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Departamento de Engenharia Civil Universidade de Coimbra
RECICLAGEM A QUENTE DE MISTURAS BETUMINOSAS EM CENTRAL
RELATÓRIO TÉCNICO
Outubro de 2004
Índice
Página n.º
1 – INTRODUÇÃO 1
1.1. Enquadramento
1.2. Estrutura do Relatório
1
1
2 – ESTABELECIMENTO DA COMPOSIÇÃO DAS MISTURAS 3
2.1. Generalidades
2.2. Caracterização dos Materiais Disponíveis
2.2.1. Granulometria do material fresado (com betume)
2.2.2. Percentagem de betume do material fresado
2.2.3. Agregado do material fresado
2.2.4. Agregados
2.3. Fórmulas de Trabalho
2.3.1. Composição granulométrica do agregado de correcção
2.3.2. Fórmulas de trabalho – Alimentação do tambor secador
2.3.3. Percentagem de betume a usar
2.3.4. Fórmulas de trabalho – Unidade de mistura
3
3
3
3
4
6
7
7
9
9
13
3 – EXECUÇÃO DOS TRECHOS EXPERIMENTAIS 15
3.1. Generalidades
3.2. Características dos Trechos Experimentais
3.3. Descrição da Central
3.4. Fabrico das Misturas
3.4.1. Considerações sobre o processo de fabrico
3.4.2. Desempenho da Central
3.5. Colocação em Obra
15
15
16
17
17
18
20
Página n.º
4. VERIFICAÇÃO DAS CARACTERÍSTICAS DAS MISTURAS 23
4.1. Generalidades
4.2. Composição das Misturas
4.2.1. Percentagem de betume
4.2.2. Granulometria
4.3. Designação dos Provetes
4.4. Espessura das Camadas
4.5. Provetes Moldados em Laboratório
4.6. Provetes Provenientes do Pavimento
4.7. Baridade das Misturas Compactadas
4.8. Ensaio de Compressão Marshall
4.9. Baridade Máxima Teórica
4.10. Análise dos Resultados
23
23
23
24
24
25
26
27
28
29
29
30
5. AVALIAÇÃO ESTRUTURAL 33
5.1. Generalidades
5.2. Análise dos Resultados dos Ensaios
5.3. Correcção do Módulo de Deformabilidade das Misturas
33
34
36
6. AVALIAÇÃO DO COMPORTAMENTO À DEFORMAÇÃO
PERMANENTE 40
6.1. Generalidades
6.2. Ensaios com Simulador de Tráfego – Wheel Tracking
6.2.1. Equipamento utilizado e condições de ensaio
6.2.2. Caracterização dos provetes (lajetas)
6.2.3. Resultados dos ensaios
40
40
40
41
43
Página n.º
6.3. Ensaios de Compressão Uniaxial de Cargas Repetidas
6.3.1. Equipamento utilizado e condições de ensaio
6.3.2. Caracterização dos provetes
6.3.3. Resultados dos ensaios
6.4. Análise dos Resultados
45
45
45
47
49
7. CONCLUSÕES FINAIS E TRABALHO FUTURO 52
ANEXO A - Ensaios de caracterização dos materiais disponíveis
ANEXO B - Fórmulas de trabalho
ANEXO C - Registo do fabrico das misturas em central
ANEXO D - Características base das misturas
ANEXO E - Avaliação estrutural com deflectómetro de impacto
ANEXO F - Ensaios com simulador de tráfego – Wheel Tracking
ANEXO G - Ensaios de compressão uniaxial de cargas repetidas
1 - INTRODUÇÃO
1.1. Enquadramento
A técnica de reciclagem a quente de misturas betuminosas em central, embora apresente
vantagens de ordem económica e ambiental e de ser muito utilizada e normalizada em
muitos países, tem sido esporadicamente utilizada em Portugal. Assim, um estudo do
comportamento das misturas recicladas a quente, que se apresenta neste documento, tem
sido desenvolvido neste cenário nacional de baixa aplicabilidade daquele tipo de
reciclagem.
Este relatório técnico surge na sequência de dois anteriores ([1] e [2], 2002). As misturas
recicladas foram produzidas numa central descontínua de torre, com incorporação a frio do
material fresado em percentagens de 20, 30 e 40%.
