Antes da adição da borracha

deve-se garantir que o betume se encontra a uma temperatura entre 204 e 224 °C. Após a

adição de borracha a mistura deverá estar a interagir durante um período que nunca deverá ser

inferior a 45 minutos, a uma temperatura estabelecida entre 190 e 218 °C.

2.4.2. Processo por Via Seca

O processo de incorporação de borracha por via seca tem sido pouco utilizado em Portugal.

Somente em 2009 foi realizada uma das primeiras obras recorrendo a este processo. Trata-se

de um troço com cerca de 14,5 km na EN 370 que liga Avis a Arraiolos (Dias, 2011).

Em alguns países europeus, como a Espanha, Itália, Alemanha, Polonia e Holanda é um

processo muito utilizado. Contudo em Espanha, por exemplo, este processo tem vindo a cair

em desuso devido à preferência dada à utilização do processo de incorporação de borracha por

via húmida.

Em geral, o processo de incorporação de borracha pela via seca consiste na mistura de

granulado de borracha com os agregados pré-aquecidos (a temperaturas que variam entre 200

e 210 °C, durante 15 segundos). De referir que o granulado de borracha apresenta geralmente

maior dimensão em relação ao granulado utilizado no processo por via húmida e substitui

uma parte do agregado mineral, sendo assim considerado, para efeitos de composição, como

um mineral agregado. Posteriormente é adicionado o betume convencional (previamente

aquecido até temperaturas que podem rondar os 140 a 160 °C) à mistura de agregados. A

mistura betuminosa a quente com granulado de borracha é armazenada durante um

determinado período em depósitos para garantir que o material interage suficientemente e não

continua a aumentar de volume depois de colocado em obra. A interação continua nos


20

camiões que efetuam o transporte da mistura. O tempo de reação é determinado

experimentalmente e confirmado em obra.

Inicialmente, o processo por via seca foi desenvolvido na década de 60 pelas empresas suecas

Skega AB e Ab Vaegfoerbaetringar e foi comercializado com o nome de Rubit. Mais tarde, em

1978, foi registada a patente desta tecnologia com a designação de PlusRide (Dias, 2011).

A tecnologia PlusRide® permite a incorporação de granulado de borracha numa percentagem

de 1 a 3% (em relação ao peso total da mistura), com partículas de dimensões compreendidas

entre 2 e 6,3 mm de diâmetro, cuja função é ocupar o volume de vazios (2 a 4%) da mistura

betuminosa. A percentagem de betume que pode ser utilizada varia entre 7,5 e 9% (Heitzman,

1992).

Dependendo do volume de tráfego esperado para a futura via de comunicação, são

recomendadas pela Federal Highway Administration (FHWA) as características e composição

da mistura e as características do granulado que se resumem no Quadro 2.3 (Dias, 2011).

Na tecnologia PlusRide® o betume adotado para a formulação da mistura modificada com

borracha pode ser o mesmo que se utiliza para as misturas convencionais. No entanto, a

percentagem de betume usada é muito superior nas misturas betuminosas com borracha que

nas misturas convencionais (Bertollo, 2002).

Em 1986, Barry Takallou com base nos resultados da sua pesquisa e experiência na tecnologia

PlusRide concebeu um novo sistema alternativo designado por “processo seco genérico”

(Generic Dry Technology ou TAK Generic. Este processo usava granulado de borracha de

vários tamanhos com o objetivo de criar um gradiente granulométrico e originar alguma

modificação do ligante. Por vezes era necessário o tratamento prévio ou pré reação da

borracha com um agente catalisador para se conseguir um aumento de volume das partículas

(expansibilidade). Neste processo normalmente a percentagem de borracha não ultrapassava

2% do peso total da mistura (Heitzman, 1992). Contudo, a interação inicial entre o betume

convencional e a borracha visava os objetivos descritos (CEDEX, 2007):

melhoria das propriedades do betume convencional em resultado da interação deste

com o granulado mais fino de borracha;

o preenchimento dos espaços vazios das misturas betuminosas pelo granulado de

maior dimensão.

Recentemente, Dias (2011) realizou o estudo de misturas betuminosas rugosas com alta e

média percentagem de incorporação de borracha utilizando o processo de fabrico por via seca.

Contudo, o processo utilizado é distinto dos anteriormente referidos, nomeadamente, do

sistema PlusRide e do TAK Generic. Naquele estudo, a incorporação de granulado de

borracha nas misturas betuminosas teve como propósito permitir que a borracha pudesse fazer

parte da percentagem total de ligante (betume convencional e borracha) da mistura

betuminosa, tal como sucede no processo por via húmida, e não como substituição do

agregado como é corrente nos processos por via seca.



Quadro 2.3. Especificação das misturas betuminosas de acordo com a tecnologia PlusRide

Características PlusRide 91

PlusRide 121

PlusRide 161

Peneiros ASTM Fuso Granulométrico

3/4" - - 100

5/8" - 100 -

1/2" - - -

3/8" 100 60-80 50-62

1/4" 60-80 30-40 30-44

10 23-38 19-32 19-32

30 15-27 13-25 12-23

200 8-12 8-12 7-11

Especificações

Tráfego Médio Diário 2500 2500-10000 > 10000

Espessura Mínima(cm) 2,5 3,8 4,5

% de betume 8,0-9,5 7,5-9,0 7,5-9,0

% de borracha em relação à massa total da mistura

3,0 3,0 3,0

1 Dimensão máxima do agregado em mm

As diferenças deste processo relativamente ao processo por via húmida residem na maneira de

incorporar a borracha na central de produção e no processo de interação física entre o betume

convencional e o granulado de borracha. Nesta técnica, o granulado de borracha tem uma

granulometria semelhante à utilizada no processo por via húmida, sendo introduzido

diretamente no misturador da central de produção. A interação ocorre na fase em que se

encontra na central de fabrico e durante a fase de transporte e compactação da mistura em

obra. A Figura 2.10. ilustra o processo por via seca.

Figura 2.10. Processo por via seca


22

Dias (2011) refere que a interação entre o granulado de borracha e o betume convencional não

deve ocorrer a temperaturas superiores a 170°C, uma vez que acima dessa temperatura ocorre

a queima duma parte da borracha. Os tempos de interação entre o granulado de borracha e o

betume convencional devem estar compreendidos, para as misturas com média incorporação

de borracha, entre 60 e 90 minutos, e para alta incorporação de borracha entre 90 e 180

minutos.

É ainda de referir que o desempenho mecânico das misturas fabricadas por esta variante do

processo por via seca é idêntico ao das misturas betuminosas equivalentes produzidas por via

húmida e superior às misturas betuminosas convencionais.

2.5. Considerações Finais

Neste capítulo fez-se uma descrição dos principais materiais utilizados nas misturas


Foi apresentada uma descrição dos processos de obtenção do granulado de borracha, quer pela

trituração mecânica, quer pelo processo criogénico. Analisaram-se algumas características do

granulado utilizado, como a sua granulometria, e foi realizado um levantamento dos

principais ensaios que permitem a caraterização física da borracha.

Descreveram-se ainda as principais características do betume convencional e o processo de

produção do mesmo.

Por fim, foi realizada a descrição dos processos de incorporação da borracha no betume, onde

se pode verificar que, apesar de terem sido estudados e patenteados diferentes variantes dos

processos de obtenção de BB, existem essencialmente os processos por via húmida e por via

seca.

CAPÍTULO 3


3. CARACTERÍSTICAS TÉCNICAS DAS MISTURAS BETUMINOSAS

COM BORRACHA


Conhecidas algumas características principais dos constituintes utilizados nas misturas

betuminosas com borracha, cabe agora neste capítulo fazer uma breve descrição das

características das misturas betuminosas com BB.

Cada pavimento é sujeito a determinadas ações provenientes do tráfego ou dos agentes

climáticos ao longo da sua vida útil. Para se conceber um pavimento capaz de suportar estas

ações é necessário elaborar um estudo de formulação que indique quais as proporções de cada

componente a utilizar na mistura, com o objetivo de se obterem melhores desempenhos no

ciclo de vida da mistura betuminosa.

Neste capítulo faz-se um resumo das várias características funcionais e estruturais dos

pavimentos e analisa-se a sua importância. Aquele levantamento é utilizado para servir de

apoio à comparação das características típicas das misturas betuminosas convencionais e das

misturas betuminosas com BB.

3.2. Características Gerais das Misturas Betuminosas

As misturas betuminosas são constituídas normalmente por diferentes materiais granulares,

doseados de uma forma ponderal ou volumétrica, os quais são misturados numa central com

uma determinada quantidade de ligante pré-estabelecida, de forma a garantir um bom

desempenho da mistura.

Ao longo dos anos, tem ocorrido um aumento da circulação de veículos pesados nas rodovias,

o que originou um aumento do número de carregamentos transmitidos aos pavimentos. Ao

mesmo tempo, tem-se verificado um aumento das exigências de conforto e segurança que os

pavimentos devem garantir. Assim, torna-se cada vez mais importante fazer uma avaliação

mais correta das ações que solicitam os pavimentos e aplicar métodos de análise e

dimensionamento que reproduzam melhor as condições de serviço das estruturas estudadas.

Além disso, é também essencial a utilização de processos de formulação de misturas

betuminosas que garantam um melhor desempenho do pavimento quando solicitado,

originando um aumento da sua vida útil.

Independentemente da camada betuminosa a construir, devem ser sempre garantidos critérios

de durabilidade, facilidade de execução e economia (Capitão, 1996).

Enumeram-se de seguida as características que as misturas betuminosas devem geralmente

apresentar: estabilidade, durabilidade, flexibilidade, resistência à fadiga, aderência,

impermeabilidade e trabalhabilidade.

A estabilidade compreende a obtenção de uma mistura que seja capaz de resistir, com

pequena deformação, às cargas que a solicitam durante o período de serviço. Trata-se de uma

propriedade que depende do atrito interno dos materiais e da sua coesão.

A fricção interna está dependente de características como a textura das partículas dos

materiais agregados, da sua forma e granulometria, da densidade da mistura e do tipo de

Características Técnicas das Misturas Betuminosas com Borracha

24

betume. É um fenómeno que resulta da combinação do atrito e do imbricamento entre

partículas de agregado que compõem a mistura. O imbricamento depende principalmente da

forma e do tamanho das partículas de agregado, enquanto o atrito interno tende a ser superior

quando aumentam a rugosidade das partículas de agregado e/ou a área de contato entre elas.

O excesso de ligante pode causar diminuição de atrito entre as partículas de agregado, embora

seja este ligante que garante a coesão da mistura através da ligação daquelas partículas. A

quantidade de betume deve ser previamente estudada na medida em que se verifica que a

coesão aumenta com a quantidade até um determinado valor máximo, diminuindo a partir

desse valor (Branco et al, 2008).

A durabilidade de uma mistura betuminosa é basicamente a resistência à desintegração da

camada betuminosa quando sujeita às solicitações do tráfego e climáticas.

O aumento da quantidade de betume na mistura faz, geralmente, aumentar a durabilidade da

mistura. Outra forma de melhorar a durabilidade é usar materiais de granulometria contínua,

bem compactados, que deem origem a misturas praticamente impermeáveis.

A quantidade de betume utilizada em cada mistura para a camada de desgaste tem de ser a

necessária para garantir a agregação conveniente dos materiais, para que a ação abrasiva do

tráfego não origine o arrancamento dos materiais. Na mistura a quantidade de betume deve ser

tão elevada quanto possível sem afetar muito a estabilidade da mistura (Branco et al, 2008).

As misturas betuminosas com BB incorporam maior percentagem de betume que as

convencionais, o que lhes confere maior durabilidade (Vicente, 2006).

A flexibilidade é a característica que define a capacidade da mistura betuminosa se adaptar

lentamente aos movimentos do seu suporte. Quando ocorrem assentamentos nos aterros, ou

quando se verifica a ocorrência de assentamentos no pavimento devidos à sobrecompactação

originada pelas ações do tráfego, deve garantir-se que a ocorrência destes fenómenos não

causa fendilhamento do pavimento. Normalmente, a flexibilidade aumenta com o aumento da

percentagem de betume (Branco et al, 2008).

O facto de as misturas com BB incorporarem borracha (que é constituída por uma grande

quantidade de elastómeros) e a adesividade do ligante aos agregados ser superior, conferem a

estas misturas maior flexibilidade em comparação com as misturas convencionais.

A resistência à fadiga é um fenómeno resultante das sucessivas passagens de veículos sobre

os pavimentos, as quais causam nos materiais das camadas ligadas extensões de tração

constituídas por uma componente reversível e outra irreversível. Na aplicação de um

carregamento não é geralmente produzido um nível de extensão que cause rotura do material.

Contudo, a acumulação sucessiva de extensões irreversíveis causa a ocorrência de fendas no

pavimento (Branco et al, 2008).

A aderência da superfície de um pavimento é um fator importante na segurança rodoviária.

Quando é construído um novo pavimento deve-se garantir boas características de atrito

superficial, permitindo boa aderência aos pneus dos veículos. A utilização excessiva de

Características Técnicas das Misturas Betuminosas com Borracha CAPÍTULO 3


betume na mistura pode originar exsudação1, o que torna a superfície do pavimento lisa. Os

agregados a utilizar devem garantir uma textura superficial rugosa e que apresente resistência

ao desgaste, conservando-se assim a rugosidade do pavimento. Uma drenagem eficaz do

pavimento é essencial para garantir igualmente uma boa aderência (Branco et al, 2008).

A impermeabilidade é uma característica que garante que mistura betuminosa apresente uma

boa resistência à passagem da água e do ar através das camadas do pavimento. Um indicador

da impermeabilidade de uma mistura betuminosa compactada é a quantidade de vazios que

uma mistura apresenta, ainda que a interligação dos vazios e o seu contato com a superfície do

pavimento são fatores que permitem uma melhor avaliação desta característica (Branco et al,

2008).

A trabalhabilidade é uma característica necessária na medida em que é importante garantir a

colocação e compactação das misturas betuminosas em obra com facilidade. Uma formulação

correta da mistura e o cumprimento das regras de operação dos equipamentos, permitem

solucionar questões relativas à trabalhabilidade dos materiais. Caso sejam detetados

problemas numa fase inicial da aplicação da mistura, poderá solucionar-se o problema com o

ajuste da formulação da mistura (Branco et al, 2008).

3.3. Formulação de Misturas Betuminosas com Borracha

3.3.1. Generalidades

A formulação de misturas betuminosas pode incluir procedimentos mais ou menos complexos

consoante o tipo de abordagem seguido. Os métodos de formulação podem agrupar-se em

várias famílias baseados em especificações, métodos empíricos, analíticos, volumétricos e

racionais.

A escolha da composição da mistura com base na aplicação direta do especificado numa

norma, não pode classificar-se propriamente como um método de formulação, uma vez que a

composição e procedimento para execução já se encontram descrito na norma. De realçar que

a vantagem destes métodos é traduzida pela uniformização do procedimento dos operadores,

criando um conhecimento no que se refere à produção e colocação em obra das diferentes

misturas, simplificando a verificação da conformidade. No entanto, este tipo de métodos

apresenta desvantagens ao não promover qualquer inovação, porquanto não se ajusta a

circunstâncias diferentes das consideradas na sua génese, nem à utilização de materiais

diversos dos definidos.

Os métodos empíricos são os mais usados atualmente. Neste tipo de métodos incluem-se, por

exemplo, o método de Marshall utilizado em Portugal desde o início dos anos 50. Dada a sua

larga utilização, estes métodos permitem a acumulação de conhecimentos sobre algumas

características das misturas mais correntes, podendo inferir-se a bondade do comportamento

esperado através de procedimentos mecânicos relativamente simples. Para novos materiais e

1 Exsudação – ocorre quando existe excesso de ligante e mastique. A diminuição excessiva de vazios,

normalmente associada a uma temperatura muito elevada, provoca a migração do betume para a superfície,

provocando a redução da macrotextura do pavimento.


26

novas exigências são métodos desadequados, por não avaliarem propriedades fundamentais,

as quais podem servir de base a uma melhor avaliação do desempenho das misturas

betuminosas em serviço.

Os métodos analíticos usam diversas relações volumétricas que podem ser criadas para os

agregados e os ligantes. Assim, é possível chegar a uma composição recorrendo somente à

aplicação de expressões numéricas. Porém, não é garantida a determinação de uma

composição final adequada, uma vez que as misturas têm de garantir determinados

desempenhos mecânicos, os quais não dependem apenas da composição volumétrica mas

também das condições reais de produção e de serviço. Nestas condições, é quase sempre

necessária uma verificação da composição volumétrica através de ensaios de avaliação de

desempenho ou outros que permitam inferir as qualidades requeridas das misturas ensaiadas

(Branco et al, 2008).

Nos métodos volumétricos a percentagem de betume e a granulometria a utilizar são

conseguidos recorrendo-se à análise dos volumes parcelares que constituem as misturas

(agregados, betume e vazios). Os volumes são medidos em provetes fabricados em

laboratório, de forma a recriarem, tanto quanto possível, as condições de compactação

utilizadas in situ. Com estes ensaios não é possível medir as propriedades mecânicas dos

provetes. Contudo, observa-se que as amostras fabricadas reproduzem razoavelmente bem as

condições de campo (Capitão et al, 2001).

À semelhança dos métodos analíticos, os volumétricos tendem a ser insuficientes, sendo

preciso realizar ensaios mecânicos adicionais para validar as composições resultantes da

avaliação volumétrica (Capitão et al, 2001).

Por fim, os métodos ditos racionais consistem no fabrico de provetes com determinadas

relações volumétricas (conseguidas, por exemplo, a partir de métodos volumétricos) ou

ponderais. Posteriormente, sujeitam-se os provetes a ensaios que permitam obter

características relacionadas com o desempenho em serviço da mistura. Estes métodos

possibilitam a avaliação de comportamentos de materiais diversificados para as mais variadas

condições de utilização, minimizando assim as desvantagens descritas anteriormente para os

métodos volumétricos (Branco et al, 2008).

3.3.2. Aspetos particulares da Formulação de Misturas Betuminosas com Borracha

Antes de se iniciar o estudo de formulação de uma mistura betuminosa, devem conhecer-se

informações relacionadas com as ações do tráfego e climáticas que lhe serão impostas, o tipo

de pavimento (flexível ou semirrígido) e a espessura das camadas (Capitão, 2003).

Para se poder formular convenientemente uma mistura betuminosa é necessário fazer um

estudo da sua composição. Existem diferentes métodos de formulação, conforme se referiu,

mas na generalidade todos têm os mesmos objetivos, isto é, determinam a proporção dos

materiais constituintes para estabelecer misturas que permitam apresentar boa trabalhabilidade

durante o fabrico e aplicação em obra, e terem bons desempenhos mecânicos e funcionais

durante a vida útil do pavimento (Batista, 2004).



- Composição de Misturas Betuminosas

Na Figura 3.1 apresenta-se a composição duma mistura betuminosa com incorporação de

borracha. As misturas betuminosas com borracha são compostas por ar, betume, borracha e

agregados. No Quadro 3.1 apresentam-se as relações entre massas e/ou volumes dos

constituintes da mistura (Dias, 2011).

Legenda:

vv – volume de vazios

vb - volume de betume ou ligante

vbr – volume de borracha

va – volume de agregado

mb – massa de betume

mbr – massa de borracha

ma – massa de agregado

mt – massa total

vt – volume total

Figura 3.1 Composição da mistura betuminosa com borracha (Dias, 2011)

Quadro 3.1. Relações entre massas e/ou volumes dos constituintes duma mistura betuminosa

com borracha

a (g/cm3) – Massa volúmica do agregado

(3.1) n (%) – Porosidade

(3.8)

br (g/cm3) – Massa volúmica da borracha

(3.2)

vb (%) – Percentagem volumétrica de

betume

(3.9)

b (g/cm3) – Massa volúmica do betume

(3.3)

va (%) – Percentagem volumétrica de

agregado

(3.10)

Bm (g/cm3) – Baridade da mistura

(3.4)

vbr (%) – Percentagem volumétrica de

borracha

(3.11)

pa (%) – Percentagem de agregado

(3.5)

VMA (%) - volume de vazios no esqueleto

de agregado

(3.12)

pb (%) – Percentagem de betume

(3.6)

Btbr (g/cm3) – Baridade máxima

teórica

∑

(3.13)

tb (%) – Teor em betume

(3.7)

pl (%) – Percentagem de ligante

(3.14)

ρbri – percentagem ponderal de borracha na mistura

ρbri – massa volúmica das partículas de borracha seca


28

- Granulometrias usadas nas misturas betuminosas com borracha

Normalmente, para definir as misturas de agregados, inicia-se o estudo a partir de fusos

granulométricos pré-estabelecidos. Os fusos limitam superior e inferiormente o traçado das

curvas granulométricas e são resultado da combinação das várias classes de agregados

disponíveis. A escolha do fuso granulométrico a utilizar num determinado tipo de mistura é

realizada tendo em conta a experiência de aplicações anteriores.

Os estados norte americanos que mais têm recorrido à aplicação de misturas com betume-

borracha são o Arizona, a Califórnia, o Texas e a Florida. Nestes estados são utilizadas

diferentes granulometrias que na literatura americana são designadas por dense graded

(granulometrias contínuas), open graded e gap graded (granulometrias descontínuas).

Nos últimos anos têm sido aplicadas em Portugal na produção de misturas betuminosas com

BB principalmente dois tipos de misturas descontínuas: as rugosas e as abertas. Estas misturas

são referenciadas em documentos de aplicação (DA) emitidos pelo LNEC, referentes aos

produtos produzidos pela empresa portuguesa Recipav. O DA3 (LNEC, 2006) diz respeito às

misturas betuminosas abertas com betume modificado com alta percentagem de borracha

(MBA-BMB) e o DA15 (LNEC, 2008) refere-se às misturas betuminosas rugosas com alta

percentagem de borracha (MBR-BMB).

No Quadro 3.2 estão indicados os fusos granulométricos, representados de forma gráfica nas

Figuras 3.2 e 3.3, reproduzidos dos DA referidos. Aqueles fusos, apresentados a título de

exemplo, podem considerar-se representativos das betuminosas com BB mais utilizadas em

Portugal.

Quadro 3.2 Exemplos de fusos granulométricos utilizados em MBR-BMB e MBA-BMB

Dimensão nominal da abertura dos

peneiros (NP EN 933-2:1999 e NP EN

13043:2004) (mm)

Percentagem acumulada de

material que passa (%) MBA-BMB (LNEC, 2006)


material que passa (%) MBR-BMB

(LNEC, 2008) 20 - 100

14 - 90-100

12,5 100 -

10 90-100 58-88

8 70-88 38-60

4 20-35 20-32

2 6-10 12-20

0,500 3-7 6-13

0,125 - 4-8

0,063 2-4 3-6



Figura 3.2. Fuso granulométrico da mistura de agregados e fíler da MBA (LNEC, 2006)

Figura 3.3. Fuso granulométrico da mistura de agregados e fíler da MBR (LNEC, 2008)

A mistura final pode ser obtida a partir de três frações distintas de material e de um fíler

comercial. A percentagem de cada fração de material a usar é estabelecida de forma iterativa

até que a curva final da mistura de agregados cumpra os limites do fuso granulométrico.

Os agregados escolhidos devem respeitar os requisitos estabelecidos para as características

geométricas, físicas e mecânicas aplicáveis.

- Formulação Empírica de Misturas Betuminosas com Borracha – Método Marshall

Da mesma forma que para as misturas betuminosas convencionais, para as misturas com BB é

necessário fazer o estudo de formulação que permita escolher o betume e suas percentagens

na mistura. A formulação pode ser realizada com métodos empíricos como o método de

Marshall cujo procedimento é descrito na EN 12697-34:2004.

O método de Marshall é usado na formulação de misturas betuminosas em Portugal e em

muitos outros países, e a sua função não é medir as propriedades ditas fundamentais da

mistura, mas sim a resistência mecânica dos provetes para as condições de ensaio

especificadas. Como método empírico tem a vantagem de um longo período de utilização que


30

tem proporcionado a acumulação de experiências que validam os resultados deste método

(Capitão, 1996).

Com este método é possível determinar diferentes grandezas que permitem caracterizar a

mistura betuminosa. Estas grandezas são determinadas por ensaios efetuados sobre os

provetes cilíndricos já compactados. Algumas das grandezas determinadas são a estabilidade,

a deformação, a densidade aparente, a porosidade e o volume de vazios do agregado

compactado.

Para as misturas produzidas com BB devem ser realizadas algumas alterações nos

procedimentos do método de Marshall, na medida em que a quantidade elevada de borracha

incorporada na mistura confere maior elasticidade à mistura que podem influenciar o processo

de formulação (RPA, 2000).

A moldagem de provetes de misturas betuminosas rugosas deve ocorrer a uma temperatura de

175ºC e a temperatura de compactação deve ocorrer com temperaturas entre 140 e 150 °C

(Recipav, 2006; Recipav, 2008).

Segundo Fontes (2009), os métodos utilizados na formulação de misturas convencionais

podem ser usados com determinados ajustes para as misturas com BB. Contudo, revela-se

importante ter em atenção as diferentes propriedades deste tipo de misturas no momento da

determinação da percentagem ótima de betume:

Deformações mais elevadas;

Estabilidades inferiores;

Valores de VMA superiores;

Percentagens ótimas de betume superiores.

Na aplicação do método de Marshall na formulação das misturas com BB mais comuns em

Portugal podem considerar-se como indicativos os valores de referência apontados no Quadro

3.3.

Quadro 3.3. Valores especificados para as propriedades Marshall obtidas sobre provetes

produzidos com BB (Recipav, 2006; Recipav, 2008; EP, 2012).

Tipo de Mistura

MBR-BMB

(Recipav, 2008) MBA-BMB

(Recipav, 2006) AC 14 surf (EP, 2012)

Número de pancadas em cada extremo do provete

75 50 75

Valor de VMA, mínimo (%) 19 25 14

Porosidade (%) 4,5 a 6,5 9 a 15 3,0

Resistência conservada, mínima (%)

75 80 80

Percentagem de ligante com borracha

8,5%±0,5% 10%±0,5% -

Estabilidade, mínima (N) 12000 - 12,5

Deformação, mínima (mm) 4 - 2



3.4. Características de Desempenho Mecânico de Misturas Betuminosas

3.4.1. Módulos de Deformabilidade

O módulo de deformabilidade é uma propriedade mecânica das misturas betuminosas que

permite caracterizar as camadas onde estas são aplicadas. Consiste na relação entre a

amplitude da tensão aplicada (σ0) e a correspondente extensão ɛ0, para as condições de

temperatura e frequência definidas. Estas propriedades podem ser medidas recorrendo a

ensaios de cargas repetidas, onde se aplica uma tensão que muda ciclicamente ao longo do

tempo, com uma velocidade angular () e adquire a forma seguinte:

( ) ( ) (3.15)

Existe um desfasamento entre a onda de tensão e a da extensão representado pelo valor do

ângulo de fase (ϕ). A resposta do material traduz-se numa extensão sinusoidal com período e

frequência iguais, mas retardada em relação à tensão utilizada para um ângulo de fase (ϕ).

Esta extensão exprime-se pela seguinte expressão (Capitão, 2008):

( ) ( ) (3.16)

O ângulo de fase é um indicador das propriedades elásticas e viscosas das misturas

betuminosas.

Os ensaios realizados por Pais et al (2008a), permitiram a determinação dos módulos de

deformabilidade e ângulos fase de misturas com BB. O fabrico do ligante foi realizado por via

húmida. O BB era constituído por 21% de borracha obtida pelo processo criogénico e o

período de interação decorreu durante 90 minutos à temperatura de 180ºC. Foram utilizados

dois betumes base, um 35/50 (M1) e um 50/70 (M2).

A granulometria adotada foi gap graded, especificada para misturas com BB pelo Caltrans.

Estas misturas apresentam composições semelhantes às misturas betuminosas rugosas

utilizadas em Portugal.

O teor ótimo em betume e os parâmetros volumétricos foram determinados recorrendo à

metodologia de Marshall. O teor ótimo em betume foi de 8% e o volume de vazios 6%.

Posteriormente, foi produzida a mistura e executaram-se os provetes prismáticos com as

dimensões especificadas para o ensaio de flexão. O ensaio de flexão em 4 pontos seguiu o

procedimento adotado na norma AASHTO TP8-94. Foi aplicado nos provetes um

carregamento sinusoidal repetido. O valor da extensão máxima de tração no provete foi de

100×10-6

. O ensaio realizou-se à temperatura de 20 °C, tendo sido efetuado um varrimento de

frequências: 10; 5; 2; 1; 0,5; 0,2 e 0,1 Hz. O Quadro 3.4 apresenta os módulos de

deformabilidade e o ângulo de fase em função das frequências obtidas.

Em todas as frequências verifica-se que a M1, constituída por um betume base 35/50 mais

rígido, apresenta módulos de deformabilidade mais altos que a mistura M2. Com base no

ângulo de fase verifica-se que a M1 apresenta uma maior elasticidade que a M2.


32

Quadro 3.4. Módulos de deformabilidade e ângulos de fase de misturas com BB (Pais et al,

2008a)

Frequências

M1 (betume base 35/50) M2 (betume base 50/70)

Módulo de

Deformabilidade (MPa)

Ângulo de fase

(Graus)

Módulo de


Ângulo de fase

(Graus)

10 5192 16,8 3357 28,0

5 4537 19,7 2687 32,1

1 3652 23,4 1890 37,7

2 3034 26,2 1409 41,6

0,5 2468 28,7 1018 44,6

0,2 1840 32,4 635 47,7

0,1 1438 34,9 453 50,6

Interessa também referir, para uma análise comparativa, os resultados dos ensaios realizados

por Dias (2011) sobre provetes de misturas betuminosas rugosas com borracha, a qual foi

incorporada por via seca, recorrendo ao processo desenvolvido por aquele autor, descrito em

2.4.2. A determinação dos módulos de deformabilidade e dos ângulos de fase foram

realizados respeitando a EN 12697-26. Os ensaios foram realizados às temperaturas de 20, 30

e 40°C, tendo sido efetuados varrimentos de frequências: 10, 5 e 1 Hz. O Quadro 3.5

apresenta somente os resultados para a temperatura de 20°C.

O betume utilizado tinha uma penetração nominal de 35/50. Na mistura B1 (média

incorporação de borracha) utilizou-se uma percentagem final de ligante de 5%. Nas misturas

B2 e B3 (alta incorporação de borracha) incorporaram-se, respetivamente, 8,5 e 9,0% de

ligante.

Quadro 3.5. Modulo de deformabilidade e ângulo de fase (temperatura de 20°C)

Frequências

B1 B2 B3

Módulo de

Deformabilidade

(MPa)

Ângulo

de fase

(Graus)

Módulo de

Deformabilidade

(MPa)

Ângulo

de fase

(Graus)

Módulo de

Deformabilidade

(MPa)

Ângulo

de fase

(Graus)

10 3275 13,3 3600 14,3 2476 10,3

5 3070 18,0 3590 18,6 2502 14,6

1 2443 22,3 2905 20,9 2151 16,7

Os documentos de aplicação do LNEC (LNEC, 2006 e LNEC, 2008) apresentam alguns

valores de referência para o módulo de deformabilidade, determinados laboratorialmente

recorrendo ao ensaio de flexão em 4 pontos (EN 12697-26), à temperatura de 20ºC, para uma

frequência de carregamento de 10 Hz. O Quadro 3.6 apresenta os valores nominais declarados

pelo fabricante para as duas misturas, tal como apresentados nos DA.

Quadro 3.6. Módulos de deformabilidade das MBA-BMB (LNEC, 2006) e MBR-BMB

(LNEC, 2008) declarados nos DA (temperatura: 20ºC; frequência: 10 Hz)

Tipo de Mistura Betume Base 35/50 Betume Base 50/70

Módulo de

Deformabilidade

(MPa)

MBA-BMB 1500-2500 1000-2000

MBR-BMB 3000-4500 2500-3500



Comparando os valores obtidos por Pais et al (2008a), para misturas produzidas com BB

produzido pelo processo de via húmida, com os medidos por Dias (2011), para misturas com

BB produzidas por via seca, verifica-se que neste último caso os módulos são mais baixos.

Contudo, pode observar-se que os valores cumprem genericamente o intervalo de referência

de 3000 a 4500 MPa (Quadro 3.6) declarados pelo fabricante de misturas com BB obtido por

via húmida.

3.4.2. Resistência das Misturas Betuminosas à Deformação Permanente

A deformação permanente (DP) ocorre nos materiais betuminosos devido à sucessiva

repetição de cargas (originadas pela passagem do tráfego rodoviário). Ocorrem como

depressões transversais (rodeiras) que se desenvolvem ao longo do local do pavimento onde

há passagem de rodados dos veículos, por vezes acompanhadas de elevações laterais (Capitão,

2003).

O comportamento das misturas betuminosas relativamente à DP depende dos seguintes

fatores (Branco et al, 2008):

Propriedades dos constituintes das misturas betuminosas;

Composição das misturas betuminosas (proporção de cada componente na mistura,

compacidade e procedimento de compactação);

Temperatura e ações do tráfego.

A DP ocorrida numa camada betuminosa é a soma de duas componentes: a sobrecompatação

(densificação) da camada que causa diminuição de vazios e consequente assentamento

superficial, e a deformação ocorrida por tensões de corte na camada betuminosa, devido ao

efeito das cargas do tráfego que causam deformações a volume constante (Barrão, 2011).

A DP nas camadas betuminosas surge na parte superior dos pavimentos, onde ocorrem

temperaturas mais altas nas estações quentes e maiores tensões de compressão e corte. De

referir que a deformação permanente vai aumentando com número de carregamentos, ou seja,

a DP aumenta com a quantidade de rodados que carregam o pavimento. Contudo, essa

evolução da DP com o número de carregamentos é não linear (Gardete, 2006).

A DP apresenta uma evolução que se pode descrever ao longo de três fases características

descritas abaixo e ilustradas na Figura 3.4 (Gardete, 2006; Zhou et al., 2004):

Na primeira fase (A) ocorre um aumento de deformação devido ao carregamento. Este

comportamento é devido às tensões de corte e devido também à densificação da

camada betuminosa.

Na segunda fase (B) ocorre um acréscimo mais lento da DP em cada carregamento

relativamente à fase anterior, evoluindo a deformação de forma aproximadamente

linear com o número de carregamentos. A deformação ocorre praticamente a volume

constante devido a tensões de corte.

A terceira fase (C) representa a rotura. Entra-se no domínio das grandes deformações

por corte.


34

Figura 3.4. Fases da evolução da deformação permanente de misturas betuminosas (Antunes

et al., 2006)

Para se obter um melhor entendimento no que diz respeito à deformação permanente opta-se

geralmente pela realização de ensaios laboratoriais, uns mais complexos que outros. Gardete

(2006) descreveu os ensaios laboratoriais que podem utilizar-se para estudar e caracterizar o

comportamento das misturas betuminosas à deformação permanente e quais os fatores que

podem interferir no desempenho destes ensaios. Aquele autor refere que o ensaio de pista de

laboratório (wheel-tracking) se apresenta como uma boa escolha por ser aquele que tem sido

mais utilizado na Europa. Para além de ser extremamente intuitivo, o equipamento é simples e

acessível. Apresenta ainda uma boa versatilidade para ensaiar diferentes tipos de misturas,

não obstante a obtenção de provetes ser relativamente complexa, quer em laboratório, quer em

obra.

Assim, de seguida efetua-se uma breve descrição do ensaio de pista wheel-tracking

especificado pela norma EN 12697-22, para avaliar o comportamento à DP.

O ensaio de wheel-tracking (Figura 3.5.) pode ser realizado sobre misturas fabricadas em

laboratório ou lajetas recolhidas em pavimentos existentes. Estas amostras são colocadas num

molde que permite manter a superfície nivelada com a borda superior deste.

A suscetibilidade à DP avalia-se pela medição da profundidade da rodeira criada pela

passagem sucessiva de uma roda carregada, para as condições de temperatura especificadas

no ensaio. De acordo com a norma o ensaio pode ser executado em equipamentos extra

grandes, grandes ou pequenos.

O estudo levado a cabo por Sousa et al (1999), recorrendo ao equipamento de pista de

laboratório utilizado em Espanha à data (NLT-173/842), permitiu quantificar em laboratório

as diferenças de resistência à DP entre as misturas betuminosas convencionais e as misturas

com BB.

A mistura convencional utilizada no estudo era do tipo macadame betuminoso (percentagem

de betume 35/50 de 4,5%) e os materiais utilizados no ensaio eram de natureza granítica. No

caso da mistura betuminosa com BB foi utilizado um betume do tipo 35/50 (percentagem de

2 CEDEX (1984) Resistencia a la deformación plástica de las mezclas bituminosas mediante la pista de ensayo

de laboratorio. NTL-173/84. Espanha



betume de 9%), no qual se incorporou 20% de borracha de pneus (processo por via húmida).

A mistura apresentava uma granulometria descontínua.

Figura 3.5. Equipamento de ensaio wheel- tracking (Gardete, 2006):

A referida norma espanhola avalia a resistência à DP com base na velocidade de deformação

das lajetas ensaiadas, num determinado intervalo da fase B (Figura 3.4). O Quadro 3.7

apresenta a variação da deformação obtida, correspondentes a velocidades de deformação

verificadas entre os 105 e os 120 min de ensaio.

Quadro 3.7. Variação da deformação obtida para a mistura betuminosa convencional e para a

mistura com BB (temperatura: 60ºC)

Amostra Valor médio (mm/min)

Mistura betuminosa convencional 5,3×10-3

Mistura Betuminosa com BB 8,6×10-3

Para as condições de ensaio estabelecidas para o estudo referido, verifica-se que a mistura

convencional tem um desempenho ligeiramente superior quando comparada com a mistura

betuminosa com BB. Além disso, o limiar de aceitação de misturas betuminosas

caracterizadas no ensaio de pista de acordo com a norma NLT-173/84, para a classe de

tráfego definida para o ensaio era de 15×10-3

mm/min (SGI-DGC, 2008), o qual foi cumprido

pelas duas misturas submetidas a ensaio, fazendo prever uma adequada resistência à DP.

Para as mesmas condições de ensaio e para as misturas B1, B2 e B3 (descritas acima)

fabricadas pelo processo de via seca proposto por Dias (2011), foram obtidos os resultados

presentes no Quadro 3.8.

Quadro 3.8. Resultados da velocidade de deformação (NLT-173/84)

Amostra Valor médio (mm/min)

B1 5,7×10-3

B2 3,4×10-3

B3 4,2×10-3


36

Neste caso todas as misturas apresentam desempenhos superiores aos obtidos por Sousa et al

(1999), cumprindo também o limite máximo de 15×10-3

mm/min.

3.4.3. Resistência à Fadiga

As estruturas dos pavimentos rodoviários são solicitadas ao longo do seu período de serviço

por ações, como o tráfego e a temperatura, que alteram as suas propriedades mecânicas

(Baptista, 2006).

Nas camadas betuminosas quando estas são sujeitas a repetidas passagens de cargas

originadas por veículos, ocorre o fenómeno de fadiga. Visualmente traduz-se pelo

aparecimento de fendas. No momento em que uma carga atua sobre o pavimento o valor

máximo da tensão exercida no material é, normalmente, inferior à tensão de rotura desse

mesmo material. Contudo, os sucessivos carregamentos instalados no pavimento podem levar

ao aparecimento de fendas, e consequente propagação destas através das várias camadas

betuminosas (Capitão, 2008).

As leis de fadiga permitem estabelecer uma relação entre o estado de tensão-deformação e o

número de ciclos de carga. Podem ser obtidas a partir de ensaios de laboratório com aplicação

de cargas repetidas (Fontes, 2009).

As leis de comportamento à fadiga que resultam de experiencias laboratoriais, geralmente,

relacionam a extensão máxima de tração induzida (ɛt), com o número de aplicações de carga

que lhe corresponde e que leva à ruína do material por fadiga (N). Os parâmetros A e B

dependem das características das misturas betuminosas. Essa relação é descrita através da

seguinte equação:

(3.17)

No caso de se pretender usar as leis da fadiga obtidas em laboratório para dimensionamento, o

valor obtido para a vida à fadiga (N) deve ser corrigido, por forma a levar em linha de conta

alguns aspetos difíceis de reproduzir em laboratório como, os espaços de tempo em que o

pavimento está em repouso, o tempo real de propagação do fendilhamento pelas camadas

betuminosas e a situação relacionada com a particularidade de os rodados dos pesados não

incidirem sempre sobre o mesmo local (Baptista, 2006).

Uma das formas de medir a resistência relativa de várias misturas à fadiga é o uso do

parâmetro ɛ6, o qual traduz a extensão de tração necessária para provocar a ruína

(convencional) por fadiga após um milhão de ciclos de carga (Capitão, 2008).

Um dos ensaios mais utilizados na caracterização da resistência à fadiga é o ensaio de flexão

em quatro pontos. O ensaio pode ser realizado de acordo com a norma EN 12697-24 e

consiste em submeter um provete prismático que se encontra apoiado nas duas extremidades,

a um carregamento cíclico com direção vertical, perpendicular ao eixo longitudinal do

provete, aplicado através de dois apoios internos posicionados nos limites do terço central da

viga.

O equipamento de ensaio (Figura 3.6.) é o mesmo que permite a medição de módulos de

deformabilidade, sendo constituído por uma câmara que permite o controlo da temperatura,

podendo para cada ensaio acondicionar-se o provete a diferentes temperaturas. O atuador



hidráulico é o mecanismo que permite aplicar uma força através dos dois pontos de

transmissão de carga internos (Mendes, 2011).

Figura 3.6. Equipamento ensaios de flexão

Miranda (2007) efetuou um estudo de desempenho de misturas betuminosas rugosas com alta

percentagem de borracha, sobretudo no que respeita à resistência à fadiga. A avaliação desta

propriedade foi realizada através de ensaios de flexão em quatro pontos. As principais

características das misturas estudadas são descritas no Quadro 3.9.

Quadro 3.9. MBR com BB utilizadas no estudo (Miranda, 2007)

Tipo de

Mistura

Natureza dos

Agregados

Tipo de

Betume

Betume no

Ligante [%]

BB na Mistura

Betuminosa [%]

MBR 1 Granitos 35/50 20 8,5

MBR 2 Seixos 35/50 20 8,5

A MBR 1 foi recolhida em obra e posteriormente caracterizada em laboratório. A MBR2 foi

produzida em laboratório.

Os ensaios realizaram-se a uma temperatura constante de 20°C e a frequência de aplicação de

carga usada foi de 10 Hz. Foram aplicados valores de extensão que se encontravam entre

400x10-6

e 700x10-6

. Os ensaios foram executados até se verificar uma redução igual ou

superior a 50% do módulo de deformabilidade inicial. Como resultado dos ensaios obtiveram-

se as leis de fadiga representadas na Figura 3.7.


38

Figura 3.7 Leis da fadiga obtidas para as misturas MBR1 e MBR2 (adaptado de Miranda,

2007)

Efetuando o cálculo de ɛ6 para as duas misturas obtiveram se os resultados expostos no

Quadro 3.10.

Quadro 3.10. Resultados do cálculo de ɛ6 (Miranda, 2007)

Mistura Resultados obtidos para ɛ6 (×10-6

m/m)

MBR 1 640

MBR 2 550

Nos seus estudos, Miranda (2007) verificou que as misturas betuminosas estudadas

apresentam um bom comportamento à fadiga. Obteve valores de ɛ6 superiores a 500×10-6

.

Comparando estes resultados com os da investigação de Sousa et al. (1999), na qual se

obtiveram valores de ɛ6 da ordem de 100×10-6

para as misturas convencionais, verifica-se

então que a resistência à fadiga das misturas com BB é muito superior à das misturas

convencionais.

Para condições de ensaio semelhantes fabricadas pelo processo de via seca proposto por Dias

(2011), foram obtidos os resultados presentes no Quadro 3.11 para as misturas B1, B2 e B3

descritas anteriormente.

Quadro 3.11. Resultados do cálculo de ɛ6 (Dias, 2011)

Mistura Resultados obtidos para ɛ6 (×10-6 m/m)

B1 240

B2 315

B3 360

Comparativamente ao estudo realizado por Sousa et al. (1999), verifica-se que as misturas

com BB fabricadas por via seca apresentam resistência à fadiga superior à das misturas

convencionais.



3.4.4. Sensibilidade à Água

A sensibilidade à água das misturas betuminosas é uma propriedade que influência o

desempenho da mistura e é um fator importante para a durabilidade dos pavimentos. A ação

da água provoca a perda de adesividade entre o betume e o agregado, reduzindo a coesão e

resistência da mistura (Batista et al., 2008).

Para avaliação da sensibilidade à água era habitual considerar os resultados obtidos através da

norma militar americana MIL-STD-620A, tendo-se passado a utilizar a norma de ensaio EN

12697-12.

Sucintamente, o ensaio de sensibilidade à água é avaliado por ensaios de resistência mecânica,

executados sobre dois grupos de provetes sujeitos a diferentes condições. A sensibilidade à

água determina-se medindo a resistência à tração indireta (ITS) para um grupo de provetes

sem condicionamento (ITSd) preparados segundo a EN12697-23, e provetes condicionados

em água (ITSw) de acordo com a EN 12697-12. Este último grupo deve ser acondicionado em

banho de água a 40±1 °C durante 68 a 72 horas. De forma a garantir o correto

condicionamento dos provetes a norma indica que estes devem ser sujeitos a vácuo em água.

Em ambos os casos os ensaios são realizados à temperatura de 25 °C.

No estudo laboratorial referido por Batista et al. (2008), foi analisada a sensibilidade à água

segundo a norma MIL-STD-620A e a norma EN12697-12. As duas misturas produzidas para

análise da sensibilidade à água são descontínuas e as principais características são

apresentadas no Quadro 3.12. Os provetes de ensaio foram preparados de acordo com a

metodologia de Marshall (com 75 pancadas). Os resultados dos ensaios são apresentados

sucintamente no Quadro 3.13.