Os trabalhos desenvolvidos até à data, são fruto da colaboração entre a ACIV, Associação
para o Desenvolvimento da Engenharia Civil do Departamento de Engenharia Civil da
Universidade de Coimbra, e da LUSOSCUT, Auto-Estradas Costa de Prata, S. A.. A curto
prazo será dada continuidade ao projecto de investigação, em cooperação com a
LUSOSCUT, Beiras Litoral e Alta, S.A., estando prevista a utilização da reciclagem no
decorrer dos trabalhos de construção da A25.
1.2. Estrutura do Relatório
Este documento de síntese contém, além desta introdução, onde se faz o enquadramento do
trabalho desenvolvido, as secções que seguidamente se descrevem.
Na secção 2, após a caracterização dos materiais disponíveis (mistura betuminosa obtida
por fresagem e agregados), justificam-se as fórmulas de trabalho seguidas na execução dos
trechos experimentais a descrever na secção 3.
1
Reciclagem a Quente de Misturas Betuminosas em Central
Na secção 4 indicam-se e verificam-se as características das misturas betuminosas
aplicadas nos trechos experimentais, no que toca à percentagem de betume, à
granulometria e às restantes grandezas (baridade, baridade máxima teórica, porosidade,
teor volumétrico de betume, VMA e grau de saturação em betume). Avaliam-se ainda os
resultados do ensaio de compressão Marshall.
A avaliação estrutural do pavimento, após a execução dos trechos, é objecto da secção 5 e
foi conseguida com base em resultados de ensaios com deflectómetro de impacto.
Na secção 6 analisam-se os resultados da avaliação do comportamento das misturas à
deformação permanente, com base em resultados de ensaios com simulador de tráfego
(Wheel Tracking) e de compressão uniaxial de cargas repetidas.
Finalmente, na secção 7, faz-se uma síntese das principais conclusões do relatório e
abordam-se os trabalhos a desenvolver a curto prazo, nomeadamente a realização de outros
ensaios de desempenho (características de deformabilidade e comportamento à fadiga).
2
Reciclagem a Quente de Misturas Betuminosas em Central
2 – ESTABELECIMENTO DA COMPOSIÇÃO DAS MISTURAS
2.1. Generalidades
Nesta secção justificam-se e definem-se as fórmulas de trabalho adoptadas na execução
dos trechos experimentais. A necessidade de definir novo estudo de composição das
misturas resultou, por um lado, de o material fresado apresentar características diferentes
das dos estudos anteriores [1] e [2], e, por outro, de limitações ao nível da incorporação
máxima de fresado, próprias do tipo de fabrico em central descontínua. Tal conduziu a que,
nesta fase dos trabalhos, se tenha optado por incorporações de 0, 20, 30 e 40%.
2.2. Caracterização dos Materiais Disponíveis
2.2.1. Granulometria do material fresado (com betume)
Foi avaliada a granulometria de três amostras de fresado, sem qualquer desagregação,
tendo-se observado uma dimensão 0/40. As curvas granulométricas apresentam-se no
Anexo A.
2.2.2. Percentagem de betume do material fresado
A percentagem de betume do material fresado foi determinada pelo método de incineração
(ASTM D6307). Os resultados obtidos para as três amostras ensaiadas (MF-01, MF-02 e
MF-03) resumem-se no Quadro 2.1 e com mais pormenor no Anexo A.
Quadro 2.1 - Resultados da determinação da percentagem de betume pelo método de incineração
Amostra
Massa total da mistura
Mt (g)
Massa de agregado não corrigida
Ma (g)
Factor de correcção
K
Massa de betume corrigida
Mb (g)
Percentagem de betume pb (%)
MF-01 3000,1 2859,6 1,0067 121,3 4,0
MF-02 2993,7 2849,8 1,0067 124,8 4,2
MF-03 3000,6 2855,8 1,0067 125,7 4,2
3
Reciclagem a Quente de Misturas Betuminosas em Central
No que respeita ao factor de correcção, porque se desconhecia a origem dos agregados
existentes no fresado, tomou-se como referência o mesmo valor que em [1]. Os valores a
que se chegou, para a percentagem de betume, são muito idênticos, tendo-se adoptado o
valor médio dos resultados obtidos, ou seja 4,1%.
2.2.3. Agregado do material fresado
Após a extracção por incineração do betume existente no fresado, foram preparadas três
amostras de agregados (AGF-01, AGF-02 e AGF-03) para análise granulométrica de
acordo com a especificação LNEC-E 233-1969. No Quadro 2.2, além das granulometrias e
da granulometria média (AGF), indicam-se os resultados de 2002 e 2003.
Os resultados de 2004 (Anexo A) revelam uma granulometria diferente das anteriores
(Figura 2.1), o que obrigou à reformulação do estudo da composição granulométrica com
base na nova granulometria do material fresado. Na Figura 2.2 pode observar-se a
diferença entre a granulometria média do fresado (0/40mm), antes da incineração, e do
fresado após a extracção do betume (0/25 mm).
Quadro 2.2 -Resultados dos ensaios de análise granulométrica dos agregados do fresado
PERCENTAGEM ACUMULADA DO MATERIAL QUE PASSA (%) ABERTURA DOS PENEIROS AGF-01 AGF-02 AGF-03 AGF(2004) AGF(2003) AGF(2002)
25,0 mm (1”) 100,0 100,0 100,0 100,0 100,0 100,0
19,0 mm (3/4”) 100,0 99,5 98,5 99,3 99,7 100,0
12,5 mm (1/2”) 89,6 93,8 91,4 91,6 97,6 95,2
9,5 mm (3/8”) 73,7 83,1 79,3 78,7 89,6 87,5
4,75 mm (n.º 4) 46,5 58,7 54,3 53,2 72,8 66,3
2,00 mm (n.º 10) 29,6 37,6 36,3 34,5 52,0 46,4
0,850 mm (n.º 8) 19,1 23,1 21,0 21,1 36,6 33,7
0,425 mm n.º 40) 12,7 14,6 12,6 13,3 26,6 24,1
0,180 mm (n.º 80) 6,5 7,1 5,6 6,4 14,3 15,4
0,075 mm (n.º 200) 2,4 2,1 1,7 2,1 4,3 8,0
4
Reciclagem a Quente de Misturas Betuminosas em Central
0%
10%
20%
30%
40%
50%
60%
70%
80%
90%
100%
0,0 0,1 1,0 10,0 100,0
AGF-2002 AGF-2003 AGF-2004
Figura 2.1 – Curvas granulométrica do material fresado após extracção do betume
0%
10%
20%
30%
40%
50%
60%
70%
80%
90%
100%
0,01 0,1 1 10 100
Fresado Fresado sem betume
Figura 2.2 – Curva granulométrica média do material fresado (2004), antes e depois da extracção do betume
5
Reciclagem a Quente de Misturas Betuminosas em Central
2.2.4. Agregados
Os agregados novos, de origem calcária, apresentam uma granulometria que se mantém ao
nível das duas britas (5/15 e 15/25), tendo-se determinado apenas a granulometria do pó
0/5. Obtiveram-se os resultados apresentados no Anexo A e que se resumem no
Quadro 2.3. Na Figura 2.3 podem observar-se as curvas granulométricas dos agregados.
Quadro 2.3 – Granulometrias dos agregados novos usados na formulação
PERCENTAGEM ACUMULADA DO MATERIAL QUE PASSA (%) ABERTURA DOS PENEIROS ASTM FILER PÓ 0/5 BRITA 5/15 BRITA 15/25
25,0 mm (1”) 100,0 100,0 100,0 100,0 19,0 mm (3/4”) 100,0 100,0 100,0 92,8 12,5 mm (1/2”) 100,0 100,0 98,3 13,0 9,5 mm (3/8”) 100,0 100,0 70,5 1,3
4,75 mm (n.º 4) 100,0 99,6 5,3 0,2 2,00 mm (n.º 10) 100,0 62,1 1,6 0,2 0,850 mm (n.º 8) 100,0 31,0 1,3 0,2 0,425 mm n.º 40) 99,0 16,8 1,0 0,2 0,180 mm (n.º 80) 96,1 6,9 0,6 0,2
0,075 mm (n.º 200) 78,3 2,4 0,5 0,2
0%
10%
20%
30%
40%
50%
60%
70%
80%
90%
100%
0,0 0,1 1,0 10,0 100,0
FILER PÓ 0/5 BRITA 5/15 BRITA 15/25
Figura 2.3 – Curvas granulométricas dos agregados
6
Reciclagem a Quente de Misturas Betuminosas em Central
2.3. Fórmulas de Trabalho
2.3.1. Composição granulométrica do agregado de correcção
Determinou-se a composição granulométrica da mistura de agregados novos de modo a
verificar o fuso granulométrico de macadame betuminoso (Fuso A), a respeitar em
camadas de base ou regularização e com espessura máxima de 10cm. Assim, recorrendo à
habitual manipulação numérica, obtiveram-se as proporções indicadas nos Quadros 2.4 e