Quadro 3.12. Características das misturas avaliadas no estudo

Tipo de

Mistura

Características do Ligante

(produzido por via húmida)

Mistura de Agregados

(Granulometria descontínua) Percentagem de Ligante

(% relativa à massa total

da mistura) Betum

e Base

Percentagem de

Borracha (%) Natureza

Dimensão

máxima (mm)

MBR-

Granitos 35/50 20

Granítica

12,5 8,5

MBR-Seixos Seixos

Quadro 3.13. Resultados da resistência conservada

Tipo de Mistura

Porosidade dos

Provetes

(média)

Resistência

conservada

Marshall (%)

Resistência

conservada

ITSR (%)

Valores Típicos para MBR-

BBA (%) (EP, 2012)

MBR-Granitos 4,6 96 - Resistência conservada

Marshall,min 75

MBR-Seixos 2,8 99 -

MBR-Granitos 3,7 - 86 ITSR,min 65

MBR-Seixos 2,5 - 67


40

Os valores obtidos pela norma europeia foram mais reduzidos que os obtidos pela norma

americana. Além disso, os valores encontram-se de acordo com os requisitos estabelecidos no

Caderno de Encargos da EP (2012). A resistência à ação da água foi menor nas MBR

produzidas com seixo.

3.5. Envelhecimento dos betumes

O envelhecimento do betume ocorre em duas etapas: o envelhecimento a curto prazo e o

envelhecimento a longo prazo. O envelhecimento a curto prazo ocorre durante o processo de

mistura, armazenamento, transporte, espalhamento e compactação. Já o envelhecimento a

longo prazo surge durante o período em que as camadas estão em serviço. (Junior, 2004)

Durante o processo de fabrico, a temperatura no misturador, no momento da mistura dos

agregados e do ligante, é uma das principais causas do envelhecimento do betume a curto

prazo. Neste processo, que ocorre a altas temperaturas, os agregados são envolvidos com uma

fina pelicula de ligante e a presença de oxigénio associada a uma grande superfície de

exposição leva ao incremento da taxa de envelhecimento (Junior, 2004).

A oxidação do betume ocorre por causa da reação das suas moléculas com o oxigénio

presente na atmosfera. Este fenómeno torna o betume mais vulnerável ao fendilhamento

térmico e à fadiga. Na realidade, uma parte considerável de endurecimento por oxidação e

perda de voláteis acontece ainda antes do betume ser aplicado durante as etapas de mistura,

transporte e compactação (Specht, 2004).

O envelhecimento surge com o decréscimo do teor de aromáticos que se transformam em

resinas e, posteriormente, em asfaltenos. Terminado o processo existe uma variação

insignificante do teor de saturados e resinas, decremento do teor de aromáticos e incremento

no teor de asfaltenos (Tonial, 2001).

O principal fator considerado responsável pelo envelhecimento a longo prazo, segundo Shell

(2003) é a porosidade da mistura, uma vez que quanto maior for o seu valor mais acelerada

tende a ser a velocidade de envelhecimento do ligante, o que tornará a mistura mais dura. A

espessura da película de ligante que envolve os agregados é igualmente importante no

envelhecimento a longo prazo. Quanto mais espessa for essa película, menor será o efeito do

envelhecimento e a mistura será mais flexível e durável. O ligante exposto à superfície do

pavimento tende a envelhecer mais rapidamente devido às altas temperaturas que aí se fazem

sentir, à forte presença de oxigénio e à oxidação resultante da incidência dos raios ultra

violetas sobre a superfície.

Segundo a Shell (2003), pela análise do índice de envelhecimento (relação entre a viscosidade

do betume recuperado ηr e a viscosidade inicial do ligante η0) ao longo do tempo verificou-se,

conforme se ilustra na Figura 3.8, que o processo de envelhecimento evolui ao longo de três

fases. A fase de mistura na central, onde ocorre cerca de 60% do envelhecimento total, a fase

de armazenamento, transporte, espalhamento e compactação que representa cerca de 20% do

envelhecimento total, e o envelhecimento durante o tempo de serviço (20% do

envelhecimento total).



Para avaliar as modificações sofridas pelos ligantes na fase construtiva (oxidação e

evaporação de compostos voláteis) e/ou durante parte do tempo após estar alguns anos em

serviço (oxidação), pode-se simular em laboratório o envelhecimento acelerado do betume

(Capitão, 2003).

Figura 3.8. Evolução do processo de envelhecimento do betume (adaptado de Shell, 2003)

Em particular as misturas com BB devido a incorporação de borracha que tem antioxidantes e

carbono causa o decréscimo do envelhecimento por oxidação. No processo de fabrico do BB

ocorre a interação entre o betume e a borracha. A borracha absorve os maltenos que integram

a parte volátil e aromática do betume. A maior capacidade de fixação dos maltenos torna as

misturas com BB mais resistentes ao envelhecimento quando comparadas com as

convencionais, onde os maltenos se perdem mais rapidamente ao longo do tempo (Vicente,

2006).

Para melhor compreender o efeito do envelhecimento nas misturas betuminosas (rugosas)

com BB recorreu-se ao estudo realizado por Batista et al. (2006).

A obra consistiu na reabilitação de dois troços da EN 104 e 105. No total foram reabilitados

30 km de camada de desgaste (com 6 cm de espessura) entre 1999 e 2000. A mistura estudada

apresentava as características descritas no Quadro 3.14.

Quadro 3.14. Características da mistura betuminosa em estudo

Tipo de

Mistura

Características do Ligante

(produzido por via húmida)

Mistura de Agregados

(Granulometria descontínua)

Percentagem

de Ligante (%

relativa à

massa total da

mistura) Betume Base

Percentagem

de Borracha Natureza

Dimensão

máxima (mm)

MBR-BB 35/50 18 Granítica 14 7

Nesse estudo realizou-se a recolha de amostras de lajes no pavimento. Duas das lajes foram

recolhidas em 2000, sendo que uma não foi sujeita a envelhecimento acelerado (L1) e a outra

foi sujeita a envelhecimento acelerado, que consistiu na colocação dos provetes de ensaio


42

numa estufa a 85 °C por um período de 5 dias (L2). Em 2005 foi recolhida no mesmo

pavimento uma laje para posterior estudo das suas características em laboratório (L3).

A avaliação do módulo de deformabilidade e do comportamento à fadiga foi efetuada com

base na norma AASHTO TP8-94. Realizaram ensaios de flexão simples, com extensão

controlada, onde foi aplicado um carregamento sinusoidal com 10 Hz de frequência. Os

módulos de deformabilidade obtidos são resumidos no Quadro 3.15 e a vida à fadiga das

misturas ensaiadas é apresentada na Figura 3.9.

Quadro 3.15. Módulos de deformabilidade

Identificação Módulo de Deformabilidade, 20 °C (MPa)

L1 3200

L2 4300

L3 6700

Verificou-se um aumento dos módulos de deformabilidade ao longo do tempo de serviço. As

amostras recolhidas enquanto novas apresentaram módulos mais baixos que a recolhida ao

fim de 5 anos de serviço. Dentre as lajetas recolhidas aquando da construção, a que não foi

submetida ao procedimento de envelhecimento acelerado levou a valores do módulo de

deformabilidade mais reduzidos.

A lei de fadiga obtida para os provetes não envelhecidos mostra um melhor comportamento.

As leis da fadiga obtidas para L2 e L3 são semelhantes, o que indica que o método usado para

o estudo do envelhecimento aparenta simular corretamente o envelhecimento das misturas.

Figura 3.9 Vida à fadiga das misturas em estudo

A deformação permanente foi avaliada através da realização de ensaios de simulação de

tráfego em pista de laboratório, no equipamento wheel-tracking, de acordo com a NLT-

173/84, a uma temperatura de ensaio de 60 °C. Os resultados da velocidade de deformação

entre os 105 e os 120 minutos (V105-120 min) são os apresentados no Quadro 3.16.



Quadro 3.16. Velocidade de Deformação

Identificação Velocidade de deformação entre

os 105 e os 120 minutos (x10-3

mm/min)

L1 11

L3 2

Os valores obtidos respeitam o limite máximo de velocidade de deformação (12x10-3

mm/min) para as condições de tráfego daquela rodovia (SGI-DGC, 2008). O comportamento

à deformação permanente melhorou ao longo da vida em serviço.

Os resultados medidos no estudo realizado por Batista et al. (2006) mostram que as misturas

com BB também sofrem um endurecimento assinalável quando em serviço, uma vez que os

módulos de deformabilidade aumentaram, a resistência à fadiga diminuiu um pouco e a

resistência à deformação permanente aumentou.

3.6. Características Funcionais

Um pavimento deve constituir uma superfície livre e desempenada com a finalidade de

permitir o tráfego rodoviário, garantindo as condições mínimas apropriadas de conforto,

segurança e economia (LNEC, 2005).

As características funcionais de um pavimento dependem principalmente das suas

características superficiais. O acabamento superficial e os materiais utilizados na construção

do pavimento afetam o seu desempenho no que diz respeito a aspetos como a aderência entre

o pneu e o pavimento, a projeção de água quando ocorre precipitação, o desgaste excessivo

dos pneus, a geração de ruído, as ações dinâmicas do tráfego, a textura superficial, entre

outros.

As misturas betuminosas que incorporam BB têm algumas peculiaridades em termos das suas

características superficiais, razão pela qual se justifica uma breve referência a essas

propriedades.

3.5.1.Geração de Ruído

O ruído causado por um veículo é originado pelo motor, pelo contacto do pneu com a via e

pelo efeito aerodinâmico. Um fator que interfere fortemente com as três causas do ruído

anteriormente referidas é a velocidade do veículo. Para baixas velocidades o ruído provém

predominantemente do motor. Já a velocidades elevadas o contacto entre o pneu e a via é o

fator que causa maior ruído. O tempo de serviço do pavimento, o qual condiciona o estado de

conservação da superfície, é outros dos aspetos que influenciam o nível de ruído.

A redução do nível de ruído nas vias de comunicação levou ao desenvolvimento de soluções

que permitam a conceção de pavimentos que possuam camadas de desgaste com

características de baixa emissão sonora (Guerra et al., 2004).

A partir da realização de ensaios acústicos é possível comparar o ruído gerado em diferentes

pavimentos e comparar resultados, com o objetivo de conhecer quais são os que apresentam

menores níveis de ruído.


44

No estudo comparativo levado a cabo por Guerra et al. (2004), avaliaram-se as características

de uma camada de desgaste com BB e uma camada de desgaste em betão betuminoso

tradicional. Realizaram medições dos níveis sonoros LAeq, de acordo com a norma NP 1730.

Realizaram-se cinco ensaios em três localizações distintas, onde se efetuaram medições

simultâneas dos níveis sonoros recorrendo para esse fim a sonómetros. Os sonómetros foram

colocados sempre à mesma distância da berma da via e afastados em intervalos superiores a

150 m. As condições de tráfego eram semelhantes nas várias zonas.

Verificaram que nas zonas com pavimento betão betuminoso os níveis de ruído eram

superiores em cerca de 5-6 dB relativamente aos níveis verificados no pavimento com BB. O

mesmo estudo concluiu que a utilização de misturas com BB é uma boa solução a considerar

para minimizar o ruído originado pelo tráfego rodoviário.

A utilização de pavimentos com BB em camadas de desgaste torna-se assim uma boa solução

a utilizar em zonas onde são exigidos pavimentos cujas camadas de desgaste possuam

características de baixa emissão sonoro.

Freitas et al. (2008) efetuou a avaliação do ruído do tráfego através da norma ISO 11819-1,

que permite que se meça o nível sonoro máximo de um número estatisticamente expressivo de

passagens individuais de três veículos de diferentes categorias, que circulam a uma

determinada velocidade (50, 70 e 90 km/h) em superfícies isentas de patologias. Os tipos de

misturas da superfície são descritos no Quadro 3.17. Os resultados da variação do nível médio

de ruído em relação à superfície de referência S4 (betão betuminoso denso) estão

representados na Figura 3.10.

Quadro 3.17. Misturas utilizadas nas diferentes superfícies (Freitas et al., 2008)

Tipo de

Mistura

S1 Betão

Betuminoso

Rugoso

S2

Microbetão

Betuminoso

Rugoso

S3

MBR-

BMB

S4 Betão

Betuminoso

Denso

S5

Microbetão

Betuminoso

Rugoso

S6

MBA-

BMB

S7

MBA-

BMB

Dimensão

máxima do

agregado

(mm)

12 6 15 16 7 12 10

Percentagem

de Betume

(%)

5,1 6,2 7,5 4,9 6,1 9,0 9,0

Percentagem

de borracha

(por peso de

Betume) (%)

- - 18 - - 18 18

Idade da

Camada

(Anos)

1 2 7 10 4 <1 <1



Figura 3.10. Variação do ruído tomando como referência a S4

Verifica-se que as superfícies S6 e S7 constituídas por MBA-BMB apresentam uma redução

de ruído à velocidade de 90 km/h (LP) de 4,7 e 7,3 dB respetivamente. Para o caso dos

veículos pesados somente a uma velocidade de 70 km/h é que para a MBA-BMB (S7) é que

se verifica uma ligeira redução do ruído face à mistura de referência.

Para a superfície S3 (MBR-BMB) verifica-se que independentemente da velocidade e do tipo

de veículo o ruído é sempre superior à mistura de referência (Freitas et al., 2008).

Os resultados de medição acústica obtidos por Qing et al (2010) permitiram verificar que em

comparação com as camadas betuminosas convencionais densas da mesma idade, as camadas

superficiais com BB geram em geral níveis de ruído mais baixos. A redução tem origem na

melhor resistência ao fendilhamento das misturas com borracha. Além disso, aquele estudo

sugere que as misturas abertas novas com borracha conduzem a uma redução sonora

semelhante às misturas abertas novas convencionais, embora as misturas com borracha

mantenham o nível de redução mais tempo que as convencionais.

A impedância mecânica (rigidez) das superfícies dos pavimentos é mais elevada que a do piso

do pneu. Reduzindo a impedância do pavimento tende a reduzir-se as forças de impacto

transmitidas pelos pneus, diminuindo os níveis de vibração e, assim, a geração de ruído

(FEHRL, 2006). Contudo, têm sido medidas maiores reduções de ruído com misturas

descontínuas com agregados de pequena dimensão, independentemente de conterem ou não

borracha. A textura superficial, muito dependente da dimensão do agregado parece ter uma

grande influência na atenuação acústica verificada (Freitas et al., 2008).

3.5.2. Textura

A textura de uma camada superficial de um pavimento é uma característica que lhe confere

determinadas qualidades funcionais. Assim, a textura é determinante para fatores como o

desenvolvimento de forças de atrito entre o pneu e o pavimento, quer o piso esteja molhado,

quer esteja seco. A textura influencia também a resistência ao rolamento e o ruído originado

Legenda:

L(P) – Veículo ligeiro (Volkswagen Pólo)

L(S) - Veículo ligeiro (Nissan Strakar)

P – Veiculo Pesado


46

pela interação entre o pneu e o pavimento. A textura é habitualmente diferenciada como

microtextura, macrotextura e megatextura.

O ensaio da mancha de areia é realizado segundo a norma europeia EN 13036-1 (2001),

permite determinar a profundidade média da textura superficial (MTD) da camada de

desgaste. Antes da execução do ensaio prepara-se previamente a superfície do pavimento. A

superfície não deve ter fissuras e deve estar seca, devendo ser limpa com uma escova.

A execução deste ensaio baseia-se no espalhamento de um determinado volume (V) de

material conhecido sobre o pavimento, em forma circular. Com uma régua mede-se o

diâmetro da área circular formada sobre o pavimento em quatro direções diferentes. Efetua-se

o cálculo do diâmetro médio (D) e através da expressão 3.18 determina-se a profundidade

média das depressões da superfície da camada.

(3.18)

Os valores da profundidade da textura do pavimento dependem mais da granulometria dos

agregados utilizados no fabrico da mistura que do tipo de ligante utilizado. Por isso, os

valores de MTD típicos das camadas com BB são semelhantes aos que se obtêm para misturas

convencionais de granulometrias similares (Quadro 3.18).

Quadro 3.18. Profundidade de textura superficial de camadas betuminosas com BB

Ensaio

Valores para um betume

base 35/50 ou 50/70

(MBA-BMB) (LNEC,

2006)

Valores para um betume

Base 35/50 ou 50/70 (MBR-

BMB)

(LNEC, 2008)

Valores para

AC 14 Surf

(EP, 2009)

Técnica

Volumétrica

da Mancha de

Areia (MTD)

≥ 1,1 mm ≥ 1,0 mm ≥ 1,0 mm

3.5.3. Atrito

A aderência é uma característica superficial importante do ponto de vista da segurança

rodoviária. O atrito depende de fatores como a textura superficial, a interpenetração entre o

rasto dos pneus e as asperezas do pavimento, o nível de desgaste dos agregados da superfície

do pavimento e a presença de água originada pela precipitação.

O coeficiente de atrito é um parâmetro que permite determinar o nível de aderência entre o

pneu e o pavimento. Depende de diferentes fatores como as características da superfície e o

seu estado de conservação, o estado dos pneus (e da velocidade de circulação dos veículos) e

ainda das condições climatéricas (Pinto, 2003).

Alguns dos ensaios mais usuais para medir o atrito são:

Pêndulo Britânico – caracterização pontual do atrito;

GripTester – caracterização em contínuo do atrito superficial de um pavimento.

SCRIM – Sideway-force Coefficient Routine Investigation Machine

O ensaio pêndulo Britânico (EN 13036-4: 2003) permite efetuar medidas localizadas do

coeficiente de atrito cinemático, avaliando a energia absorvida por atrito, no momento em que



a borracha do pêndulo desliza sobre o pavimento. Possibilita que se simule o desempenho de

um veículo sobre uma superfície molhada, a uma velocidade de cerca de 50 km/h (Menezes,

2008). No ensaio mede-se o valor de PTV (Pendulum test value) que é uma medida indireta

do atrito entre o pneu e pavimento.

Outro equipamento usado para medir o coeficiente de atrito longitudinal em contínuo do

pavimento é o Grip Tester (BS 7941-2:2000). É um equipamento com três rodas e tem um

peso que ronda os 85 kg. Pode ser rebocado por um qualquer veículo rebocador, desde que

este tenha a capacidade de transportar um depósito de água com 500 litros. A quantidade de

água utilizada é regulada automaticamente pelo equipamento de acordo com a velocidade do

veículo.

O ensaio pode ser utilizado perante diferentes condições ambientais e ser realizado a

velocidades compreendidas entre 5 e 130 km/h. As velocidades recomendadas para este

ensaio em estrada situam-se nos 50 km/h.

O coeficiente de atrito é medido através de um pneu normalizado que está montado numa

roda que se encontra parcialmente bloqueada. São medidas as forças horizontais e verticais

exercidas no pneu sob determinadas condições normalizadas (velocidade e espessura da

película de água). Realizadas as medições, é possível determinar o coeficiente de atrito de

forma automática e estes valores são transmitidos para o computador que aloja os dados. O

Grip Number (GN) traduz a média de um certo número de leituras do atrito instantâneo ao

longo de uma determinada secção onde ocorreu o ensaio. Os valores mais usuais para estes

ensaios situam-se entre 0,0 e 1,2 (Menezes, 2008).

O Quadro 3.19 resume os valores nominais para as propriedades de resistência à derrapagem.

Quadro 3.19. Características típicas de resistência à derrapagem de misturas com BB

Características Ensaio

Valores para

um betume

base 35/50 ou

50/70 (MBA-

BMB)

(LNEC, 2006)

Valores para

um betume

base 35/50 ou

50/70 (MBR-

BMB)

(LNEC, 2008)

Caderno de

Encargos da

EP para

misturas

convencionais

(EP, 2009)

Resistência à

derrapagem

Coeficiente de

atrito pontual

(PTV)

Ensaio Pendulo

Britânico

(EN 13036-4)

- ≥ 70 ≥ 60

Coeficiente de

atrito em

contínuo

(Grip Number)

Ensaio Grip Tester;

velocidade 50 km/h

e película de água

0,5 mm (BS 7941-

2)

≥ 0,75 ≥ 0,65 ≥ 0,60

Comparando os valores obtidos pelos documentos de aplicação do LNEC, emitidos para o

produtor Recipav, com os valores mínimos estabelecidos no caderno de encargos da EP (EP,

2009), verifica-se que pelas misturas com BB tem requisitos superiores aos exigidos

geralmente para superfícies de pavimentos construídas com misturas convencionais.

A medição do coeficiente de atrito transversal (CAT) em contínuo pode ser efetuada

utilizando o SCRIM.


48

O SCRIM pode ser equipado com um texturómetro laser que possibilita a medição da

macrotextura ao mesmo tempo que mede o CAT. O texturómetro encontra-se instalado na

parte frontal do veículo, alinhado com o ponto de contacto da roda de ensaio com o

pavimento. Este ensaio pode ser adaptado de maneira a possibilitar a caracterização da

aderência nas zonas de passagem dos rodados. O registo dos dados pode ser efetuado em

intervalos de 5, 10 ou 20 m consoante a escolha realizada pelo operador antes do começo do

ensaio. Os dados registados são os valores do CAT, velocidade de medida, e a média destes

valores (Pinto, 2003).

Segundo a EP (2009) os valores do coeficiente de atrito (à velocidade de 50 km/h) medidos

através do equipamento tipo SCRIM não devem ser inferiores a 0,50.


Neste capítulo apresentaram-se as características gerais das misturas betuminosas e discutiu-

se em que medida essas características podem ser melhoradas para aumentar o seu

desempenho.

Posteriormente descreveu-se em traços gerais quais os processos de formulação de misturas

betuminosas existentes. Indicaram-se algumas granulometrias que têm sido empregues em

misturas betuminosas com BB em Portugal. Descreveu-se o método de Marshall, que é um

dos mais utilizados em todo o mundo. No entanto, existem algumas alterações a introduzir-

lhe, as quais também são descritas para que se possa ter uma interpretação mais correta deste

método quando aplicado às misturas betuminosas com BB.

Analisaram-se as características de desempenho mecânico das misturas betuminosas com BB,

nomeadamente os valores do módulo de deformabilidade, e a resistência à deformação

permanente e à fadiga. Avaliou-se também a sensibilidade à água das misturas com BB.

Efetuou-se ainda uma comparação dos resultados indicados na bibliografia com os

habitualmente medidos em misturas betuminosas convencionais. Verificou-se que as misturas

betuminosas com BB apresentaram geralmente boas características mecânicas,

frequentemente com melhorias significativas relativamente às misturas convencionais.

Descreveu-se o processo do envelhecimento das misturas betuminosas e o modo com tende a

evoluir ao longo do tempo. Verificou-se que as misturas betuminosas com BB envelhecem a

um ritmo mais lento que as misturas convencionais.

As características funcionais das misturas betuminosas com BB, importantes na garantia de

segurança e conforto de uma rodovia, tendo-se discutido com maior detalhe a geração de

ruído, a textura e atrito superficiais.

CAPÍTULO 4


4. FABRICO, PROCESSO CONSTRUTIVO E ANÁLISE COMPA-

RATIVA


Após o estudo das composições típicas e do processo de formulação de misturas betuminosas

com BB e depois de se analisar algumas das características que lhes conferem um bom

desempenho para as solicitações a que serão sujeitas durante o período de serviço, neste

capítulo apresenta-se uma síntese dos procedimentos de fabrico para colocação em obra das

misturas com BB.

Descrevem-se os diferentes tipos de centrais utilizadas para o fabrico de misturas betuminosas

com borracha que podem encontrar-se no mercado, os principais equipamentos que

constituem essas centrais e os procedimentos gerais usados no fabrico das misturas.

Analisam-se também outros aspetos do processo produtivo e construtivo, como o transporte

das misturas até à obra e o processo de espalhamento e compactação para a construção de

camadas de pavimentos.

No final do capítulo, efetua-se uma análise das vantagens e dos inconvenientes das misturas

betuminosas com borracha que têm sido referidos na bibliografia. Apresenta-se ainda uma

análise custo/benefício efetuada por outros autores.

4.2. Fabrico de Misturas com Betume Borracha

4.2.1 Centrais de Misturas Betuminosas

Uma central de fabrico de misturas betuminosas é uma instalação industrial onde os

agregados e o betume são doseados e misturados, dando origem aos diferentes tipos de

misturas que se podem encontrar no mercado (Branco et al., 2008). As centrais de produção

de misturas betuminosas podem ser contínuas ou descontínuas.

Nas centrais descontínuas inicialmente ocorre o doseamento volumétrico e/ou ponderal dos

agregados nas tremonhas doseadoras, seguindo-se a sua secagem e aquecimento no tambor-

secador. Entretanto, os agregados aquecidos podem ser temporariamente armazenados, antes

da sua entrada no misturador. Consoante a amassadura pretendida para determinada obra os

agregados quentes, ligantes, aditivos e o fíler são misturados por amassadura individualizada

no misturador. Finalizada a mistura, ocorre a sua descarga para o respetivo veículo de

transporte até ao local de obra.

As centrais contínuas diferem das centrais descontínuas uma vez que nas primeiras a mistura

dos constituintes é feita no mesmo tambor que procede ao aquecimento e secagem dos

materiais agregados, ou seja, é realizado o doseamento volumétrico e/ou ponderal dos

agregados, seguindo-se a sua secagem e aquecimento no tambor-secador-misturador. No

mesmo tambor são injetados os ligantes e aditivos, de modo a misturar os diversos

componentes. Para finalizar descarrega-se a mistura betuminosa para ser transportada até à

obra.

Fabrico e Processo Construtivo das Misturas Betuminosas com Borracha

50

As misturas com BB podem ser produzidas em centrais contínuas ou descontínuas

anteriormente descritas, não existindo nenhuma alteração dos equipamentos da central para

produzir este tipo de misturas. Na produção de misturas com BB que incorporam BB

produzido por via húmida, em obra, existe apenas um equipamento móvel, que é colocado

junto à central para produção do novo ligante que é posteriormente adicionado no misturador

da central, conforme é ilustrado na Figura 4.1. Depois da produção do BB estar terminada, o

tempo para se produzir mistura betuminosa com borracha na central é igual ao das misturas

convencionais.

As misturas que incorporam ligante produzido por via seca pelo processo proposto por Dias

(2011) foram produzidas em centrais descontínuas, não tendo havido necessidade de qualquer

alteração do equipamento da central. Neste caso existe a particularidade de o granulado de

borracha ser colocado de forma manual diretamente na misturadora da central, ocorrendo a

interação entre os constituintes da mistura desde essa fase até à compactação em obra.

Figura 4.1. Central de produção de misturas betuminosas (Gonzalez, 2010)

4.2.2. Produção do Betume-Borracha

O equipamento para a produção de BB pode ser colocado entre o tanque de armazenamento

do betume a modificar e o misturador da central. A sua função é aquecer o betume

convencional com a borracha durante um determinado período de tempo, a uma determinada

temperatura e sob agitação contínua, de forma a permitir a interação entre o betume e a

borracha nas condições desejadas para uma determinada mistura, com vista à obtenção dos

melhores desempenhos (Baptista, 2005). A Figura 4.2 mostra a produção de misturas

betuminosas com fabrico do BB em obra, e a Figura 4.3 representa o equipamento de fabrico

de BB colocado junto à central.

Fabrico e Processo Construtivo das Misturas Betuminosas com Borracha CAPÍTULO 4


Figura 4.2 Esquema de uma central de produção misturas betuminosas, com produção do BB

em obra (CEDEX, 2007).

Figura 4.3 Equipamento utilizado pela empresa portuguesa Recipav na produção de BB

(Ribeiro, 2012)

Medina et al. (2003) referem que o BB produzido com incorporação de alta percentagem de

borracha apresenta uma grande viscosidade, o que torna o produto final instável relativamente

ao armazenamento.

A empresa portuguesa Recipav é uma das que adotou o método de produção de BB no

estaleiro de obra. Esta empresa incorpora cerca de 18 a 22% de granulado de borracha (de

origem criogénica) relativamente ao peso total de ligante (LNEC, 2008). A Probigalp

desenvolveu também uma tecnologia para a produção de BB em obra com a incorporação de

altas percentagens (16 a 22%) de borracha (Probigalp, 2011).

O BB produzido em fábrica ou em refinaria tem processos de fabrico e produção semelhantes

ao betume modificado com polímeros. Cada fabricante utiliza procedimentos próprios de

fabrico do BB que normalmente se encontram patenteados.

Assim, dependendo do fabricante de ligante, as unidades de fabrico possuem equipamentos

com elevado poder de agitação que permitem a dispersão do granulado de borracha no betume

convencional (CEDEX, 2007). Contudo, a produção de BB em fábrica proporciona um

Tambor-Secador-

Misturador


52

controlo mais exigente do processo produtivo e permite a obtenção de um produto final de

maior qualidade (CEDEX, 2007; Nunes, 2005).

Para se obter uma mistura estável, o fabricante pode optar por adicionar estabilizantes

químicos ou elastómeros. (CEDEX, 2007). A estabilidade ao armazenamento é referida por

Vicente (2006) como uma vantagem, pois a homogeneidade do produto garante

trabalhabilidade da mistura no período em que decorre a pavimentação. Aquele autor refere

ainda que é necessário apenas um reservatório específico para o armazenamento junto à

central de mistura (habitualmente usado para armazenamento de outros betumes

modificados).

4.2.3. Betume-borracha Produzido em Portugal

Em Portugal existem várias empresas produtoras de BB. As principais empresas presentes

neste mercado são a Probigalp, a Cepsa, a Repsol, a Lusasfal e a Recipav. Cada empresa tem

diferentes produtos, que diferem no modo de produção, granulometria da borracha utilizada,

tipo de betume base, tempos e temperaturas de interação entre os dois componentes e

características finais do produto a comercializar. Os produtos disponíveis no mercado

nacional podem ser fabricados em obra com equipamento específico ou produzidos em

fábrica.

De seguida apresenta-se uma breve descrição dos produtos que cada uma das empresas

produz e algumas das principais características dos BB que disponibilizam no mercado.

A empresa Cepsa apresenta no mercado dois produtos fabricados nas suas refinarias: o BBM

35/50 e o BBM 50/70. O processo utilizado para a produção do granulado de borracha é a

trituração mecânica. O produto apresenta baixa viscosidade e é estável ao armazenamento. A

temperatura de fabrico de uma mistura betuminosa com BBM 35/50 ronda os 170 a 180 °C e

a temperatura de compactação deve estar compreendida entre 165 e 175 °C (CEPSA, 2012).

A Probigalp disponibiliza quatro tipos diferentes de Betume: Viambiente BBB (betume com

baixa percentagem de granulado de borracha); Viambiente BBM e Viambiente BBM Dreno

(betume com média percentagem de granulado de borracha); Viambiente BBA® (betume alta

percentagem de granulado de borracha).

O Viambiente BBB tem baixa percentagem de borracha, não ultrapassando 8% em relação à

massa total de ligante. Pode ser produzido em fábrica, ou em obra, e apresenta baixa

viscosidade comparativamente aos produtos com maior percentagem de borracha, o que o

torna mais estável ao armazenamento.

O Viambiente BBM incorpora cerca de 10 a 14 % de borracha em relação à massa total de

ligante. Este produto também pode ser produzido em fábrica ou em obra. O Viambiente BBM

Dreno é utilizado para misturas drenantes.

O Viambiente BBA® poderá incorporar percentagens de borracha na ordem de 16 a 22%, em

relação à massa total do ligante, e é produzido em obra. Apresenta alta viscosidade e

instabilidade ao armazenamento (Probigalp, 2012).



A empresa Recipav disponibiliza três produtos de BB: o betume modificado com baixa

percentagem de borracha reciclada de pneus (BBB); o betume modificado com média

percentagem de borracha reciclada de pneus (BBM); o betume modificado com alta

percentagem de borracha reciclada de pneus (BBA).

O processo de incorporação da borracha de pneu no betume base é realizado por via húmida

num equipamento constituído por um misturador e tanques de reação durante um determinado

tempo e a uma temperatura definida. O fabrico segue os procedimentos indicados na Norma

ASTM D 6114, incorporando-se no betume um mínimo de 20 a 22% de granulado de

borracha sobre o peso total do ligante (Recipav, 2012a).

A propósito do ligante fabricado pela Lusasfal, Vicente (2006) refere que o betume a

modificar é armazenado à temperatura mínima necessária para permitir o seu manuseamento.

A empresa possui um equipamento que em poucos segundos é capaz de aquecer o betume a

cerca de 180-200 °C, no momento em que é realizado o processo de mistura do betume com a

borracha. O BB é produzido em fábrica por via húmida e a borracha utilizada provém, quer de

trituração mecânica, quer do processo criogénico. A empresa utiliza um procedimento que

consiste, numa primeira fase, em colocar o betume num depósito no qual se adiciona o

granulado de borracha de pneu, ocorrendo agitação durante um determinado período de

tempo, de forma a promover a interação entre a borracha e o betume. No segundo depósito

pode-se programar a velocidade de agitação e a temperatura da mistura de forma a

proporcionar as condições favoráveis à rápida interação entre os componentes (Vicente,

2006). Na Figura 4.4. é ilustrada uma fábrica de produção de BB.

Figura 4.4. Produção em fábrica de BB (Vicente, 2006)

De referir que o BB produzido pela Lusasfal é estável ao armazenamento e apresenta baixa

viscosidade em comparação com outros produtos de BB comercializados. A marca apresenta

disponível no mercado o LUSOFLEX1 e 2.

A Repsol disponibiliza no mercado produtos modificados com borracha por via húmida e

produzidos em fábrica. O granulado de borracha utilizado tem dimensões inferiores a 0,8 mm

e é obtido por trituração mecânica. Na seleção do betume existe a preocupação de este ser

compatível com a borracha. Os produtos comercializados são de baixa viscosidade e estáveis

ao armazenamento. O seu uso é recomendado para camadas de desgaste e misturas

betuminosas descontínuas (Nunes, 2005).


54

No Quadro 4.1 faz se um resumo dos produtos mencionados anteriormente.

Quadro 4.1. BB produzidos em Portugal (adaptado de Vicente, 2006)

Empresa Fabrico

Processo de

produção do

granulado de

borracha

Percentagem de

Granulado de

Borracha (%)

Nome do

Produto Viscosidade Armazenamento

Processo de

incorporação

Cepsa Fábrica Trituração

Mecânica -

BBM 35/50 - Estável

Via húmida

BBM 50/70

Probigalp

Fábrica

-

≤8 Viambiente

BBB Baixa

- Fábrica 10 a 14 Viambiente

BBM Média

Fábrica/ in situ ≥18 Viambiente

BBA Alta

Lusasfal Fábrica

Criogénico e

trituração

mecânica

-

LUSOFLEX1

Baixa Estável

LUSOFLEX2

Repsol Fábrica/Refinaria Trituração

mecânica

BB 35/50 e

50/70 Baixa Estável

Recipav Central in situ Criogénico - BMB 35/50

- Instável BMB 50/70

4.3. Colocação e Aplicação em Obra de Misturas Betuminosas com Borracha

4.3.1. Transporte

O transporte deste tipo de misturas betuminosas para o local da obra pode ser feito com

camiões tradicionais, basculantes, utilizados habitualmente para o transporte de misturas

betuminosas. No entanto, dadas as características particulares das misturas com BB, convém

ter alguns cuidados adicionais. Estes tipos de misturas são mais sensíveis que as tradicionais à

diminuição da temperatura, às condições climatéricas e ao tempo de transporte. A cobertura

dos camiões com uma lona apropriada é uma das medidas a impor, particularmente quando a

central de fabrico das misturas se encontra a alguma distância do local de aplicação. A curta

distância pode-se dispensar a cobertura dos camiões (CEDEX, 2007; Caltrans, 2006).

Tal como acontece genericamente para outros tipos de misturas betuminosas, normalmente,

aplicam-se líquidos antiaderentes na caixa basculante do camião para impedir que a mistura

adira a esta, e também para facilitar o despejo da mistura para a pavimentadora.

Devem tomar-se medidas preventivas durante a carga para que não ocorra a segregação do

material. Nesse sentido a altura de queda do material para o camião deve ser a menor

possível. Durante a carga o camião deve deslocar-se para impedir a formação de um único

monte cónico, conforme o ilustrado na Figura 4.5.



Figura 4.5 Carregamento de um camião basculante numa central (Dias, 2011)

4.3.2. Preparação da Superfície para Pavimentação

A construção de camadas betuminosas com BB não implica exigências específicas, em termos

da preparação da superfície da camada subjacente, comparativamente à construção de

camadas betuminosas convencionais.

Antes da aplicação de uma nova camada deve preparar-se convenientemente a superfície da

camada subjacente. A superfície não deve apresentar sujidade, detritos ou poeiras. Caso

contrário, deve-se proceder à limpeza dos mesmos.

A aplicação de misturas betuminosas com BB faz-se, geralmente, sobre uma camada

betuminosa construída anteriormente. Para uma correta ligação da nova camada à existente, o

espalhamento da mistura betuminosa só deve iniciar-se após a rotura da emulsão aplicada em

rega de colagem. De acordo com o LNEC esta rega deve ser executada com uma emulsão

betuminosa modificada (LNEC, 2008; LNEC, 2006).

A rega de colagem deve ser realizada com cuidados, de modo a proporcionar uma dispersão

homogénea de ligante e a garantir uma taxa adequada de emulsão sobre a superfície. A

qualidade de execução da rega de colagem depende do equipamento utilizado, o qual é

geralmente constituído por uma cisterna com barra distribuidora e um sistema de controlo

semiautomático.

4.3.3. Colocação

A colocação em obra das misturas betuminosas com borracha realiza-se em pavimentadoras

convencionais, semelhantes à representada na Figura 4.6. Estas pavimentadoras são munidas

de uma mesa vibratória e de equipamentos que permitem, caso necessário, o aquecimento da

mesa (Caltrans, 2006). Os parâmetros de operação da pavimentadora e da mesa não têm

exigências especiais, sendo semelhantes aos utilizados na aplicação de outras misturas

descontínuas. O rendimento de aplicação pode variar de 200 a 1300 metros por hora, em

função da largura de trabalho e da espessura da camada a construir.


56

Figura 4.6. Pavimentadora convencional (Gonzalez, 2010)

Segundo o CEDEX (2007) e o Caltrans (2006), existem algumas precauções a tomar na

colocação de misturas com BB, das quais se destaca a necessidade de adotar medidas que

evitem o arrefecimento prematuro da mistura. Se a temperatura ambiente (que deve ser

superior a 10ºC) for muito baixa a mistura arrefece mais rapidamente, o que pode tornar

difícil a sua colocação em obra. A pavimentação só deve acontecer caso as condições

climatéricas sejam favoráveis. Caso surja precipitação, vento ou arrefecimento brusco deve

interromper-se a pavimentação, de modo a evitar dificuldades na compactação, as quais

poderão impedir que se atinja a densidade desejada para o material da camada. Quando a

pavimentadora inicia o espalhamento, a mistura deve fluir sem dificuldade, ser homogénea e

não deve apresentar segregação ou escorrimentos de ligante.

A pavimentação de uma estrada deve ocorrer de forma contínua. A melhor forma de o

conseguir é coordenar a velocidade de pavimentação com a produção da central de fabrico. A

redução do número de arranques e paragens da pavimentadora permite obter uma aplicação de

maior qualidade. Note-se que, tendo em conta o tipo de misturas descontínuas com BB

utilizadas, a superfície obtida pela passagem da espalhadora deve ficar tão regular quanto

possível, porquanto não é possível proceder a correções em segunda passagem na mesma

camada. A pavimentação deve ser realizada em toda largura de uma vez, com pavimentadoras

a par e muito pouco distanciadas uma da outra (cerca de 1m) para que a junta longitudinal

fique bem feita.

Caso a pavimentadora permaneça mais de 15 minutos parada, devido à interrupção do

fornecimento da mistura, deve-se compactar a área executada até a esse momento (Recipav

2006; Recipav 2008).

Para além dos aspetos referidos, o Caltrans (2006) sugere que os responsáveis pelo

equipamento devem ter a formação adequada para o seu manuseamento. A obtenção de bons

resultados está dependente do cumprimento dos planos e especificações técnicas elaborados

para cada tipo de mistura e sua aplicação.

4.3.4. Compactação da Mistura

A compactação de misturas betuminosas com borracha deve verificar o exigido na fase de

estudo de formulação relativamente às temperaturas de compactação e ao número de

passagens que os cilindros devem realizar para atingir a densidade requerida.



A operação de compactação deve ser iniciada assim que a mistura atingir a temperatura

estipulada nos estudos de formulação, para que os cilindros possam circular sem deixarem

deformações, devendo a compactação ocorrer enquanto a temperatura for superior à mínima

estipulada. A compactação deve ocorrer se as temperaturas da mistura se situarem acima dos

150 °C.

As passagens dos cilindros devem ocorrer até desaparecerem as marcas dos rolos da

superfície da camada e ser obtido o grau de compactação mínimo de 97% da densidade de

projeto. A velocidade dos cilindros deve ser contínua e regular, de forma a não provocar a

desagregação das misturas.

Tal como acontece para as misturas convencionais, são requeridos alguns cuidados a ter com

os cilindros como humedecer os rolos com água ou, caso seja necessário, com água e sabão,

para impedir a aderência da mistura aos rolos durante o processo de compactação.

Devem ser usados apenas cilindros de rolos pelo facto de as camadas a compactar terem

espessura reduzida (Figura 4.7). O número de equipamentos a utilizar deve ser estabelecido

em função da largura de espalhamento (Recipav, 2006; Recipav, 2008).

As condições de compactação são difíceis de verificar nas misturas abertas. Muitas vezes tem

de se colocar o material de forma manual, na zona da junta, uma vez que não se consegue

fazer o espalhamento com pá ("ensaibramento") para esse fim, porque as misturas abertas têm

poucos finos.

Vieira (2005), refere que deve evitar-se a compactação com cilindros de pneus, para impedir

que o material adira às rodas e se levante. Os cilindros vibratórios não devem ser usados para

misturas abertas ou rugosas.

Figura 4.7. Exemplo de colocação e compactação de misturas betuminosas com borracha em

obra (Probigalp, 2012)


58

4.4. Utilização de BetumeBorracha como Técnica de Retardamento de

Propagação de Fendilhamento

O retardamento da propagação de fendas das camadas existentes fendilhadas para as camadas

de reforço a construir sobre aquelas, pode ser conseguido pela execução de uma camada de

pequena espessura com BB sobre a camada superficial do pavimento existente. O efeito é

conseguido pela redução dos esforços associados à atividade das fendas, os quais originam o

fendilhamento das camadas superiores. As soluções referidas também têm aplicação para

reduzir o problema dos pavimentos existentes e fendilhados nos casos em que não se constrói

qualquer camada de reforço.

Duas das soluções mais conhecidas são a SAM (Stress Absorving Membrane) e a SAMI

(Stress Absorving Membrane Interlayer).

4.4.1. SAM - Stress Absorving Membrane

A SAM aplica-se superficialmente ao pavimento existente, permitindo selar as fendas

existentes, ao mesmo tempo que garante alguma textura ao pavimento. A SAM pode ser

formada por uma película de BB (que pode utilizar cerca os 20% de borracha na sua

constituição) aplicada por pulverização na superfície do pavimento já existente, seguida da

aplicação de uma camada de agregados de tamanho uniforme, conforme é apresentado na

Figura 4.8.

Figura 4.8 Constituição da SAM (Adaptado de ARSPG, 2011)

Dependendo da dimensão das partículas do agregado utilizado, as espessuras destas camadas

podem ter entre 9 e 15 mm.

Quando não é possível realizar uma intervenção mais profunda ao nível das camadas

betuminosas, por restrições financeiras da administração rodoviária, uma das soluções para

manter o pavimento em serviço e com adequadas características de funcionais é a aplicação

deste tipo de membranas. Estas permitem minimizar o aparecimento de fissuras com origem

nas camadas ligadas subjacentes do pavimento existente, repõem o atrito na superfície do

pavimento e impedem a infiltração das águas na estrutura do pavimento a partir da superfície.

No entanto, para pavimentos com um estado de degradação muito elevado a aplicação de uma

SAM não soluciona o problema (Caltrans, 2006).



4.4.2. SAMI - Stress Absorving Membrane Interlayer

A SAMI consiste na aplicação de uma película em BB sobre um pavimento fendilhado,

coberto posteriormente com uma camada de agregados. Após a aplicação dos agregados a

membrana é compactada e varrida. Normalmente a membrana é coberta por uma camada de

reforço, conforme o ilustrado na Figura 4.9.

Figura 4.9. Constituição da SAMI (adaptado de ARSPG, 2011; Probigalp, 2012)

A SAMI com BB pode ser aplicada em uma, duas ou três camadas em função do estado do

pavimento e do tráfego previsto. As taxas de aplicação de BB variam entre 1,8 e 2,6 kg/m2 e

as taxas de aplicação dos agregados variam entre 10 e 14 kg/m2 em função da granulometria a

utilizar e do número de camadas aplicadas. Os agregados devem ter uma dimensão nominal

de 19 13,2 ou 9,5 mm e devem ser 100% britados (Recipav, 2012b).

Têm sido referidas várias vantagens associadas à utilização de SAMI (Dias, 2011; Ribeiro,

2012; Recipav, 2012b; Caltrans, 2006), embora seja difícil ajustar a taxa de aplicação de

agregados:

Grande flexibilidade, o que lhe confere boa resistência à propagação de fendas;

Garante uma boa impermeabilização da camada fendilhada, selando as fendas da

mesma;

Aumenta a vida útil do pavimento e consequentemente reduz a necessidade de

manutenção;

O BB contém borracha de pneu, tornando-se assim uma forma sustentável de reutilizar

esse material.


60

4.5. Misturas Betuminosas com Borracha mais Usuais em Portugal

Em Portugal são utilizadas misturas betuminosas com BB em obras de reabilitação ou de

construção nova de rodovias municipais, estradas e autoestradas. Estas misturas são aplicadas

nas camadas de desgaste ou nas camadas intermédias.

As principais misturas utilizadas são as misturas descontínuas rugosas (MBR-BB) e as

misturas abertas (MBA-BB), as quais são utilizadas em camadas de desgaste. No Quadro 4.2

são apresentadas as principais características dessas misturas (Recipav 2006; Recipav 2008).

Quadro 4.2. Principais características das misturas betuminosas descontínuas abertas e

rugosas (Recipav 2006; Recipav 2008)

Mistura

Dimensão

máxima do

agregado

(mm)

Percentagem de borracha

adicionada ao betume (%)

Percentagem de

ligante na mistura

(%)

Porosidade da

mistura

(%)

MBR-BMB 14,0 18-22 8-9 3,5-6,5

MBA-BMB 10,0 18-22 9-10 12-18

O caderno de encargos da EP (2009), indica que as espessuras para aplicação das seguintes

misturas são:

Mistura Betuminosa aberta com alta percentagem de borracha – 2,5 a 4 cm;

Mistura Betuminosa rugosa com alta percentagem de borracha – 3 a 6 cm;

Mistura Betuminosa aberta com média percentagem de borracha – 3 a 4 cm;

Mistura Betuminosa rugosa com média percentagem de borracha – 3 a 4 cm.