2.5. No Anexo B demonstra-se que as mesmas, se cumpridas, verificam o fuso alvo.
Quadro 2.4 – Composição granulométrica dos agregados (sem agregado do fresado)
AGREGADO TR = 0% TR = 20% TR = 30% TR = 40%
FILER 5,0 % 6,5 % 8,0 % 10,0 %
PÓ 0/5 41,5 % 38,0 % 35,0 % 31,0 %
BRITA 5/15 23,5 % 20,5 % 18,0 % 15,0 %
BRITA 15/25 30,0 % 35,0 % 39,0 % 44,0 %
Quadro 2.5 – Composição granulométrica dos agregados (com agregado do fresado)
AGREGADO TR = 0% TR = 20% TR = 30% TR = 40%
FILER 5,0 % 5,2 % 5,6 % 6,0 %
PÓ 0/5 41,5 % 30,4 % 24,5 % 18,6 %
BRITA 5/15 23,5 % 16,4 % 12,6 % 9,0 %
BRITA 15/25 30,0 % 28,0 % 27,3 % 26,4 %
FRESADO (Agreg.) 0,0 % 20,0 % 30,0 % 40,0 %
A representação gráfica da relação entre a taxa de reciclagem e a proporção de cada um
dos agregados na mistura de agregados (valores do Quadro 2.4), que se apresenta na
Figura 2.4, permite concluir que, enquanto as proporções do filer e da brita 15/25
aumentam na mistura de agregados com a maior incorporação de fresado, já as proporções
de pó 0/5 e da brita 5/15 diminuem.
7
Reciclagem a Quente de Misturas Betuminosas em Central
0%
10%
20%
30%
40%
50%
0% 10% 20% 30% 40%
Taxa de Reciclagem
FilerPó 0/5Brita 5/15Brita 15/25
Figura 2.4 - Relação entre a taxa de reciclagem e a proporção dos agregados na mistura
Na Figura 2.5 mostra-se, como exemplo, o encaixe no fuso granulométrico para a taxa de
reciclagem de 20%. No Anexo B demonstra-se, com mais detalhe, a observância do fuso
em todos os casos.
0%
10%
20%
30%
40%
50%
60%
70%
80%
90%
100%
0,0 0,1 1,0 10,0 100,0
Figura 2.5 – Verificação do fuso granulométrico para a taxa de reciclagem de 20%.
8
Reciclagem a Quente de Misturas Betuminosas em Central
2.3.2. Fórmulas de trabalho – Alimentação do tambor secador
Estabelecida a composição granulométrica de base e tendo em conta que o Filer é
introduzido directamente na unidade de mistura a partir de silos próprios, foi necessário
determinar as proporções dos restantes agregados (pó e britas) nas unidades de alimentação
do tambor secador. No Quadro 2.6 indicam-se os respectivos valores aproximados
(múltiplos de 2,5%), obtidos a partir dos indicados no Quadro 2.5, depois de normalizados
a 100%.
Quadro 2.6 – Fórmulas de trabalho para alimentação do tambor secador
AGREGADO TR = 0% TR = 20% TR = 30% TR = 40%
PÓ 0/5 45,0 % 40,0 % 37,5 % 35,0 %
BRITA 5/15 25,0 % 20,0 % 17,5 % 15,0 %
BRITA 15/25 30,0 % 40,0 % 45,0 % 50,0 %
2.3.3. Percentagem de betume a usar
Como se viu, o fresado disponível apresenta algumas diferenças relativamente ao de
estudos anteriores, nomeadamente ao nível da granulometria e da percentagem de betume,
que é menor. Além disso, por o fresado ser introduzido a frio, não seria aconselhável ir
além dos 40% de incorporação de fresado, o que levou a abandonar a taxa de 50% e incluir
a taxa de reciclagem de 20%. Embora fosse desejável, não existia a possibilidade de
proceder, em tempo útil, a um novo estudo de formulação pelo método de Marshall. Como
alternativa, tomaram-se como ponto de partida os resultados dos estudos anteriores, para as
taxas de 30 e 40%, complementados com outras orientações consubstanciados em
documentos normativos nacionais, as quais são habitualmente respeitadas no estudo de
formulação de macadame betuminoso 0/25. Tomaram-se então as orientações a seguir
descritas.
i) Resultados do estudo de formulação anterior
O estudo de formulação anterior [2], pelo método de Marshall, conduziu às percentagens
óptimas de betume de 4,4 e 4,7%, para as taxas de reciclagem de 30 e 40%.