4.6. Reciclagem de Pavimentos com Adição de Betume-Borracha

A reabilitação dos pavimentos rodoviários permite restabelecer as suas características

estruturais e funcionais que diminuíram ao longo do período de vida. A reabilitação pode ser

efetuada aplicando uma de várias técnicas de reabilitação, como a aplicação de novas

camadas betuminosas. A reciclagem de pavimentos é outra solução que tem vindo a ser

adotada em muitos casos para reabilitação de pavimentos.

As exigências da legislação que limita cada vez mais a quantidade de materiais que se pode

depositar em vazadouro e a falta de novos materiais possibilitaram que se utilizasse cada vez

mais aquela técnica.

As quantidade de material granular novo que será necessário adicionar depende do ajuste que

é preciso fazer para a correção da curva granulométrica dos agregados, podendo variar entre

30 e 70% (Pais et al., 2008b).

O BB poderá ser utilizado nas misturas recicladas. Existem algumas particularidades relativas

ao ligante final que devem ser consideras, uma vez que será a “mistura” de um ligante

envelhecido com o BB novo. Assim é de esperar que o novo ligante não apresente

desempenhos semelhantes às misturas com BB.

Pais et al. (2008b) efetuaram um estudo de duas misturas recicladas (F1 e F2), verificando que

o betume recuperado das camadas recicladas devido ao seu envelhecimento apresentava



penetrações baixas, semelhantes às dos betumes do tipo 10/20. O BB novo apresentava para

F1 e F2, respetivamente, penetrações de 35/50 e 50/70. A borracha incorporada resultou do

processo criogénico e tinha dimensões entre 0,18 e 0,6 mm. Foi realizado o estudo das

características do BB e fez-se variar percentagem de borracha a incorporada nas duas

misturas. Os BB selecionados foram o 50/70, com 22% de borracha, e o betume 35/50 com

20% borracha.

A taxa de reciclagem influencia as características do ligante final. Segundo aquele estudo, o

aumento da taxa de reciclagem causa a diminuição da penetração do ligante final de forma

assinalável no caso do betume base 35/50, não tendo verificado uma influência notória na

penetração para o ligante base 50/70.

Por fim efetuaram a avaliação de desempenho das misturas recicladas com adição de BB,

tendo avaliado o módulo de deformabilidade, a resistência à deformação permanente e a

resistência à fadiga, para diferentes percentagens de betume. Concluíam que, de uma forma

geral, o desempenho das misturas recicladas com adição de BB foi melhor que o desempenho

típico das misturas com BB.

4.7. Vantagens e Desvantagens das Misturas com Betume-Borracha

A utilização em vários países de misturas com BB ao longo das últimas décadas tem

permitido a acumulação de experiência sobre o uso daquela tecnologia, o que tem originado

documentação abundante, a qual permite conhecer as principais vantagens e desvantagens da

utilização de betumes com borracha. De seguida apresentam-se as principais vantagens

técnicas associadas à utilização daquele tipo de misturas, seguindo de perto o que é referido

por Ribeiro (2012), Caltrans (2006), Vicente (2006) e Fontes (2009):

As misturas com BB apresentam geralmente melhor resistência ao envelhecimento por

oxidação que as misturas convencionais, o que é conseguido quer pelo uso de maiores

percentagens de ligante, o qual reveste os agregados com uma película mais espessa, quer

pela presença de borracha de pneu que reduz a sensibilidade do material ao

envelhecimento por oxidação;

A maior viscosidade do BB em comparação com o betume convencional, confere às

misturas uma redução da suscetibilidade térmica comparativamente às misturas

betuminosas convencionais;

As misturas com BB apresentam uma boa resistência à deformação permanente apesar da

elevada percentagem de betume que incorporam. Este fator é determinado pela adição de

borracha que diminui a suscetibilidade térmica e aumenta a viscosidade do ligante;

Aumento da resistência à fadiga e à propagação de fendas das misturas com BB como

consequência da maior elasticidade das misturas com BB, associada à quantidade de

borracha utilizada na mistura e à maior resiliência desta;

As misturas com BB são capazes de propiciar maior impermeabilidade aos pavimentos,

porquanto essa característica dependente muito da existência de fendas superficiais, e as

misturas com BB contribuem para retardar a propagação de fendas;

As misturas com BB apresentam geralmente melhores características adesivas aos

materiais agregados;


62

Maior durabilidade do pavimento;

A redução da espessura a pavimentar, o que se traduz na utilização de menos materiais

necessários para realizar a mistura, ocorrendo uma diminuição das deslocações entre a

central de produção e a obra, reduzindo-se assim os custos;

Durante a execução, como a camada é mais fina, o tempo de pavimentação e compactação

também será menor;

A redução do ruído originado pela circulação dos veículos;

As misturas com BB apresentam maior atrito entre pneu e o pavimento;

Redução da poluição visual originada pelo despejo de pneus em locais sensíveis.

Ainda segundo os mesmos autores é de assinalar também um conjunto de desvantagens e

limitações da utilização de misturas com BB:

O custo inicial é elevado comparado com o custo das misturas convencionais;

Os equipamentos necessários para a produção e controlo das propriedades da mistura

produzidas por via húmida têm custos elevados, só compensados se do ponto de vista da

vida útil e da necessidade de manutenção do pavimento as misturas com BB acarretarem

menos custos que as misturas convencionais;

Na fase de produção de BB, mistura, transporte, espalhamento e compactação da mistura

betuminosa é necessário um apertado controlo das temperaturas, caso contrário poderão

ocorrer deficiências na execução do pavimento que farão diminuir a sua vida útil;

A utilização destas misturas poderá originar odores e problemas com a qualidade do ar

durante a produção e aplicação das misturas betuminosas. Os fumos tóxicos libertados

pelas misturas com borracha, especialmente as que incorporam alta percentagem de

borracha, exigem a proteção especial dos trabalhadores com máscaras;

Se por motivos meteorológicos, ou por outros não for possível aplicar o BB num

determinado prazo, bastante curto, os ligantes podem tornar-se inutilizáveis;

Vários dos processos utilizados são patenteados, podendo ser necessária a aquisição dos

direitos de utilização, o que pode incrementar o custo de produção deste tipos de mistura;

A utilização de um ligante mais viscoso torna a mistura mais difícil de trabalhar;

A quantidade de betume a utilizar nas misturas com BB é superior à das misturas

convencionais, o que pode causar problemas de exsudação na mistura;

Nalguns casos, o BB pode apresentar problemas de envelhecimento durante o processo de

fabrico e durante a sua vida útil.

4.8. Betume-Borracha – Análise Custo/Beneficio

Apresenta-se de seguida uma análise efetuada por Dias (2011) na qual é realizado um estudo

comparativo dos custos envolvidos no processo de produção de misturas betuminosas com

borracha, nas suas diversas variantes, incluindo a apreciação dos fatores que determinam o

custo final dos produtos estudados. Julga-se que este estudo permite mostrar, de forma

suficientemente ajustada, os cenários de custos que poderão estar envolvidos.

A análise assenta principalmente na comparação do custo de três misturas. Uma mistura

convencional, do tipo AC surf 14 35/50, uma mistura betuminosa rugosa com betume-

borracha de alta viscosidade (BBA) fabricada em central por via húmida e outra semelhante



produzida por via seca. A mistura betuminosa com borracha fabricada por via seca que se

considerou não segue os pressupostos da via seca tradicional, correspondendo ao processo

desenvolvido por Dias (2011), referido no capítulo dois.

No estudo considerou-se a utilização de 8,5% de betume de alta viscosidade (BBA)

modificado com 20 % de borracha em relação ao peso total do ligante. O BBA não é estável

ao armazenamento e devido a esse fator é produzido no momento do fabrico da mistura.

Admitiu-se a mistura tradicional com 5% de betume convencional.

O estudo contempla duas hipóteses. A hipótese 1 (H1) que reflete os preços de tabela de

janeiro de 2010 do betume convencional, e a hipótese 2 (H2) que reflete uma redução de 35%

desse preço em relação à hipótese 1, para representar os casos em que são adquiridas grandes

quantidades de betume e, por isso, pode haver um desconto considerável no preço de

aquisição.

Para transformação do betume são considerados os custos da transformação da borracha

(equipamento e mão–de-obra) e custos inerentes ao fabrico do ligante. Segundo o autor do

estudo, o custo final da transformação do BB por via seca (que inclui o custo de aquisição de

equipamento específico para a pesagem e mão-de-obra para introdução do granulado de

borracha diretamente no misturador da central de fabrico) tem uma redução de 10 % em

relação ao BB fabricado por via húmida, devido ao menor custo do equipamento e do seu

funcionamento. No Quadro 4.3 resumem-se as componentes do custo do ligante, por cada

tonelada, das misturas em comparação.

Quadro 4.3. Custo dos materiais por tonelada para as hipóteses H1 e H2

Custo/ton

H1 H2

Betume Convencional (30/50) €583 €379

Transformação do BBA (Via Húmida) €175

Transformação do BBA (Via Seca) €158

O custo de produção do BB por via seca e por via húmida pode ser determinado pela

expressão (4.1), resultando para os casos de estudo os valores indicados no Quadro 4.4.

PBB=PBC×%PBC+Tr (4.1)

em que:

PBB - custo do BB;

PBC – preço do betume convencional;

%PBC - percentagem de betume convencional (em relação ao peso total do ligante);

Tr – custo da transformação

Quadro 4.4. Custo por tonelada do BBA e do betume convencional

Designação do Processo de Fabrico H1 H2

Custo/ton

Betume Convencional €583 €379

Via Húmida €641 €478

Via Seca €624 €461


64

A capacidade de produção da central considerada para a mistura tradicional foi de 260 ton/h.

No entanto, a capacidade de produção da central diminui quando se utilizam os BBA. Para o

caso da via húmida (por causa da alta viscosidade do BBA e do tempo de espera para

pesagem do ligante) considerou-se uma redução da capacidade de produção de 46% e para a

via seca (devido ao tempo necessário para realizar a pré-mistura do agregado de borracha e do

betume convencional) admitiu-se que a capacidade era reduzida em 17%. Daí se conclui que a

capacidade de produção para o caso da via húmida é de 140 ton/h e para a via seca de 216

ton/h. Fixando-se a produção diária da central em 1500 ton serão necessárias 5,8 horas, 7

horas e 10,7 horas de fabrico, respetivamente, para produzir as misturas tradicional, com BB

por via seca e com BB por via húmida.

Quadro 4.5. Custo por tonelada das diferentes misturas consideradas (valores em €)

Material

Custo Unitário

H1 H2

VH VS Trad. VH VS Trad.

Betume/ligante 54,52 53,03 29,15 40,64 36,16 18,95

Agregados 8,75 8,75 8,25 8,75 8,75 8,25

Consumíveis 4,75 4,43 4,41 4,75 4,43 4,41

Custos fixos 8 horas de trabalho/dia - 2,20 2,20 - 2,20 2,20

Custos fixos 10,7 horas de trabalho/dia 2,95 - - 2,95 - -

Custo total de fabrico (€/ton) 70,97 68,41 44,01 57,09 54,54 33,81

VH – via húmida / VS – via seca

No Quadro 4.5, verifica-se que custo do agregado é inferior nas misturas tradicionais pelo

facto de esta apresentar na sua formulação mais areão ou pó que nas misturas rugosas. Este

material tem um custo inferior ao das britas, o que se traduz numa redução de €0,50 nos

custos dos agregados das misturas tradicionais comparativamente às misturas com BB. A

variação do custo dos consumíveis depende de fatores como o consumo energético e o tempo

dos processos de cada mistura. Verifica-se também que o custo por tonelada das misturas

tradicionais é inferior ao das misturas que incorporam BB, como seria de esperar.

Para este estudo o autor considerou que uma mistura betuminosa rugosa com alta

percentagem de borracha, produzida por via seca, teria um comportamento à fadiga 2,19

vezes superior à mistura betuminosa tradicional. Quanto à resistência à deformação

permanente, os valores considerados foram 3,6 vezes superiores aos obtidos para as misturas

tradicionais. Pelos indicadores apresentados, pode afirmar-se que a mistura com BB

apresentou um melhor comportamento mecânico que a mistura tradicional, permitindo admitir

uma redução da espessura das camadas betuminosas.

Aquele autor analisou ainda um pavimento em construção, constituído por uma camada de

desgaste com 5 cm de betão betuminoso, uma camada de regularização com 11 cm de

macadame betuminoso, 30 cm de espessura total de camadas granulares apoiadas sobre a

fundação. Dimensionou ainda uma estrutura alternativa, considerando as leis habituais de

comportamento dos materiais, constituída por 0,04 m de misturas com BB e 0,09 m de

macadame betuminoso. As restantes camadas apresentavam as mesmas espessuras que a

estrutura do pavimento tipo.



Para avaliação dos custos das misturas betuminosas da camada de desgaste, considerou o

exemplo prático de uma estrada com 28500 m de extensão e 7,2 metros de largura total, com

uma área de pavimento total de 205000 m2.

Considerando o custo por tonelada (Quadro 4.5) e as quantidades necessárias para produzir as

misturas para o caso prático já descrito é possível determinar o custo final da camada de

desgaste. O custo total considerado no Quadro 4.6 incluiu um acréscimo de 20% em relação

ao custo de produção das misturas, relativo ao custo de transporte e aplicação das misturas

betuminosas em obra. Nas hipóteses H1 e H2 o valor total do custo incluiu 9 cm de misturas

betuminosas em macadame.

Quadro 4.6. Quantidade de misturas betuminosas utilizadas na camada de desgaste, em

toneladas.

Tipo Mistura Quantidade de Misturas

Betuminosas (ton)

Custo total

H1 (€)

Custo total

H2 (€)

Betão betuminoso convencional 24214 3.874.448 € 3.007.616 €

Mistura betuminosa rugosa com alta

incorporação de borracha (via seca) 18550 3.650.658 € 2.870.228 €

Na aplicação da mistura betuminosa rugosa com alta percentagem de borracha

comparativamente com a mistura convencional deve-se considerar que são precisas menores

quantidades de misturas com BB, o que se traduzirá numa redução do número de viagens

entre a central e a obra, assim como uma redução do tempo de aplicação e consequente

diminuição do custo global da obra. O Quadro 4.7 resume os custos finais para as misturas

indicadas ao longo do estudo.

Quadro 4.7 Custos Finais

Tipo Mistura Custos Finais (H1) Custos Finais (H2)

Betão Betuminoso 3.874.448 € 3.007.616 €

MBR com alta incorporação de borracha (Via seca) 3.582.309 € 2.801.879 €

Comparação de Custos - 7,5 % - 6,8 %

Neste caso verifica-se que em ambas as situações a solução que emprega misturas com BB

apresentam um custo significativamente inferior às misturas convencionais. A incorporação

do granulado de borracha na mistura permite a reutilização de um material que doutra forma

teria de ser armazenado em locais adequados, o que representaria elevados custos económicos

e elevado impacte ambiental e visual. Estes proveitos de ordem ambiental poderiam ser

considerados e assim diminuía-se o custo de produção do BB, no entanto, este fator não é

considerado na maioria dos estudos efetuados e também não foi contabilizado no caso

estudado por Dias (2011).


Neste capítulo foi possível fazer uma breve descrição do fabrico das misturas betuminosas

com borracha. Realizou-se uma breve análise do funcionamento das centrais de produção de

misturas betuminosas. O ligante utilizado na produção das misturas com BB pode ser

produzido em fábrica ou junto à central de produção.


66

Posteriormente, foi realizada uma exposição das etapas que se seguem após a produção das

misturas no que diz respeito ao transporte, colocação e compactação das misturas betuminosas

em obra.

As principais misturas com BB utilizadas em Portugal são as misturas betuminosas abertas

com BB, aplicadas essencialmente em camadas de desgaste e as misturas betuminosas rugosas

com BB empregues em camadas de desgaste e de regularização.

Após a análise dos materiais aplicados nas misturas betuminosas com borracha, algumas das

suas características principais, processos de fabrico e aplicação foi realizado um resumo das

vantagens e desvantagens destas.

As misturas com BB apresentam melhor desempenho mecânico possibilitando a redução das

espessuras das camadas, o que traduzirá menor custo devido a se utilizarem menores

quantidades deste material. No entanto, a produção de misturas com BB é mais cara que a das

misturas convencionais.

Em suma, face a tudo o que foi referido relativamente às misturas betuminosas com borracha,

verifica-se que estas apesar das dificuldades e custos de produção se tornam uma solução

muito viável a longo prazo pois necessitam de menos manutenção. Para além do aspeto

económico permite-se a resolução de um problema ambiental com o escoamento dos pneus

que doutra forma dificilmente teriam outro uso.

CAPÍTULO 5


5. OBRAS REALIZADAS EM PORTUGAL COM MISTURAS

BETUMINOSAS COM BORRACHA E ESTUDO DO DIMENSIONA-

MENTO DO REFORÇO


A partir de 1999 iniciaram-se em Portugal as primeiras obras que empregaram misturas com

BB. Desde esse momento até ao presente foram realizadas dezenas de obras. Inicialmente,

usou-se aquele tipo de misturas recorrendo ao processo de fabrico por via húmida, embora nos

últimos anos tenham sido realizadas algumas obras com o processo de fabrico por via seca.

Neste capítulo é realizado um levantamento de algumas das obras realizadas em Portugal que

recorreram a este tipo de misturas, seja para intervenções de reforço e conservação de

pavimentos existentes, seja para a construção de pavimentos novos. Em vez de uma

apresentação completa de todas as obras realizadas no país, tem-se como objetivo identificar

os tipos de composições mais utilizadas, as camadas construídas e as tecnologias aplicadas, de

modo a dar uma visão geral das circunstâncias em que em Portugal se têm utilizado misturas

com BB.

No final do capítulo é ainda feito um estudo comparativo entre a metodologia empírico-

mecanicista mais corrente de reforço de pavimentos e outra que também utiliza

procedimentos empírico-mecanicistas mas tem em conta a reflexão de fendas do pavimento

existente para a nova camada.

5.2. IP4 - Comba de Rossas-Bragança (LNEC, 2004)

5.2.1. Descrição Sumária da Obra

A obra em estudo refere-se à reabilitação do pavimento de um lanço do IP4, numa extensão

de 19,6 km (Figura 5.1), localizado entre Santa Comba de Rossas (km 193+500) e Bragança

(km 213+100).

Figura 5.1. Troço intervencionado

Misturas Betuminosas com Betume Borracha em Portugal

68

A construção do IP4 foi terminada em 1989, no entanto, dois anos depois o pavimento já

apresentava fendilhamento longitudinal no local de passagem dos rodados. Com o tempo a

degradação do pavimento aumentou, evoluindo para um fendilhamento do tipo “pele de

crocodilo” ao longo de todo o troço.

A degradação do pavimento acentuou-se ao longo dos anos até que em 2000 a Direção de

estradas de Bragança (DEB) avançou com um projeto inicial de reabilitação. Optou-se por

uma intervenção que consistiu na reciclagem com cimento do pavimento existente, seguida de

construção de camadas de regularização e de desgaste, constituídas por misturas com BB.

A obra decorreu entre outubro de 2001 e final de 2002, e foi realizada pelo consórcio Gabriel

A. S. Couto, S.A. e Jeremias de Macedo & Companhia, Lda. A fiscalização ficou a cargo da

DEB. Os agregados foram fornecidos pela pedreira de Sortes e o betume base pela Cepsa.

5.2.2. Características dos Materiais Constituintes e da Mistura com BB

O betume base utilizado foi caraterizado para esta obra de acordo com as especificações EN

12591 e LNEC E 80.

O Quadro 5.1 resume os resultados obtidos nos ensaios de caracterização do betume base

utilizado.

Quadro 5.1. Propriedades do betume base

Propriedades

Penetração (25ºC, 100 g, 5s) 10-1

mm 46

Temperatura de Amolecimento, °C 54,2

Viscosidade cinemática (135ºC), mm2/s 663

Nesta obra foram utilizados dois tipos de granulado de borracha. Na camada de desgaste foi

utilizada uma borracha designada DC3080, e na camada de regularização foi usada uma

borracha designada por DC3000.

A análise granulométrica dos dois tipos de borracha foi efetuada segundo a norma ASTM

D5644-96 – Standard Test Method for Rubber Compounding Materials – Determination of

Particle Size Distribution of Recycled Vulcanized Particulate Rubber. O granulado de

borracha utilizado na camada de desgaste tinha dimensões 0,075/0,85 mm e o utilizado na

camada de regularização tinha dimensões 0,075/0,425 mm. Conforme é apresentado na Figura

5.2 e no Quadro 5.2 ambas as amostras estão dentro dos limites especificados.

Quadro 5.2. Composição granulométrica da borracha de pneus

Peneiros (ASTM) Abertura das

malhas (mm)

Percentagem acumulada de material que passa (%)

Amostras Fuso Especificado

DC3080 DC3000

nº10 2,00 100 - 100

nº16 1,18 - - 65-100

nº20 0,850 64 100 -

nº30 0,600 - - 20-100

nº40 0,425 30 48 -

nº50 0,300 - - 0-45

nº80 0,177 8 9 -

nº200 0,075 3 6 0-5

Misturas Betuminosas com Betume Borracha em Portugal CAPÍTULO 5


Figura 5.2. Curvas granulométricas das amostras de granulado de borracha utilizadas e fuso

especificado (LNEC, 2004)

Nas camadas de desgaste e de regularização do IP4 foram utilizadas misturas betuminosas

com borracha fornecidas pela Recipav. No fabrico do ligante, em obra, foi utilizado um

betume base com penetração nominal de 35/50 e uma temperatura de amolecimento próxima

de 50 °C.

Para o BB utilizado na obra do IP4 foram adotados as características e os respetivos valores

limites exibidos na Quadro 5.3.

Quadro 5.3. Especificações adotadas no IP4

Característica Requisito

Viscosidade Haake1, a 90 ºC, cP

Min 2000

Max 4000

Penetração a 25 °C (100g, 5s) 10-1

mm Min 20

Max 75

Temperatura de Amolecimento, °C Min 64

Resiliência a 25 °C, % Min 15

Nos Quadros 5.4 e 5.5 apresentam-se, respetivamente, os fusos granulométricos das misturas

de agregados das camadas de regularização (rugosa) e de desgaste (aberta), e os requisitos

relativos às características físicas daqueles constituintes.

Quadro 5.4 Fuso granulométrico da mistura de agregados

Abertura das malhas (peneiros ASTM)

(mm)

Requisitos

Camada de Regularização Camada de Desgaste

19 100 -

12,5 90-100 85-93

9,5 79-89 66-74

4,75 34-42 26-34

2,00 15-23 13-19

0,425 8-14 5-9

0,075 1-5 3-5

1 Foi adotada, após um estudo de correlação entre a viscosidade de Brookfield e Haake. Por razões de ordem prática, a viscosidade de Haake,

foi adotada para medir a viscosidade em obra.


70

Quadro 5.5. Características físicas dos agregados

Características Camada de

Regularização

Camada de

Desgaste

Perda por desgaste (Los Angeles), máx. 20% 20%

Percentagem de material britado 100% 100%

Índices de lamelação e alongamento, máx. 20% 15%

Coeficiente de polimento acelerado, mín. 0,50 0,50

Equivalente de areia, mín. 60% 60%

Valor do azul-de-metileno, máx. 0,8 g/kg 0,8 g/kg

Absorção de água de cada uma das frações

granulométricas, máx. 2% 2%

A formulação das misturas betuminosas foi efetuada pelo método de Marshall e as

características respeitaram os valores dos parâmetros estabelecidos para a obra (Quadro 5.6).