9
Reciclagem a Quente de Misturas Betuminosas em Central
ii) Relação ponderal filer/betume
O Caderno de encargos-tipo do Instituto das Estradas de Portugal, adiante designado por
CEIEP (IEP, [3]), entre outras indicações, exige que a relação ponderal filer/betume (Rfb),
para macadame betuminoso, deverá estar compreendida entre 1,1 e 1,5. Entende-se aqui o
filer como o material de dimensão inferior a 75µm, ou seja a percentagem de passados no
peneiro n.º 200 (p200). No Quadro 2.7 resumem-se os limites obtidos.
Quadro 2.7 – Limites da percentagem de betume (%), de acordo com a relação ponderal filer-betume
Parâmetro TR = 0% TR = 20% TR = 30% TR = 40%
p200 5,1 5,4 5,7 6,1 pb- mínima, Rfb=1,5 3,4 3,6 3,8 4,1 pb – máxima, Rfb=1,1 4,6 4,9 5,2 5,5
iii) Limites da percentagem de betume para macadame betuminoso
Para macadame betuminoso 0/25, a usar em camada de base ou de regularização, o Manual
de Concepção de Pavimentos para a Rede Rodoviária Nacional, adiante designado por
MACOPAV (IEP, [4]), indica que o teor em betume (tb) deverá estar compreendido entre
4,0 e 4,8%, o que traduzido em percentagem de betume (pb= tb/(1+pb), conduz ao intervalo
3,8 a 4,6% e ao valor médio de 4,2%.
iv) Fórmula empírica com base na superfície específica
Finalmente, uma regra empírica com base na superfície específica, de origem francesa,
mais adoptada em Portugal para misturas a frio, [3], traduzida pela seguinte expressão:
5b SeFKp ××=
em que,
pb – percentagem de betume residual;
K – módulo de riqueza em betume. Para o tipo de misturas em estudo encontram-se
na bibliografia valores que oscilam entre 2,5 e 3,5.
F – constante igual a 2,65/ρa, sendo ρa a massa volúmica da mistura de agregados,
expressa em g/cm3;
10
Reciclagem a Quente de Misturas Betuminosas em Central
Se – Superfície específica, estimada pela seguinte expressão:
Se = 0,01× (0,25 S1 + 2,3 S2 + 12 S1 + 135 f1)
onde,
S1 – proporção ponderal de elementos superiores a 6,3mm;
S2 - proporção ponderal de elementos compreendidos entre 0,315 e 6,3mm;
S3 - proporção ponderal de elementos compreendidos entre 0,075 e 0,315mm;
f1 - proporção ponderal de elementos inferiores a 0,075mm.
Conhecida a massa volúmica dos agregados (2,63g/cm3 para as duas britas, 2,68g/cm3 para
o pó e 2,65g/cm3 para o filer), determinou-se, para cada taxa de reciclagem, a massa
volúmica da mistura de agregados e a constante F. No Quadro 2.8 resumem-se os
parâmetros envolvidos e a percentagem de betume de referência. Para o efeito determinou-
se o valor do módulo de riqueza em betume (K) que conduzia a uma percentagem de
betume de 4,2% para o macadame normal (TR=0), tendo-se chegado a K=2,75.
Quadro 2.8 – Resumo dos cálculos da percentagem de betume com base na superfície específica
Parâmetro TR = 0% TR = 20% TR = 30% TR = 40%
ρa (g/cm3) 2,652 2,650 2,649 2,647
F 0,999 1,000 1,000 1,001
S1 47,2 47,7 48 48,3
S2 42,5 41,3 40,3 39,3
S3 5,2 5,7 6 6,3
f1 5,1 5,4 5,7 6,1
Se 8,60 9,04 9,46 10,02 pb (%) 4,2 4,3 4,3 4,4
Por fim e atendendo aos limites determinados, que se resumem no Quadro 2.9, adoptaram-
se os valores nele indicados para a percentagem de betume. Ora, os valores determinados
dizem respeito ao ligante final, havendo que determinar a percentagem de betume a
adicionar, que considerando a percentagem de betume do fresado (4,1%) conduz a:
11
Reciclagem a Quente de Misturas Betuminosas em Central
- Para TR=20%: ∆pb = - 4,1 × 0,20 ≈ - 0,8% → pbc = 4,3 – 0,8 = 3,5%;
- Para TR=30%: ∆pb = - 4,1 × 0,30 ≈ - 1,2% → pbc = 4,4 – 1,2 = 3,2%;
- Para TR=40%: ∆pb = - 4,1 × 0,40 ≈ - 1,6% → pbc = 4,7 – 1,6 = 3,1%.