Quadro 5.6. Requisitos Marshall para as camadas de regularização e de desgaste

Características Camada de

Regularização

Camada de

Desgaste

Número de pancadas em cada extremo do provete 75 75

VMA, mín. (%) 19 22

Porosidade (calculada com base na baridade máxima teórica (%)

4,5 a 6,5 18 a 22

Resistência conservada, mín. (%) 75 80

Percentagem de ligante absorvido, mín. (%) 0 a 1,0 0 a 1,0

A aplicação dos requisitos indicado no Quadro 5.6 levaram às fórmulas de trabalho descritas

no Quadro 5.7.

Quadro 5.7. Formulação da mistura betuminosa

Misturas Betuminosas Fórmula de Trabalho %

Camada de Desgaste

Gravilha 10/15 40

Gravilha 5/10 33

Pó 24

Cimento Portland 3

Percentagem de betume-borracha (com alta percentagem de

borracha) 8,1

Camada de

Regularização

Gravilha 12/16 6,4

Gravilha 6/12 49,7

Pó 3/6 24,8

Pó 0/3 9,2

Filer Comercial 1,8

Percentagem de betume-borracha (com alta percentagem de

borracha) 8

5.2.3. Aspetos Construtivos

A solução executada entre o km 196+970 e 207+380 consistiu na reciclagem com cimento das

camadas do pavimento existente até à profundidade de cerca de 0,35 m. A reciclagem in situ

consistiu na fresagem do pavimento existente e posterior mistura dos materiais obtidos com

cerca de 3,5% de cimento (CEM II/B-L 32,5N), conforme se ilustra na Figura 5.3 No restante

troço reabilitado foi efetuado o reforço do pavimento com misturas betuminosas.

O material reciclado correspondente à estrutura existente, era constituído por cerca de 16 cm

de misturas betuminosas e 14 cm de agregado britado. Sobre a nova camada tratada com



cimento, obtida após o processo de reciclagem in situ, foram executadas uma camada de

regularização e uma camada de desgaste, ambas incorporando BB.

Figura 5.3 Estrutura do pavimento antes e após a reabilitação (entre o km 196+970 e

207+380) (LNEC, 2004)

O ligante utilizado foi produzido pelo processo de via húmida, no qual o betume base foi

previamente aquecido a 190 °C e colocado num reator de 1100 l de capacidade munido com

dois agitadores. Posteriormente foi adicionado o granulado de borracha. Para a produção deste

betume utilizou-se 18% de granulado de borracha em relação à massa total de ligante. O

processo de interação decorreu durante um período de 45 minutos, a uma temperatura de

180°C sob agitação permanente. Após o fabrico do ligante, este foi transportado para a

misturadora da central para o fabrico da mistura betuminosa.

Na produção das misturas foi utilizada um central contínua (da marca Intrame) cuja

capacidade de produção era de 160 ton/hora.

5.3. A41/IC24 – Freixieiro/Alfena (Lusoscut, 2004)


A obra descrita faz parte da concessão do Grande Porto e compreende a intervenção dos

lanços entre Freixieiro e Alfena numa extensão total de 14,25 km (Figura 5.4). A intervenção

visou a beneficiação e alargamento da plataforma do IC24. O dono da obra foi a

PORTUSCALE (Construtoras das Auto Estradas do Grande Porto). A entidade responsável

pela execução da obra foi a empresa Mota-Engil.

O perfil que existia anteriormente era constituído por duas faixas de rodagem com duas vias

em cada sentido (2x2 vias). Com a intervenção pretendeu-se a inclusão de uma nova via em

cada sentido, passando assim a três vias em cada sentido. O alargamento da estrada foi

conseguido através do aumento da plataforma existente para o exterior em cada sentido,

conforme se ilustra na Figura 5.5.


72

Figura 5.4. Troço intervencionado

Figura 5.5 Alargamento do IC24 (Xispoli, 2012)

Para a correta caraterização da fundação foi realizado um estudo geológico e geotécnico sobre

dos terrenos atravessados pelos lanços.

Ao longo de todo o traçado da via foi aplicada na camada de desgaste uma mistura

betuminosa aberta com BB (com baixa incorporação de granulado de borracha), com

granulometria 0/11 mm e uma porosidade de 18,3%.


Estruturas do Pavimento em Plena Via

Ao longo da rodovia, nas zonas onde se efetuou o alargamento, a estrutura adotada foi a que

se apresenta no Quadro 5.8.

Quadro 5.8. Estrutura do pavimento

Designação da Camada Material Espessura (cm)

Desgaste Mistura Betuminosa Aberta com BB 3

Ligação AC 20 bin 5

Base AC 20 base 8+8 ou 8+9

Base Agregado Britado de Granulometria extensa 15

Sub-base Agregado Britado de Granulometria extensa 15



A rega de impregnação utilizada entre a camada betuminosa inferior e a camada granular de

base foi efetuada com uma emulsão betuminosa catiónica de rotura lenta (então designada por

ECL-1), aplicada a uma taxa de aplicação de 1,0 kg/m2. Entre a interface das camadas

betuminosas foi empregada uma emulsão betuminosa catiónica de rotura rápida (à época

designada por ECR-1), a uma taxa de aplicação de 0,5 kg/m2. A rega de colagem aplicada

entre a camada de desgaste e a camada de ligação foi uma emulsão betuminosa modificada

com polímeros, a uma taxa de aplicação de 0,5 kg/m2.

Reforço do Pavimento Existente

Numa fase inicial, a caracterização do lanço foi efetuada, em toda a extensão, através dos

seguintes trabalhos:

Inspeção visual em contínuo do estado superficial do pavimento existente;

Ensaios de carga (defletómetro de impacto, FWD - Falling Weight Deflectometer);

Trabalhos de prospeção (sondagens à rotação).

Da análise dos resultados obtidos tornou-se possível avaliar as características do pavimento

existente e dimensionar uma solução de reforço.

Do ponto de vista estrutural não seria necessário assegurar nenhum reforço, pelo facto de o

pavimento a reabilitar constituir as vias interiores do perfil transversal final, e a solicitação

sobre as mesmas ser pouco significativa comparativamente com a via exterior. Contudo, para

assegurar a ligação e a continuidade entre a estrutura de pavimento a reabilitar e a zona onde o

pavimento seria alargado, aplicou-se uma camada de regularização em AC 20 bin com 5 cm

de espessura e uma camada de desgaste em mistura betuminosa aberta (MBA) com BB, com 3

cm de espessura.

Antes da aplicação das camadas referidas realizaram trabalhos preparatórios que visavam

reparar zonas onde o pavimento estava danificado, ou onde era necessária uma correção do

perfil transversal. Assim, nos locais onde se verificava a existência de fendas interligadas, ou

onde ocorria “pele de crocodilo”, procedeu-se à fresagem do pavimento até uma profundidade

de 7 cm, aplicou-se um geotêxtil impregnado em betume e repôs-se uma espessura igual à

fresada com AC 20 reg. No bordo da faixa de rodagem e nos locais onde foram detetadas

fendas isoladas durante a inspeção visual em contínuo, foi efetuada a selagem de fendas.

Nas zonas das bermas exteriores removeu-se o pavimento existente e procedeu-se à

escarificação e compactação do leito do pavimento.

5.4. Linda-a-Velha/Estádio Nacional – A5 (Gonzalez, 2008)


A obra refere-se à beneficiação/reforço de um pavimento na zona de Lisboa, mais

precisamente no sublanço entre Linda-a-Velha (km 5+500) e o Estádio Nacional (km 8+000)

da Auto estrada A5, numa extensão de 2,5 km (Figura 5.6).


74

Figura 5.6. Troço da A5 intervencionado

A construção do primeiro pavimento no troço intervencionado foi realizada na década de 40.

Nessa altura foi usada uma solução de pavimento rígido. Posteriormente, com o aumento do

tráfego e necessidade de melhor servir os acessos à cidade de Lisboa foram feitas algumas

intervenções. Em 1990 foi efetuada a última intervenção que visou o alargamento do perfil

transversal e o melhoramento da via.

As lajes de betão com comprimentos entre 15 e 18 m, apresentavam na sua generalidade

fendas na zona central e em alguns casos podiam encontrar-se lajes fraturadas. A existência de

fendas longitudinais e transversais originadas pela propagação das juntas das lajes, a elevada

fracturação das mesmas e a ocorrência em alguns locais de assentamentos e deformações do

pavimento, levou em 2006, a concessionária Brisa a avançar com o processo de beneficiação

e reforço do pavimento deste troço.

A espessura total de camadas betuminosas (observadas por sondagens à rotação executadas no

pavimento) tinha no mínimo 9,5 e no máximo 22,5 cm, sendo mais frequentes espessuras de

14 a 18 cm.

Face às degradações no pavimento existente, antes da aplicação da camada de desgaste final,

a concessionária efetuou obras preparatórias recorrendo a diversas medidas corretivas. Estas

técnicas consistiram na colocação de uma camada de reperfilamento, com AC 20 reg

betuminosa de espessura variável, e aplicação de uma grelha de fibra de vidro, ou de carbono

sobre as fendas existentes nas lajes de betão.

5.4.2. Características dos Materiais Constituintes e da Mistura com BB (LNEC, 2006)

Concretizadas as obras preparatórias, foi aplicada uma rega de colagem com uma emulsão

modificada com polímeros. Por fim, aplicou-se a camada de desgaste formada por uma

mistura betuminosa aberta com BB, com uma espessura de 3 cm.

A mistura betuminosa com BB utilizada (MBA-BBA) foi especificada com base no

documento de aplicação DA3 do LNEC (2006). O betume base utilizado tinha uma

penetração nominal de 35/50. Durante o processo de fabrico o betume com borracha foi

produzido por via húmida.



O granulado de borracha utilizado no fabrico do ligante foi obtido pelo processo criogénico a

partir de borracha 100% vulcanizada. De acordo com as recomendações da empresa Recipav,

a borracha utilizada obedeceu ao fuso granulométrico apresentado no Quadro 5.9 e o BB foi

produzido de modo a apresentar as propriedades anteriormente indicadas no Quadro 2.2.

Quadro 5.9. Fuso granulométrico do granulado de borracha

Dimensão nominal das aberturas

dos peneiros (ASTM) (mm)


material que passa (%)

1,180 100

0,850 95-100

0,600 85-100

0,430 45-70

0,250 5-25

0,075 0-5

Os agregados utilizados no fabrico MBA-BBA foram combinados nas proporções necessárias

ao cumprimento dos requisitos indicados no DA3 (LNEC, 2006) os quais foram apresentados

no Quadro 3.2 e na Figura 3.2. A composição de materiais constituintes utilizados na mistura

com BB, referidas ao total de massa de mistura betuminosa, foram as seguintes:

Fração granular 4/6 basáltica – 49%;

Fração granular 6/10 grano-diorítica – 39,9%;

Cal hidráulica – 1,8%;

BB – 9,3%.

A porosidade da mistura apresentou valores compreendidos entre 12 e 18%.

5.4.3. Aspetos Construtivos (LNEC, 2006)

O fabrico do ligante foi efetuado, por via húmida, junto à central da obra num equipamento

apropriado para a sua produção.

O processo de produção iniciou-se com o aquecimento do betume base até este atingir uma

temperatura próxima dos 190 °C, sendo encaminhado para um misturador. Posteriormente,

adicionou-se de forma contínua o granulado de borracha, nas quantidades estabelecidas. O

processo de interação entre o betume e o granulado de borracha ocorreu no misturador,

continuando depois na cisterna de armazenamento, por um período mínimo de 30 minutos,

sendo normalmente entre 45 e 150 minutos à temperatura de 185ºC. O processo esteve sujeito

a uma permanente agitação e controlo da temperatura.

Terminada a produção do ligante este pode ser transferido para junto da unidade de mistura da

central de fabrico, ou ser armazenado (para períodos de espera inferiores a 10 horas). A

temperatura de fabrico recomendada foi de 175 a 190ºC, tanto para central contínua como

para descontínua.

De acordo com o DA3 do LNEC, o transporte da mistura para a obra deverá ter sido realizado

no menor intervalo de tempo, em camiões basculantes cobertos, de forma a evitar o

arrefecimento desta.


76

A execução da camada foi precedida de aplicação de uma rega de colagem com emulsão

betuminosa modificada. De acordo com as recomendações, a colocação da mistura foi

executada com espalhadoras de rasto, a uma temperatura que não inferior a 165 °C. A

compactação realizou-se a temperaturas superiores a 150 °C.

5.5. A16 – Nó CREL/Nó Alcabideche

5.5.1. Descrição Sumária da Obra (Lusolisboa, 2010 a) - e))

A A16 faz parte da concessão da Grande Lisboa e está concessionada atualmente à Ascendi.

Tem uma extensão de cerca de 23 km. A Figura 5.7 apresenta o traçado da atual A16.

Figura 5.7 Traçado da A16

Conforme indica o estudo geológico e geotécnico os materiais de aterro eram constituídos por

solo-enrocamento. Nas zonas que não correspondiam à construção de raiz do pavimento foi

parcialmente aproveitado o pavimento do antigo IC30.


As camadas de desgaste, de regularização e de base apresentavam estruturas do tipo flexível

tradicional, formadas por camadas de misturas betuminosas assentes sobre camadas de

material granular britado.

As camadas de desgaste executadas em plena via foram realizadas com 2,5 cm de misturas

betuminosas abertas (descontínuas) com média percentagem de borracha. O ligante utilizado,

do tipo BB era mais viscoso que o betume convencional, conferindo à mistura melhores

propriedades elásticas e maior resistência ao envelhecimento. A gama de penetração do

betume base utilizado foi 35/50.

A granulometria da borracha utilizada cumpriu os requisitos indicados no Quadro 5.10 e o BB

obtido seguiu os requisitos indicados no Quadro 5.11.

Quadro 5.10. Granulometria da Borracha

Granulometria

Abertura das malhas (mm) % de Material Passado

1 100

0,8 100



Quadro 5.11. Características do BB

Características do BB Especificações

Mínimo Máximo

Penetração (0,1 mm) 35 50

Ponto de amolecimento (°C) 65 --

Recuperação elástica (%)2 10 --

Ductilidade 5ºC (cm)3 2 --

A composição granulométrica foi obtida a partir de três frações distintas, de modo a respeitar

o fuso granulométrico apresentado no Quadro 5.12. As proporções das frações de agregado

adotadas na fórmula de trabalho utilizada foi aproximadamente a seguinte:

Gravilha (6/12): 76%

Pó (0/3): 20 %

Filer (cimento CEM II, cal hidráulica ou pó de calcário): 4%

Quadro 5.12. Fuso granulométrico dos agregados

Abertura de malhas (mm) Percentagem acumulada de material passado

12,5 100

10 75-97

4 14-24

2 11-22

0,5 8-16

0,063 5-7

Em termos de requisitos físicos gerais, os agregados utilizados cumpriram os valores-limites

seguintes:

Perda por degaste na máquina de Los Angeles, máx – 20%;

Percentagem de material britado – 100%;

Índices de lamelação e de alongamento, máx – 15%;

Coeficiente de polimento acelerado, mín – 0,5;

Equivalente de areia, mín – 50%;

Valor de azul-de-metileno, máx – 0,8 g/kg;

Absorção de água (para cada uma das frações granulométricas), máx – 2%.

O estudo de formulação da mistura foi realizado pelo método de Marshall. Foi efetuado em

duas fases. Primeiro foram determinadas as características da mistura através do método de

Marshall e selecionadas duas composições distintas para testar numa segunda fase, a qual

consistiu na execução de trechos experimentais, os quais permitiram que se chegasse à

composição da mistura final utilizada na obra.

2 CEDEX (1991). Recuperación elástica por torsión de betunes asfálticos modificados. NTL329-91, Espanha.

3 CEDEX (1999). Ductilidad de los materiales betuminosos. NTL 126-99, Espanha


78

Os valores obtidos pelo método de Marshall (provetes compactados com 50 pancadas por

face) através dos ensaios realizados à mistura betuminosa cumpriram os seguintes requisitos:

Valor de VMA (percentagem de vazios na mistura de agregados), mín – 18%;

Porosidade, mín – 12%;

Percentagem de ligante (com granulado de borracha): 6±0,5%;


O fabrico da mistura foi realizado numa central betuminosa descontínua.

A temperatura da mistura betuminosa, no momento da descarga, tinha como limite máximo os

185 °C. Caso se ultrapassasse esta temperatura o material deveria ser rejeitado. À saída do

misturador a mistura deveria apresentar temperaturas de 175 a 185 °C, para que no início da

compactação a mistura estivesse a uma temperatura mínima de 155ºC.

A colocação da mistura com BB em obra foi precedida da execução de uma rega de colagem

com betume modificado.

O espalhamento da mistura foi efetuado com duas pavimentadoras a trabalhar em paralelo, de

forma a abranger toda a largura da faixa de rodagem. Assim, foi evitada a execução de juntas

longitudinais.

A compactação foi realizada com cilindros de rastos lisos estáticos e vibradores.

5.6. EN 370 (Avis) (Dias, 2011)


A obra foi consignada pela EP à empresa Mota-Engil e consistiu numa intervenção na EN 370

entre Avis (km 21+050) e o limite dos distritos de Portalegre e Évora (km 35+584), ao longo

de 14,5 km. A Figura 5.8 mostra o traçado do troço onde foram realizadas as obras.

Antes da aplicação da camada de desgaste foi aplicada uma outra camada com características

de regularização em AC 20 reg, com 4cm de espessura. A camada de desgaste foi construída

com uma MBR com alta percentagem de borracha e o ligante foi produzido pelo processo de

via seca desenvolvido por Dias (2011).

Figura 5.8. Troço a intervencionado na EN 370




Os agregados utilizados eram provenientes de uma pedreira da empresa Mota-Engil,

localizada em Montemor-o-Novo.

A curva da mistura utilizada nesta obra foi obtida por iterações dos materiais granulares para

que a mistura final com o ligante respeitasse o mais próximo possível os limites impostos na

CTE projeto.

No fabrico da mistura utilizaram-se as seguintes percentagens ponderais de cada fração de

agregado de natureza granodiorítica utilizado:

Brita 6/14: 65%

Brita 4/6: 15%

Pó de Pedra ou areão 0/6: 18%

Filer Comercial: 2%

Na Figura 5.9 é apresentada a curva da mistura de agregados e os limites impostos pela CTE

do projeto.

Figura 5.9 Granulometria da mistura de agregados e limites impostos pela CTE do projeto

O betume utilizado corresponde a um betume convencional de penetração nominal 35/50,

fornecido pela Galp. A Quadro 5.13 apresenta os resultados de algumas características obtidas

para o betume convencional.

Quadro 5.13. Características do betume convencional utilizado

Características Valor obtidos para as MBR-BB incorporando 20 a 23%

de borracha

Penetração (mm) 38

Ponto de Amolecimento – Método Anel e Bola (°C) 55,3

Resiliência (%) 9

Viscosidade (cP) 102

A mistura utilizada na obra tinha uma percentagem de ligante de 8,6%. A percentagem de

borracha em relação à massa total de ligante era de 21,8%. Os valores médios da baridade e

da porosidade das amostras da mistura betuminosa aplicada em Avis eram, respetivamente, de

2,27 g/cm3 e 7,4%.


80


A produção das misturas betuminosas foi realizada numa central “UM 120” descontínua. A

produção foi de 90 ton/hora.

A distância entre o local de fabrico e o ponto médio da obra era de 60 km e, em média, o

transporte da mistura demorava 75 minutos. As etapas utilizadas no fabrico das misturas com

incorporação de borracha resumem-se de seguida:

Pesagem dos agregados previamente aquecidos entre165 e170 °C;

Adição do granulado de borracha (de forma manual) aos agregados, no misturador, por

um período de 15 segundos, de forma a conseguir-se uma mistura homogénea;

À mistura de agregado e borracha adiciona-se o betume convencional (aquecido entre 155

e 160 °C) e o filer calcário. A mistura foi realizada durante um total de 44 s, a uma

temperatura compreendida entre 165 e 170 °C;

O processo de iteração física entre o betume convencional e o granulado de borracha,

ocorre desde o processo de mistura na fábrica até à fase de compactação em obra.

Por fim foi efetuado o espalhamento e compactação das misturas betuminosas. A Figura 5.10

mostra o espalhamento e compactação da mistura com BB.

Figura 5.10 Espalhamento e compactação da mistura betuminosa

5.7. I.C. 32 – Casas Velhas/Palhais

5.7.1. Descrição Sumária da Obra (Botelho, 2011)

Na obra do IC32 (atual A33), no troço Casas Velhas/Palhais, foi aplicada uma mistura

betuminosa aberta com BB com média percentagem de borracha (MBA-BBM) na camada de

desgaste numa extensão aproximada de 3 km. A Figura 5.11 apresenta o traçado sujeito a

intervenção.



Figura 5.11 Itinerário do troço do IC32 intervencionado


Na formulação da mistura betuminosa com borracha foi utilizado o método de Marshall,

considerando os critérios do caderno de encargos da obra, para determinar a percentagem

ótima de betume.

Foi utilizado um betume base do tipo 35/50. A temperatura da mistura, assim como a

temperatura do ligante foi mantida no intervalo entre 170 e 180 °C. Em obra, a temperatura de

compactação foi mantida no intervalo entre 165 e 175 °C.

Foram utilizadas três frações de agregados diferentes: de natureza granitoide, calcária e seixo

britado, com as seguintes dimensões nominais:

Agregado 6/10 (granitoide);

Agregado 0/4 (calcário);

Agregado 0/4 (seixo).

Os agregados foram sujeitos aos seguintes ensaios de caraterização geométrica e física:

análise granulométrica; determinação do peso específico, ensaio de fragmentação (Los

Angeles), ensaio de desgaste (micro-Deval), índice de achatamento e ensaio de azul-de-

metileno.

A composição final da mistura dos agregados é a descrita no Quadro 5.14.

Quadro 5.14. Composição da mistura de agregados

Agregado Percentagem da fração (%)

Granitoide 6/10 74

Calcário 0/4 12

Seixo 0/4 10

Filer 4


82

O Quadro 5.15 e a Figura 5.12 indicam o fuso granulométrico adotado para os agregados e a

curva da mistura utilizada.

Quadro 5.15. Fuso granulométrico da mistura de agregados e filer

Dimensão nominal da abertura dos

peneiros (mm)

Percentagem de passados (valores do

estudo)

Fuso

granulométrico

14 100,0 100

10 92,0 80-100

8 66,6 60-80

4 25,3 17-27

2 17,9 15-25

0,500 10,6 8-16

0,063 5,1 4-6

Figura 5.12. Curva final da mistura de agregados

Analisadas as características Marshall dos provetes chegou-se a uma percentagem ótima de

BB de 5,2%. Para a fórmula de trabalho adotada os valores obtidos no estudo de Marshall

para a percentagem ótima de BB foram os apresentados no Quadro 5.16.

Quadro 5.16. Valores obtidos no estudo de Marshall.

Ensaio Resultado

Baridade (g/cm3) 2,12

Porosidade (%) 13,2

VMA (%) 24,0

Resistência Conservada (%) 86,0

5.8. Metodologias de Dimensionamento de Reforço Utilizando Misturas com BB, com e sem Consideração de Reflexão de Fendas

A rede rodoviária nacional é constituída por milhares de quilómetros de estrada. Com o tempo

ocorre a natural degradação dos pavimentos devido às ações do tráfego e do clima. Se houver

por parte das entidades responsáveis uma boa manutenção destas infraestruturas, poderão

alargar a vida útil dos pavimentos e tornar os períodos sem necessidade de intervenção mais

longos. Se não houver programas de acompanhamento ao longo do período de serviço, as



rodovias poderão necessitar de mais intervenções fortes antes de atingirem o final do período

de vida para o qual foram projetadas, o que implicará custos acrescidos.

Para reabilitar as propriedades estruturais dos pavimentos, frequentemente dimensiona-se uma

ou várias camadas de reforço das estruturas existentes, podendo executar-se outras ações em

simultâneo com o reforço, com a mesma finalidade.

Para dimensionar o reforço, existem várias metodologias, umas mais simplificadas e outras

que traduzem melhor as questões envolvidas, os chamados métodos empírico-mecanicistas.

Um dos métodos expeditos de reforço utilizados é o procedimento baseado nas espessuras

efetivas do Asphalt Institute (AI, 1983) e o reforço através do MACOPAV Manual de

Conceção de Pavimentos para a Rede Rodoviária Nacional (JAE, 1995). Os métodos

empírico-mecanicistas baseiam-se na medição de deflexões reversíveis sobre o pavimento,

podendo também considerar-se o efeito da propagação (reflexão) de fendas do pavimento

existente para a camada de reforço (Sousa et al., 2005). Neste subcapítulo faz-se um resumo

dos dois tipos de procedimentos empírico-mecanicistas, de modo a suportar o estudo

comparativo que se apresenta, no qual o dimensionamento do reforço é efetuado de modo

semelhante ao utilizado nos projetos analisados e também considerando a reflexão de fendas.

Julga-se que um estudo deste tipo permitirá evidenciar melhor a contribuição das camadas

betuminosas com BB para a resistência do pavimento, quando utilizadas como camadas de

reforço.

5.8.1. Método Empírico-Mecanicista Baseado nas Deflexões Reversíveis

O procedimento baseado nas deflexões reversíveis é amplamente usado a nível mundial e foi

aplicado pelo LNEC no final dos anos 60. Desde então, o método desenvolveu-se devido à

evolução dos meios de cálculo, dos modelos de comportamento e dos métodos utilizados na

avaliação da capacidade de carga dos pavimentos (Branco et al., 2008).

Para utilizar o método das deflexões reversíveis é necessário realizar o levantamento da

capacidade de carga do pavimento. Esse levantamento pode ser realizado através de ensaios

de carga. Um dos equipamentos mais utilizados é o defletómetro de impacto (FWD – Falling

Weight Deflectometer). Após a análise dos ensaios realizados ao longo de um troço, é possível

assinalar trechos de comportamento homogéneo, os quais são representados por um conjunto

de deflexões características, geralmente correspondentes ao percentil 85 das deflexões

medidas.

Para calcular o estado de tensão-deformação num pavimento podem ser usados programas de

cálculo automático, como o ELSYM ou o BISAR, entre outros. Estes permitem modelar o

pavimento em estudo e simular aproximadamente as condições de aplicação de carga.

Arbitram-se os valores dos módulos de deformabilidade para cada uma das camadas,

considerando valores típicos para os coeficientes de Poisson, de acordo com a natureza dos

materiais que as constituem. É também necessário conhecer os dados relativos às espessuras

das camadas, os quais são obtidos através de sondagens e/ou de levantamento com georadar.

Utilizando sistemas de cálculo como os referidos acima simula-se, de forma iterativa, os


84

módulos de deformabilidade das camadas do pavimento até que o defletograma calculado seja

suficientemente representativo do defletograma característico considerado.

De forma a avaliar a capacidade resistente do pavimento é necessário corrigir os valores dos

módulos de deformabilidade das camadas betuminosas, para que estes correspondam à

temperatura de serviço e não à temperatura do ensaio de carga (Ribeiro, 2012). A correção

pode ser realizada através de uma relação proposta por Ullidtz, que considera como valor de

referência o valor do módulo de deformabilidade de uma mistura à temperatura de ensaio (TE,

°C), e relaciona-o com o módulo (E) a uma temperatura T (°C) (Lusoscut, 2004):

(5.1)

Determinados os módulos de deformabilidade e conhecidas as espessuras das camadas do

pavimento, simula-se o estado de tensãodeformação associado ao carregamento de um eixo-

padrão, o qual permite avaliar, o tempo de vida do pavimento, através dos critérios de

dimensionamento, ou seja, dos estados limites de ruína do pavimento, relacionados com o

fendilhamento e o assentamento da sua estrutura. Os critérios referidos podem também, de

forma aproximada, ser considerados para o dimensionamento do reforço, fixando para esta

camada determinadas características mecânicas.

Aqueles critérios são definidos em função de um número acumulado de eixos-padrão, os

quais podem apresentar a seguinte descrição (Lusoscut, 2004):

Fendilhamento acentuado à superfície do pavimento, em resultado da rotura por fadiga

por tração das camadas betuminosas;

Formação excessiva de cavados de rodeira, em consequência de deformações

permanentes controladas ao nível da fundação.

Quando se utiliza o método da Shell, os estados limites que se consideram para efeitos de

dimensionamento, são traduzidos pelas leis de fadiga (5.2) e de deformação permanente (5.3),

as quais permitem verificar, respetivamente, a limitação da extensão máxima de tração, t, na

zona inferior das camadas betuminosas, e a limitação da extensão vertical de compressão, c,

no topo da fundação do pavimento (95% de probabilidade de sobrevivência):

(5.2)

Onde,

N – número acumulado de eixos padrão durante a vida útil;

Vb – percentagem volumétrica de betume das misturas da camada inferior.

(5.3)

Onde,

N – número acumulado de eixos padrão durante a vida útil.



Levando em conta as propriedades dos materiais constituintes das estruturas do pavimento,

nos projetos considerados neste estudo utilizaram o programa de cálculo BISAR para calcular

as extensões máximas de tração na base das camadas betuminosas ( e as extensões

máximas de compressão ( ) no topo da fundação, considerando as estruturas dos pavimentos

solicitadas pela ação de um eixo-padrão de 130 kN.

Determinados os valores das extensões e tensões máximas naqueles pontos críticos, e

baseando-se nos critérios de dimensionamento já referidos, é possível obter o número

acumulado de eixos-padrão admissíveis.

O cálculo do dano permite ajustar melhor o dimensionamento do pavimento, de modo a que

verificando os estados limites de ruína do pavimento, a percentagem de dano (D) seja tanto

quanto possível próxima de 100% mas sem ultrapassar este valor, o que corresponde a uma

utilização previsível de praticamente toda a capacidade resistente disponível.

O dano é calculado pela expressão (5.4):

(5.4)

5.8.2. Método Empírico-Mecanicista que Considera a Reflexão de Fendas

Na análise estrutural de um pavimento para se obter um reforço mais eficaz devem ser

analisados o fendilhamento existente e o potencial de reflexão (atividade) das fendas para a

camada de reforço a dimensionar quando sobre o pavimento atuam ações climáticas e de

tráfego. Normalmente, no dimensionamento das camadas de reforço, não é tida em conta a

reflexão de fendas.

A previsão da vida de um reforço do pavimento é uma tarefa difícil e o sucesso de qualquer

solução dependerá diretamente das escolhas das componentes do reforço, designadamente dos

materiais utilizados e do seu comportamento, da sua combinação na estrutura e da qualidade

da construção. Todos estes fatores condicionarão a resposta do pavimento às condições

futuras de carregamento (Minhoto, 2005).

O reforço de um pavimento que apresenta fendilhamento nas camadas superficiais, com uma

nova camada betuminosa, causa um mecanismo de ruína adicional designado habitualmente

por reflexão de fendas. Este critério de dimensionamento é o mais predominante e

condicionante (Antunes et al, 2008). A consideração do potencial de reflexão de fendas é um

método pouco utilizado no dimensionamento de reforço de pavimentos.

Sousa et al. (2005) propuseram um modelo empírico-mecanicista para reforço de pavimentos

que tem em conta a reflexão de fendas. De acordo com a metodologia proposta, o

dimensionamento desenvolve-se segundo os seguintes procedimentos:

Caracterização mecânica do pavimento existente (determinação do modulo de rigidez e

das espessuras da camada do pavimento existente);

Determinação da temperatura representativa do ar;

Definição da percentagem de reflexão de fendas (percentagem de fendilhamento);


86

Determinação dos fatores de correção (envelhecimento, temperatura, consideração do

comportamento in situ);

Seleção do módulo de deformabilidade da camada de reforço;

Extensão de dimensionamento;

Determinação do número admissível de eixos-padrão (vida útil da estrutura após reforço).

Para caracterizar o pavimento existente recorre-se à retroanálise para obter os módulos de

deformabilidade das camadas, a partir da avaliação das deflexões obtidas com FWD, ou por

outros métodos que permitam estimar os módulos. As espessuras das camadas betuminosas

podem ser obtidas pela realização de sondagens, ou através da consulta de dados de projeto da

construção inicial da estrada (Sousa et al., 2005).

As temperaturas médias máximas e mínimas do ar devem ser calculadas para o local onde se

encontra o pavimento a reforçar. A temperatura média anual ponderada do ar (w-MAAT)

deve ser determinada pelo método da Shell (Figura 5.13) (Sousa et al., 2005).

Figura 5.13. w-MAAT em função do w-fator (Sousa et al., 2005)

O fator de ponderação (w-fator) é calculado em função da temperatura média mensal do ar

(MMAT), a partir da Figura 5.14.

Os fatores de ajustamento para levar em linha de conta o envelhecimento das misturas em

serviço são calculados conforme a localização do pavimento a reforçar e a percentagem de

fendilhamento considerado. O valor da percentagem de reflexão de fendas adotado, por

exemplo, pelo Departamento de Transportes do Arizona para um período de

dimensionamento de 10 anos é de 5%, e resulta da sua experiência. No entanto, podem tomar-

se valores mais ou menos conservadores que aquele (Sousa et al., 2005).



Figura 5.14. w-fator em função da temperatura (Sousa et al., 2005)

O fator de correção para o envelhecimento é calculado para que se tenha em consideração o

efeito do envelhecimento do reforço, sendo este valor calculado em função da temperatura

máxima do ar (T). O envelhecimento das misturas betuminosas é um fator que influencia o

seu desempenho, pois endurece-as e causa o aumento do seu módulo de deformabilidade ao

longo do tempo. O fator de correção, AAF, devido ao envelhecimento (Figura 5.15) pode ser

determinado pelas seguintes expressões (Sousa et al., 2005):

Para misturas com BB:

(5.5)

Para misturas com betumes convencionais:

(5.6)

Figura 5.15. Determinação do fator de ajustamento para o envelhecimento (Sousa et al., 2005)

O fator de correção para a temperatura (TAF) é determinado principalmente pelo facto da

reflexão de fendas ser maior quando o pavimento se encontra a baixas temperaturas. Para

análise do efeito da temperatura na evolução no comportamento da camada de reforço, são

considerados os seguintes aspetos (Sousa et al., 2005):

Tensões causadas pela passagem do tráfego sobre as fendas ou junto a estas;

■ Mistura Convencional

Mistura com BB

Temperatura Máxima do ar (°C)

Fat

or

de

corr

eção

par

a o

envel

hec

imen

to (

AA

F)


88

Efeito das variações bruscas de temperatura (neste caso a baixa de temperatura), as

quais podem causar, próximo das fendas, tensões de tração maiores que as registadas

pela solicitação do eixo-padrão;

A combinação dos dois mecanismos anteriores são os motivos mais prováveis para a

ocorrência de maiores estados de tensão e fadiga nas camadas sobrejacentes às fendas;

A reflexão de fendas está ligada à rotura devida às variações térmicas.

É possível modelar a maioria dos efeitos descritos com o objetivo de determinar o fator de

correção para a temperatura (Figura 5.16) (Sousa et al., 2005):

Para misturas com BB:

(5.7)

Para misturas com betumes convencionais:

(5.8)

[

] (5.9)

Em que:

MMAT – temperatura média do ar calculada segundo a metodologia da Shell, em °C;

- Temperatura mínima do ar, em °C.

Figura 5.16. Determinação do fator de correção para a temperatura, TAF, em função da

temperatura que promove a reflexão de fendas (Sousa et al., 2005)

O fator de correção FAF permite relacionar as estimativas do modelo de reflexão de fendas

com os resultados dos ensaios realizados in-situ (Figura 5.17). No caso das misturas com BB

este fator pode ser calculado através da expressão (5.10) (Sousa et al., 2005):

(5.10)

Em que:

PC – Percentagem de reflexão de fendas adotada no dimensionamento.

■ Mistura Convencional

Mistura com BB

Fat

or

de

corr

eção

par

a a

tem

per

atura

(T

AF

)

Temperatura que promove a reflexão de fendas (°C)



Figura 5.17. Fator de correção in-situ em função da percentagem de fendas

O passo seguinte deste método passa por determinar o módulo de deformabilidade da mistura

betuminosa do reforço do pavimento. Este valor pode ser obtido através de leis resultantes de

ensaios laboratoriais à flexão em 4 pontos. Os módulos de deformabilidade obtidos no ensaio

devem ser corrigidos pelos coeficientes de correção para o envelhecimento e para a

temperatura (Sousa et al., 2005).

Para o desenvolvimento do método, os seus autores recorreram à modelação por elementos

finitos para representar o fenómeno da reflexão de fendas e o efeito no reforço logo acima da

fenda. O modelo foi calibrado com resultados de medições da atividade das fendas in situ em

pavimentos que apresentavam fendilhamento. Assim, foi possível simular os movimentos das

fendas e das tensões in situ em amostras laboratoriais de forma a simular com maior

aproximação as condições reais do pavimento.

Através das simulações referidas acima foi desenvolvido um modelo para calcular as

extensões médias de Von Mises, ɛVM, modeladas através da equação (5.11).

b (1x10

-6) (5.11)

Em que:

e – espessura da camada de reforço (m)

– Extensão da camada de reforço (µm/m)

∏ [ ] (1x10

-6) (5.12)

∏ [ ] (1x10

-6) (5.13)

Em que:

a e b coeficientes que dependem dos módulos de deformabilidade e das espessuras das

camadas que formam o pavimento;

aij e bij – coeficientes estatísticos (Quadro 5.17).

Xi – espessura e módulo de deformabilidade das camadas do pavimento (Quadro 5.18).

Percentagem de Fendas

Fat

or

de

corr

eção

in-s

itu


90

Quadro 5.17. Coeficientes estatísticos aij e bij

i a1i a2i b1i b2i

1 -1,038E-04 -1,446E-01 7,169E-03 1,314E-01

2 2,777E-01 -4,022E+00 9,773E-05 -6,368E-01

3 -1,173E+00 1,212E+01 -4,946E-01 7,069E+00

4 1,281E+00 5,070E-01 3,923E-02 2,641E+00

5 -5,160E-01 6,964E+00 3,265E-02 -1,287E+00

6 -1,774E-01 2,385E+00 1,875E-03 -8,167E-01

Com base na variável Xi, as propriedades são inseridas conforme a sequência do Quadro 5.18

A cada propriedade correspondem no Quadro 5.17 os respetivos valores dos coeficientes

estatísticos. O valor final é dado pela multiplicação das várias propriedades com os respetivos

coeficientes (Santos, 2009).

Quadro 5.18. Propriedades dos Pavimentos

i Xi Mínimo Máximo

1 Espessura da camada fissurada (m) 0,10 0,25

2 Espessura da camada granular (m) 0,20 0,40

3 Módulo de deformabilidade da camada de reforço (MPa) 2000 10000

4 Módulo de deformabilidade da camada fissurada (MPa) 2000 3500

5 Módulo de deformabilidade da camada granular (MPa) 150 450

6 Módulo de deformabilidade do solo de fundação (MPa) 50 150

No fim do método procede-se ao cálculo do número total de eixos-padrão a que a camada de

reforço pode ser submetida, de modo a cumprir o critério de dimensionamento estabelecido,

ou seja, o limite da área fendilhada por reflexão de fendas. Para as misturas com BB e para as

misturas betuminosas convencionais o número admissível de eixos-padrão é dado pela

expressão (5.14) e (5.15), respetivamente:

[ ] (5.14)

[ ] (5.15)

De modo a tornar mais claro o procedimento descrito, na Figura 5.18 apresenta-se um

organigrama do mesmo.



Figura 5.18 Organograma do método que considera a reflexão de fendas (Minhoto, 2005)

5.9. Estudo Comparativo de Dimensionamento do Reforço

Neste estudo de aplicação são estudados dois casos distintos de dimensionamento de reforço

de pavimento. O dimensionamento do reforço pelo método das deflexões reversíveis e pelo

método que considera a reflexão de fendas.

Os dados utilizados na primeira análise foram consultados nos estudos realizados na obra de

ampliação do IC24, atual A41 – Freixieiro/Alfena (Lusoscut, 2004). Os dados de tráfego

considerados são os expostos no Quadro 5.19.

Quadro 5.19. Dados de tráfego e solicitações considerados para a solução de reforço

(Lusoscut, 2004)

Lanço TMDAp Classe de

tráfego

NAVP (20

anos)

Fator de

Agressividade

NAEPdim

(130 kN)

Freixieiro/Aeroporto 547 3 3,50×106 0,8 2,80×106

Aeroporto/Nó da Maia

(Solicitação mais desfavorável) 537 3 5,18×106 0,8 4,14×106

Nó da Maia/Alfena 446 4 4,41×106 0,7 3,09×106

TMDAp – tráfego médio diário anual de veículos pesados no ano de abertura ao tráfego, por sentido, na via a efetuar o

reforço do pavimento

NAVP – número acumulado de passagens de veículos pesados ao longo do período de dimensionamento

NAEPdim – número equivalente de eixos-padrão de 130 kN para o período de dimensionamento.


92

Apresenta-se ainda uma análise comparativa com o estudo realizado por Ribeiro (2012), no

qual fez uma avaliação paramétrica do dimensionamento de reforços de pavimentos,

considerando misturas betuminosas com BB e misturas convencionais, embora sem

considerar a reflexão de fendas no dimensionamento.

5.9.1. Situação de Projeto do IC24

- Dimensionamento pelo Método das Deflexões Reversíveis

A espessura das camadas betuminosas existentes foi levantada através de sondagens. Para o

dimensionamento foi considerada uma estrutura de um pavimento do tipo flexível tradicional,

constituído por camadas betuminosas assentes sobre camadas granulares. A estrutura

escolhida é representativa da situação mais desfavorável ao longo de todo o lanço.

Os módulos de deformabilidade das camadas betuminosas granulares existentes e da fundação

foram estimados com base na interpretação dos resultados obtidos nos ensaios de carga

(FWD), por retroanálise, através do programa ELSYM 5.

Consideraram a camada de reforço R1 constituída por uma camada de regularização (AC 20

reg) e a uma camada de desgaste (MBA-BB). O Quadro 5.20 apresenta a estrutura e as

características mecânicas do pavimento existente e das camadas de reforço, as quais se

ilustram na Figura 5.20 (Lusoscut, 2004).

Quadro 5.20. Estrutura e características mecânicas do pavimento a reforçar (R1)

Espessura da

camada (cm)

Módulo de


Teor

Volumétrico

Betume (%)

Coeficiente de

Poisson

MBA-BB 3 4000 19,2 0,35

AC 20 reg 5 6000 12 0,35

Misturas Betuminosas

(após fresagem de 10 cm) 18,4

3120 (corrigido para a

temperatura de cálculo) 10 0,35

Camada Granular 20 220 - 0,35

Fundação - 55 - 0,4

O carregamento adotado era composto por um eixo duplo com uma carga total de 130 kN,

com uma carga em cada pneu (P) de 32,5 kN e um espaçamento entre rodados de 18,75 cm. A

pressão de contacto (Pe) considerada, calculada pela expressão (5.16), foi de 0,662 MPa (para

uma área de contacto Ac).

(5.16)

Para o carregamento referido e a estrutura do pavimento da Figura 5.19, as extensões

máximas de tração na base da nova camada betuminosa e a extensão máxima de compressão

no topo da fundação foram calculadas pelo programa BISAR. O Quadro 5.21 contém os

resultados das extensões obtidas no programa BISAR e o número de eixos-padrão admissível

(Lusoscut, 2004).



Figura 5.19. Estruturas do pavimento consideradas no projeto (existente à esquerda e com

reforço à direita)

Quadro 5.21. Verificação dos critérios de ruína

Verificação à Fadiga (Estrutura R1)

εt à profundidade de 0,264 m (BISAR) NAEPadm (130 kN)

148,1 m/m 9,51×106

Verificação à deformação permanente (Estrutura Base)

εc no topo da fundação (BISAR) NAEPadm (130 kN)

396,2m/m 4,26×106

NAEPadm número admissível de eixos-padrão de 130 kN.

Comparando os dados obtidos no Quadro 5.21 com os do Quadro 5.19 verifica-se que o

NAEPadm toma valores superiores ao NAEPdim. A solução de reforço, representativa da

estrutura mais desfavorável, para as características mecânicas descritas, cumpre os critérios de

dimensionamento utilizados. Assim, a estrutura R1 representada na Figura 5.19 é uma solução

adequada para o reforço do pavimento.

- Dimensionamento do Reforço Considerando a Reflexão de Fendas

Para a aplicação do método descrito por Sousa et al. (2005) foi utilizada a folha de cálculo do

método (folha de cálculo “Excel”) desenvolvida pelos seus autores.

Os dados utilizados no estudo foram selecionados de modo a reproduzir uma situação de

projeto tão próxima quanto possível da situação estudada no subcapítulo anterior, de modo a

poder comparar os resultados com esta.

As temperaturas máximas e mínimas do ar foram consultadas em IM (2011) e foram

registadas no período entre 1971 e 2000 no Porto. O Quadro 5.22 contém os valores dos

registos de temperaturas para a estação meteorológica mais próxima do troço estudado.

Estrutura Base Estrutura R1


94

Quadro 5.22. Temperaturas do ar consideradas para a localização em estudo

Temperatura máxima do ar 38,7 °C

Temperatura mínima do ar -3,3 °C

Os restantes dados da temperatura média anual do ar, do módulo e espessura das camadas

betuminosas fendilhadas, da camada granular e das novas camadas de reforço são

apresentados no Quadro 5.23.

Neste procedimento considerou-se que a camada de reforço é somente constituída pela MBA-

BB (excluindo assim a camada de regularização estudada no caso anterior), de modo a

evidenciar as diferenças no dimensionamento quando se considera uma camada com BB no

lugar de camadas em AC. São estudados dois cenários de percentagem de reflexão de fendas:

2 e 5% (valor adotado pelo Departamento de Transportes do Arizona nos EUA).

Quadro 5.23. Dados referentes ao pavimento a reabilitar

Percentagem de reflexão de fendas (min. 1%; max.10%) 2%; 5%

Temperatura máxima do ar (°C) 38,7

Temperatura média anual do ar (°C) (método da Shell) 14,6

Temperatura mínima do ar (°C) -3,3

Módulo da camada betuminosa fendilhada (MPa) 3120

Espessura da camada fendilhada (cm) 18,4

Módulo da camada Granular (MPa) 220

Espessura da camada granular (cm) 20

Módulo da Fundação (MPa) 55

Módulos (20ºC) (MPa)

Mistura com Betume-Borracha 4000

Mistura convencional de Referência 5500

A partir destes dados indicados no Quadro 5.23, a aplicação do método conduz ao gráfico

mostrado, a título de exemplo, na Figura 5.20 (para 2% de reflexão de fendas), o qual permite

determinar a espessura da camada de reforço, conhecendo o tráfego solicitante. Os resultados

para o estudo dos restantes casos estão no Quadro 5.24.