Quadro 2.9 – Resumo dos limites determinados para a percentagem de betume (%) e do valor adoptado
Orientação TR = 0% TR = 20% TR = 30% TR = 40% i) Resultados do estudo de formulação anterior - - 4,4 4,7
ii) Relação ponderal filer/betume (média, Rfb=1,3) 3,4 – 4,6 3,6 – 4,9 3,8 – 5,2 4,1 – 5,5
iii) Limites da percentagem de betume para macadame betuminoso 3,8 – 4,6 - - -
iv) Fórmula empírica com base na superfície específica 4,2 4,3 4,3 4,4
Percentagem de betume adoptada 4,2 4,3 4,4 4,7
Além destas percentagens de betume, consideraram-se outras duas, uma 0,5% abaixo e
outra 0,5% acima. No Quadro 2.10 apresenta-se um resumo das percentagens de betume
adoptadas para os quatro trechos e respectivos sub-trechos.
Quadro 2.10 - Percentagem de betume (ligante total e betume novo) a usar nos trechos experimentais
TRECHO TAXA DE RECICLAGEM SUB-TRECHO Percentagem de ligante
final (%) Percentagem de betume
a adicionar - pbC (%) A-1 (-0,5%) 3,7 3,7 A-2 (central) 4,2 4,2 A TR = 0 % A-3 (+0,5%) 4,7 4,7 B-1 (-0,5%) 3,8 3,0 B-2 (central) 4,3 3,5 B TR = 20 % B-3 (+0,5%) 4,8 4,0 C-1 (-0,5%) 3,9 2,7 C-2 (central) 4,4 3,2 C TR = 30 % C-3 (+0,5%) 4,9 3,7 D-1 (-0,5%) 4,2 2,6 D-2 (central) 4,7 3,1 D TR = 40 % D-3 (+0,5%) 5,2 3,6
12
Reciclagem a Quente de Misturas Betuminosas em Central
2.3.4. Fórmulas de trabalho – Unidade de mistura
Finalmente, apresentam-se as fórmulas de trabalho da unidade de mistura, as quais foram
estabelecidas tendo em conta as proporções a que se chegou e para uma massa de
referência de 1000 kg (procedimento habitual nas centrais de produção de misturas
betuminosas). A massa total dos agregados de correcção (britas e pó, excluindo o filer) foi
distribuída pelas fracções dos silos aquecidos de armazenamento intermédio existentes na
central (0/6 mm, 6/10 mm, 10/15 mm e 15/25 mm), de acordo com as respectivas
granulometrias e ainda com as proporções antes determinadas (ver Quadro 2.4 e 2.5). Nos
Quadros 2.11 a 2.14 indicam-se as fórmulas de trabalho da unidade de mistura, referentes
aos quatro trechos.