Figura 5.20. Resultados do método (para uma reflexão de fendas de 2%)

Quadro 5.24. Resultados para as diferentes percentagens de reflexão de fendas

Percentagem de reflexão de fendas Espessura de

Reforço (m) NAEPdim

(80 kN)

NAEPadm (80

kN)

εVM

(130kN)

εVM

(80kN)

2%

Misturas com BB (R3.1) 0,10

2,89×107

3,75×107 325,9 288,5

Mistura convencional de

referência (R3.2) 0,12 3,34×107 139,2 188,0

5%

Misturas com BB (R4.1) 0,08 4,04×107 368,8 326,4

Mistura convencional de

referência (R4.2) 0,09 2,92×107 160,0 216,1

Observando os resultados obtidos pelo método das deflexões reversíveis e comparando-os

com os do método que considera a reflexão de fendas, verifica-se que as extensões obtidas por

este são elevadas e bastante superiores às extensões obtidas na base das camadas ligadas para

a estrutura R1 (Quadro 5.21), o que está relacionado com o facto de a reflexão de fendas

considerar o efeito da atividade das fendas existentes no pavimento a reforçar.

Quando a percentagem de reflexão de fendas admitida para o fim do período de

dimensionamento é menor, a solução obtida é, como seria de esperar, mais conservadora,

levando a espessuras para reforço maiores para uma vida do pavimento semelhante.

5.9.2. Comparação com o Estudo Paramétrico Efetuado por Ribeiro (2012)

Efetua-se de seguida uma análise comparativa dos resultados obtidos por Ribeiro (2012) para

a espessura das camadas de reforço dimensionadas pelo método das deflexões reversíveis e as

que se podem obter pelo método da reflexão de fendas. Para o primeiro método vão

considerar-se as estruturas, as características dos materiais e os resultados do

dimensionamento obtidos por Ribeiro (2012), os quais se resumem a seguir. Para o segundo,

procede-se neste trabalho à aplicação do método desenvolvido por Sousa et al. (2005).

Trá

fego P

revis

to (

eixos

de

80 k

N)

Espessura do reforço (m)


96

- Dimensionamento pelo Método das Deflexões Reversíveis

Naquele estudo foram consideradas três estruturas de pavimentos base para as quais foi

simulado o reforço do pavimento com betão betuminoso convencional e misturas betuminosas

rugosas com BB. As três estruturas base são as seguintes:

Pavimento flexível de base granular - com 15 cm de camadas betuminosas sobre 20

cm de base granular e 20 cm de sub-base granular (Estrutura Base A);

Pavimento flexível de base betuminosa - com 20 cm de camadas betuminosas sobre 20

cm de sub-base granular (Estrutura Base B);

Pavimento flexível de base betuminosas - com 24 cm de camadas betuminosas sobre

20 cm de sub-base granular (Estrutura Base C).

Considerou que as camadas betuminosas existentes eram constituídas por misturas

betuminosas convencionais com um módulo de deformabilidade de 4000 MPa (JAE, 1995).

No entanto, de forma a simular a redução de vida útil do pavimento foi considerada uma

redução do módulo de deformabilidade em 25%. Assim, o módulo adotado para as camadas

betuminosas existentes foi de 3000 MPa e o coeficiente de Poisson, ν, foi de 0,35.

Em todas as estruturas base foram admitidos módulos de deformabilidade de 100 MPa e

coeficientes de Poisson de 0,4 para a fundação. Para as camadas granulares foram

considerados valores de módulo de 200 MPa para a sub-base e de 400 MPa para a base, e

coeficientes de Poisson de 0,35. As camadas de reforço estudadas foram caracterizadas pelas

propriedades mecânicas indicadas no Quadro 5.25.

Quadro 5.25. Características mecânicas das camadas de reforço

Mistura Betuminosa E (MPa) ν

Mistura Convencional 4000 0,35

MBR-BB 3800 0,35

As tensões e as extensões foram calculadas com o programa BISAR, tendo sido considerado

um eixo-padrão de 80 kN.

O Quadro 5.26 apresenta os resultados obtidos por Ribeiro (2012) para a vida útil restante

(Nadm) das estruturas base A, B e C, considerando a redução de 25% do módulo das camadas

betuminosas que se referiu, e utilizando as leis de comportamento do método da Shell, para

95% de probabilidade de sobrevivência. A vida útil para cada caso foi obtida para os dados

referidos anteriormente, considerando as extensões de tração, na base das camadas

betuminosas, εt, e as extensões de compressão no topo da fundação, εc, indicadas no mesmo

Quadro.

Quadro 5.26. Extensões e vida útil restante das estruturas base A, B e C com redução do

módulo de deformabilidade

Estrutura Base Fadiga Deformação Permanente

εt (m/m) Nadm (milhões) εc (m/m) Nadm (milhões)

A 140,2 100,7 238,3 32,6

B 143,2 90,6 298,0 13,3

C 114,4 278,3 237,5 33,0



Para os três casos considerados a vida útil restante foi determinada pelo critério da

deformação permanente.

Posteriormente, Ribeiro (2012) efetuou simulações com duas alternativas de reforço com 4cm

de espessura: uma considerando uma camada em betão betuminoso tradicional, e outra

considerando misturas betuminosas rugosas com BB (MBR-BB). Para as seis estruturas com

reforço foram calculadas as extensões nos pontos críticos do pavimento e o número

admissível de eixos-padrão (Quadro 5.27).

Quadro 5.27. Extensões e número de eixos-padrão admissíveis

Estrutura

Base

Reforço com 4 cm de misturas

betuminosas

Fadiga Deformação

Permanente

εt

(m/m)

Nadm

(milhões)

εc

(m/m)

Nadm

(milhões)

A Com betão betuminoso tradicional 111,4 317,8 190,0 80,6

Com MBR-BB 117,7 313,6 190,10 78,7

B Com betão betuminoso tradicional 111,8 312,2 228,9 38,2

Com MBR-BB 112,2 306,7 230,5 37,2

C Com betão betuminoso tradicional 90,82 882,5 187,2 85,5

Com MBR-BB 91,19 864,8 188,4 83,3

Segundo aquele estudo a mistura convencional apresenta em todas as situações uma vida à

fadiga e à deformação permanente ligeiramente superior às MBR-BB, uma vez que os

módulos da mistura com borracha são um pouco menores para esta mistura e as leis de

comportamento dos materiais utilizadas foram as mesmas, quer para as misturas

convencionais, quer para as misturas com borracha.

- Dimensionamento do Reforço Considerando a Reflexão de Fendas

De modo a comparar aqueles resultados com os obtidos quando se dimensiona o reforço

considerando a atividade das fendas do pavimento existente, de seguida apresenta-se um

estudo do dimensionamento para as mesmas estruturas base, mas levando em linha de conta

aquele novo mecanismo de degradação dos pavimentos com reforço. Os módulos de

deformabilidade, coeficientes de Poisson e espessuras das camadas existentes, são iguais aos

dados das estruturas base referidas anteriormente (A, B e C). As temperaturas máximas e

mínimas do ar, assim como a temperatura média anual ponderada do ar (w-MAAT=19,5 °C)

consideradas são as representativas da zona de Coimbra.

O Quadro 5.28 apresenta os resultados obtidos para as espessuras de reforço, considerando

uma percentagem de reflexão de fendas de 5 % (valor adotado pelo Departamento de

Transportes do Arizona). As leis de comportamento consideradas para as camadas de reforço

foram as representadas pelas expressões (5.14) e (5.15), respetivamente, para a mistura com

BB e para a mistura convencional. Note-se que a lei considerada para a mistura convencional

não difere muito da lei de fadiga do método da Shell, para níveis de extensão habitualmente

considerados no dimensionamento.

Determinaram-se as extensões de Von Mises e o número admissível de eixos-padrão para

reforço de todas as estruturas com 4 cm de espessura, considerando, por um lado, misturas

betuminosas convencionais e, por outro lado, misturas com BB. Além disso, fez-se ainda uma


98

comparação das espessuras de reforço que seriam necessárias para que todas as estruturas

fossem capazes de suportar um tráfego de 30 milhões de eixos-padrão de 80 kN (valor

admitido).

Quadro 5.28. Resultados para o método que considera a reflexão de fendas (para uma

percentagem de reflexão de fendas de 5%)

Estrutura Base a Reforçar Tipo de camada de reforço Espessura (cm) εVM (80 kN) Nadm (milhões)

A

Mistura Convencional

4 470,5 0,29

18 213,8 31,1

MBR-BB 4 452,4 7,96

7 329,5 38,6

B

Mistura Convencional 4 544,1 0,12

23 211,5 33,1

MBR-BB 4 525,3 3,79

9 327,4 39,9

C

Mistura Convencional 4 554,5 0,11

23 213,4 31,4

MBR-BB 4 536,3 3,42

9 332,4 36,9

Verifica-se que, pelo método da reflexão de fendas, as espessuras de reforço de 4 cm

conduzem a uma vida útil dos pavimentos muito superiores quando se consideram camadas de

reforço com misturas com BB. Estes resultados não corroboram os obtidos quando se faz um

dimensionamento sem considerar a reflexão de fendas.

O dimensionamento baseado na reflexão de fendas permite verificar que são sempre

necessárias espessuras de reforço consideravelmente menores quando se consideram misturas

com BB no lugar de misturas betuminosas convencionais.


Neste capítulo apresentaram-se algumas obras realizadas em Portugal ao longo de vários anos,

com o objetivo de mostrar as situações mais comuns de utilização de misturas betuminosas

com betume-borracha. Além disso, concluiu-se que aquelas misturas foram utilizadas

tipicamente em reabilitação de pavimentos, com o objetivo de assegurar melhor resistência à

propagação de fendas e melhores características funcionais (propriedades antiderrapantes, por

exemplo) que as proporcionadas pelas misturas betuminosas convencionais.

As misturas betuminosas rugosas com BB (MBR-BB) foram aplicadas principalmente em

camadas de desgaste (embora também possam aplicar-se em camadas de ligação /

regularização), enquanto as misturas abertas (MBA-BB) foram sempre utilizadas em camadas

de desgaste. Embora tenham tido uma utilização mais frequente as misturas com incorporação

de alta percentagem de borracha, adicionada em estaleiro por via húmida, também foram

utilizados betumes com média percentagem (BBM) e baixa percentagem de borracha (BBB),

geralmente fabricados em refinaria (terminal blending).



Muito recentemente, foi implementada em algumas obras, das quais se apresentou um

exemplo, a aplicação de MBR-BBA utilizando misturas produzidas por via seca, mas

utilizando granulado de borracha com uma granulometria semelhante à utilizada no método

por via húmida. Esta técnica conduz a misturas com propriedades não muito diferentes das

obtidas por via húmida, mas evitam-se, por exemplo, os problemas de falta de estabilidade ao

armazenamento do betume com alta percentagem de borracha produzido em estaleiro por via

húmida, uma vez que a mistura betuminosa é produzida imediatamente antes da aplicação.

Neste caso, a interação entre o betume e a borracha ocorre quando todos os constituintes já

estão misturados, decorrendo no período compreendido entre o processo de mistura e a

compactação.

A experiência de aplicação das MBA-BB em obra tem revelado algumas dificuldades

associadas à constância das características obtidas. Sendo difícil garantir a constância,

designadamente das propriedades volumétricas, afigura-se possível uma considerável

variabilidade da qualidade final, o que pode pôr em causa as propriedades mecânicas e

funcionais que se procuram com a aplicação daquele tipo de materiais.

No que respeita ao dimensionamento estrutural do reforço de pavimentos flexíveis, foi

realizado um estudo comparativo entre a metodologia empírico-mecanicista mais habitual no

nosso país e outra que considera no processo a reflexão de fendas da superfície do pavimento

existente para a nova camada.

Concluiu-se que considerando a atividade das fendas, através do cálculo das extensões de Von

Mises, e a sua propagação para a camada de reforço, se consegue uma melhor modelação dos

mecanismos de ruína do pavimento que ocorrem nos pavimentos com reforço aquando da

ação do tráfego. Além disso, tendo em conta que as misturas com BB apresentam um melhor

comportamento ao fendilhamento por fadiga e, portanto, têm mais resistência à propagação de

fendas, a análise efetuada permitiu verificar que, para a mesma espessura de reforço, a vida do

pavimento é superior quando esta é constituída por uma mistura betuminosa com BB, em

comparação com a que se obtém para igual carregamento, mas em que o reforço é construído

com misturas convencionais. Da mesma forma se concluiu que para a mesma vida útil do

pavimento sujeito a reforço, a camada de MBR-BB necessária é bastante inferior à exigida

para uma mistura betuminosa convencional.


100

CAPÍTULO 6


6. CONCLUSÕES GERAIS E TRABALHOS FUTUROS

6.1. Conclusões Gerais

Com a elaboração desta dissertação pretendeu-se efetuar um levantamento da utilização das

misturas com BB em Portugal. Apesar destas misturas serem utilizadas há várias décadas a

nível mundial, nomeadamente em países como a Espanha e os Estados Unidos, em particular

nos estados do Arizona e da Califórnia, só a partir de 1999 é que se verificou a realização em

Portugal das primeiras obras que empregaram aquele tipo de misturas.

As misturas com BB são constituídas por betume, granulado de borracha de pneus e

agregados, o que permite obter misturas com características particulares, quer do ponto de

vista estrutural, quer do ponto de vista funcional.

O granulado de borracha é produzido a partir de pneus fora de uso, podendo ser obtido por

trituração mecânica ou através do processo criogénico, em diferentes granulometrias. São dois

processos distintos mas capazes de produzir um granulado apto a conferir ao betume melhores

propriedades reológicas.

Fez-se uma revisão dos processos de incorporação da borracha no betume, tendo-se verificado

que existem dois processos principais. O processo de introdução da borracha por via húmida,

ou seja, diretamente no betume base, tem sido o mais utilizado em Portugal. O processo por

via seca convencional, no qual se adiciona aos agregados quentes um granulado de borracha

constituído por grãos de dimensão considerável, não tem sido praticamente utilizado no nosso

país, pois as características de desempenho são geralmente inferiores às obtidas pelas misturas

que empregam BB por via húmida. No entanto, recentemente Dias (2011) introduziu uma

nova forma de incorporar borracha por via seca, no qual a granulometria da borracha é

semelhante à utilizada na via húmida. Os seus estudos revelaram um desempenho mecânico

muito semelhante às misturas que incorporam borracha por via húmida.

As misturas betuminosas com BB mais utilizadas são as rugosas e as abertas. Têm

composições peculiares comparativamente às misturas da família do betão betuminoso, uma

vez que têm granulometrias descontínuas, percentagens elevadas de ligante e porosidades

altas, tendo tido utilização mais corrente em camadas de desgaste de pavimentos. Mesmo

assim, as misturas com borracha têm sido formuladas por procedimentos empíricos, como o

método de Marshall. Verifica-se que os resultados obtidos não podem ser comparados com os

das misturas convencionais, porquanto se obtêm geralmente deformações mais elevadas,

estabilidades mais baixas, valores de VMA superiores e maiores percentagens ótimas de

betume.

A quantidade de ligante que é incorporada nas misturas com BB é elevada como se referiu.

Contudo, o ligante apresenta geralmente uma melhor reologia, o que contribui para uma

melhoria geral do desempenho mecânico comparativamente aos betões betuminosos

convencionais. Os valores do módulo de deformabilidade não são muito elevados, mas a

resistência à fadiga e à propagação de fendas é manifestamente boa. A resistência à

deformação permanente, particularmente a temperaturas elevadas, tende a ser superior nas

misturas com BB que nas misturas convencionais.

Conclusões Gerais e Trabalhos Futuros

102

De acordo com os resultados disponíveis, verifica-se que as misturas betuminosas com BB

sofrem endurecimento quando em serviço, o que pode ser comprovado pelo aumento do

módulo de deformabilidade, pela redução da resistência à fadiga e pela diminuição da

deformação permanente observada em ensaios laboratoriais. A maior espessura do filme de

betume que envolve os agregados pode levar a uma menor exposição aos fatores que

promovem o envelhecimento do ligante, apesar de as misturas com BB mais correntes terem

uma porosidade elevada, a qual favorece o seu endurecimento.

Com base na descrição geral do processo de fabrico das misturas com BB, verificou-se que as

centrais convencionais permitem produzir aqueles materiais sem dificuldades especiais.

Quando se adiciona no estaleiro o granulado de borracha diretamente ao betume (via húmida),

é necessário dispor de um equipamento específico para a produção do ligante. Neste caso,

quando a percentagem de borracha adicionada é elevada, uma vez que há problemas de

estabilidade do ligante ao armazenamento, dispõe-se de um tempo reduzido, da ordem de

algumas horas, para produzir a mistura. Para o processo de produção de misturas com BB por

via seca proposto por Dias (2011), o granulado de borracha é introduzido diretamente no

misturador, sendo necessário um tempo de mistura ligeiramente superior ao utilizado para as

misturas convencionais. Nesta técnica não existem dificuldades associadas à estabilidade do

ligante, uma vez que a mistura de todos os componentes ocorre apenas no processo de fabrico

da mistura betuminosa.

O transporte e a aplicação de misturas com BB necessitam de alguns cuidados especiais no

que diz respeito à manutenção da temperatura. A trabalhabilidade das misturas é mais sensível

à diminuição da temperatura que nas misturas betuminosas convencionais, porquanto o

aumento da viscosidade do BB é mais rápido quando as misturas arrefecem.

As misturas betuminosas com BB apresentam vantagens em termos de resistência mecânica

global quando em serviço. O bom comportamento mecânico geralmente observado é mais

notório quando aquelas misturas são aplicadas em camadas de reforço de pavimentos, nos

quais há mais probabilidade de propagação de fendas da superfície existente para a nova

camada. A bibliografia indica também alguns benefícios do uso de camadas betuminosas com

BB relativamente à melhoria de propriedades funcionais dos pavimentos. São geralmente

referidas contribuições positivas para o atrito superficial, particularmente no caso de camadas

rugosas, e de alguma redução da geração de ruído originada pela menor impedância mecânica

da superfície.

O resumo da análise de custo/benefício elaborada por Dias (2011) que se efetuou nesta

dissertação permitiu mostrar que o melhor desempenho das misturas com BB e a menor

espessura das camadas a aplicar, levam a que estas apresentem custos inferiores às misturas

convencionais.

No final da dissertação é realizado um levantamento de algumas obras realizadas em Portugal

que empregaram misturas com BB. Analisaram-se alguns aspetos relativos às propriedades

dos materiais constituintes e às composições das misturas utilizadas. Verificou-se que as

misturas com borracha foram geralmente aplicadas em situações de reabilitação de

pavimentos, procurando tirar vantagem da boa resistência daquelas misturas em relação à

Conclusões Gerais e Trabalhos Futuros CAPÍTULO 6


propagação de fendas. A utilização de misturas com BB foi em praticamente todos os casos

feita em camadas de desgaste de pavimentos, tendo sido mais frequente a utilização de BB

produzido por via húmida.

O estudo comparativo do dimensionamento de camadas de reforço foi efetuado pelos métodos

das deflexões reversíveis, como é habitual, e considerando a reflexão de fendas que tende a

ocorrer quando o reforço é construído sobre pavimentos fendilhados. Foram calculadas as

extensões de tração para os dois métodos. No primeiro avaliam-se a extensões radiais de

tração na face inferior das camadas ligadas, induzidas pela passagem de um eixo-padrão, No

2º método são determinadas extensões de Von Mises, as quais correspondem a uma

modelação da atividade das fendas existentes no pavimento a reforçar, em função de várias

fatores.

Testando diferentes percentagens de propagação de fendilhamento no método da reflexão de

fendas, verificou-se que quanto menor é esta percentagem maior terá de ser a espessura de

reforço necessária para suportar as condições de trafego consideradas. Considerando as

mesmas condições para a estrutura de um pavimento fazendo variar apenas o material da

camada de reforço, constatou-se que a espessura da camada de reforço em misturas com BB é

sempre inferior à determinada para misturas convencionais. Estes resultados mostram a

vantagem, do ponto de vista estrutural, em utilizar camadas de reforço em misturas com BB

no lugar de misturas betuminosas convencionais

6.2. Trabalhos Futuros

Com base na experiencia adquirida nos últimos anos na produção e aplicação de misturas com

BB seria útil a elaboração de um manual de aplicação técnica de misturas betuminosas com

borracha que reunisse as principais características destas misturas, assim como uma descrição

detalhada dos aspetos particulares do fabrico, transporte, aplicação e compactação.

Além disso, considerando que a aplicação de misturas com borracha já decorre no país há

mais de 10 anos, seria útil a recolha e análise mais aprofundada do comportamento a longo

prazo das misturas com BB, particularmente das aplicadas em camadas de reforço. A

existência daquele tipo de resultados poderia permitir ajustar alguns aspetos do processo de

fabrico e aplicação, ou mesmo das composições mais utilizadas, com vista a uma melhoria do

seu desempenho em serviço.

Em Portugal, não é usual o fabrico de misturas betuminosas densas, do tipo AC surf, que

incorporem BB. Nesse sentido, o estudo e aplicação daquele tipo de misturas deveria ser

considerado, para validação e possível maior aplicação deste tipo de misturas.

Por fim seria interessante testar misturas do tipo SMA (stone mastic asphalt) incorporando

BB e fibras celulósicas. Note-se que as SMA têm mostrado ser muito promissoras do ponto de

vista do seu desempenho mecânico quando aplicadas em camadas de desgaste, Assim, seria

de esperar ainda um melhor desempenho e a melhoria de algumas das suas propriedades

funcionais.

Conclusões Gerais e Trabalhos Futuros

104


Por fim, julga-se que o trabalho desenvolvido ao longo da presente dissertação cumpre os

objetivos iniciais. De facto, foi possível reunir um conjunto de informação que caracteriza

suficientemente bem o uso da tecnologia de misturas betuminosas com borracha na realidade

técnica portuguesa.

O tipo de informação que se reuniu e se apresentou de forma relativamente concisa, incluiu

uma discussão crítica sobre alguns dos aspetos abordados, o que pode constituir uma boa

contribuição para quem pretende iniciar-se nos estudos das temáticas abordadas.

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Propriedades dos Betumes-Borracha ANEXOS


Anexo A (EP, 2012)

O betume-borracha pode ser de três tipos:

a) de baixa percentagem de granulado de borracha, conduzindo a um betume de baixa

viscosidade cujo limite de viscosidade é especificado no Quadro A.1;

b) de média percentagem de granulado de borracha, conduzindo a um betume de média

viscosidade cujo limite de viscosidade é especificado no Quadro A.2;

c) de alta percentagem de granulado de borracha, conduzindo a um betume de alta

viscosidade cujo limite de viscosidade é especificado no Quadro A.3.

Quadro A.1. Especificação dos requisitos/propriedades para os BBB


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Quadro A.2. Especificação dos requisitos/propriedades para os BBM



Quadro A.3. Especificação dos requisitos/propriedades para os BBA

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Misturas Betuminosas com Incorporação de Borracha de Pneu ...€¦ · qual é adicionado granulado de borracha de pneu. A reutilização deste granulado permite que se valorize