Quadro 2.11 – Fórmulas de trabalho, por 1000 kg de mistura, para o trecho A (TR=0%)
COMPONENTE Sub-trecho A1 Sub-trecho A2 Sub-trecho A3
FILER 47 47 47
FRACÇÃO 0/6 462 460 458
FRACÇÃO 6/10 119 118 117
FRACÇÃO 10/15 181 180 179
FRACÇÃO 15/25 154 153 152
FRESADO 0 0 0
BETUME 37 42 47
Quadro 2.12 – Fórmulas de trabalho, por 1000 kg de mistura, para o trecho B (TR=20%)
COMPONENTE Sub-trecho B1 Sub-trecho B2 Sub-trecho B3
FILER 50 50 50
FRACÇÃO 0/6 337 335 333
FRACÇÃO 6/10 85 84 83
FRACÇÃO 10/15 156 155 154
FRACÇÃO 15/25 142 141 140
FRESADO 200 200 200
BETUME 30 35 40
13
Reciclagem a Quente de Misturas Betuminosas em Central
Quadro 2.13 – Fórmulas de trabalho, por 1000 kg de mistura, para o trecho C (TR=30%)
COMPONENTE Sub-trecho C1 Sub-trecho C2 Sub-trecho C3
FILER 53 53 53
FRACÇÃO 0/6 270 268 266
FRACÇÃO 6/10 67 66 65
FRACÇÃO 10/15 144 143 142
FRACÇÃO 15/25 139 138 137
FRESADO 300 300 300
BETUME 27 32 37
Quadro 2.14 – Fórmulas de Trabalho, por 1000 kg de Mistura, para o trecho D (TR=40%)
COMPONENTE Sub-trecho D1 Sub-trecho D2 Sub-trecho D3
FILER 57 57 57
FRACÇÃO 0/6 202 200 198
FRACÇÃO 6/10 50 49 48
FRACÇÃO 10/15 132 131 130
FRACÇÃO 15/25 133 132 131
FRESADO 400 400 400
BETUME 26 31 36
As fórmulas de trabalho estabelecidas, válidas nas condições definidas, foram
concretizadas em obra, através da realização dos trechos experimentais. Nesta fase dos
trabalhos, entendia-se que, além da uniformidade das características dos materiais
disponíveis, seria indispensável que, dentro do possível, se atingissem temperaturas das
misturas uniformes e idênticas condições de compactação.
14
Reciclagem a Quente de Misturas Betuminosas em Central
3. EXECUÇÃO DOS TRECHOS EXPERIMENTAIS
3.1. Generalidades
Estabelecidas as fórmulas de trabalho, foi possível fazer a sua transposição para “obra”.
Nesta secção definem-se as características previstas para os trechos, apresenta-se uma
descrição da central e faz-se um apanhado sobre alguns aspectos observados aquando do
fabrico das misturas e da colocação em “obra”. Os trabalhos foram realizados no dia 19 de
Fevereiro de 2004, num dos arruamentos do estaleiro da empresa Rosas Construtores, S.A.
3.2. Características dos Trechos Experimentais
Como se viu na secção anterior, foram definidos quatro trechos, cada qual com três sub-
trechos. A espessura prevista para as camadas foi de 10 cm e a largura, a mínima que o
equipamento disponível permitisse (cerca de 2,5m). Na Figura 3.1 faz-se uma
representação esquemática da localização relativa dos trechos e da sua ordem de execução.
Os sub-trechos Di foram realizados em paralelo e os restantes em contínuo.
3 2 1 Sub-trecho A2 Sub-trecho A1 Sub-trecho A3
Figura 3.1 – Representação esquemática da ordem de execução e da localização relativa dos trechos experimentais e dos respectivos sub-trechos
6 5 4 Sub-trecho B2 Sub-trecho B1 Sub-trecho B3
Sub-trecho C3 Sub-trecho C2
Sentido da execução Sub-trecho D1
Sentido da execução
Sub-trecho D2
Sub-trecho D3
9 8 7 Sub-trecho C1
10 11 12
n - Ordem da execução do sub-trecho
15
Reciclagem a Quente de Misturas Betuminosas em Central
3.3. Descrição da Central
A central descontínua, onde foram produzidas as misturas, permite a reciclagem a quente
sendo o material fresado introduzido a frio na unidade de mistura. O seu esquema de
funcionamento é idêntico ao apresentado na Figura 3.2.
Figura 3.2 – Esquema de central betuminosa descontínua: central de torre (EAPA, 1998 [6])
Neste tipo de central existe um armazenamento intermédio dos agregados aquecidos,
assegurado através de silos localizados por cima da unidade de mistura, correspondendo a
cada silo uma determinada fracção granulométrica. A central apresenta um funcionamento
muito flexível, permitindo, com facilidade, variar o tipo de mistura ou a fórmula de
trabalho. Na Figura 3.3. apresentam-se alguns pormenores relativos à rejeição de material
de maiores dimensões do material fresado, antes de ser elevado para introdução na unidade
de mistura.
16
Reciclagem a Quente de Misturas Betuminosas em Central
Figura 3.3 – Rejeição de material fresado de maior dimensão antes da introdução na unidade de mistura
3.4. Fabrico das Misturas
3.4.1. Considerações sobre o processo de fabrico
Numa experiência de produção de mistura reciclada a quente, realizada em Setembro de
2003, foram identificadas algumas limitações e adoptadas algumas precauções, a saber:
a) Por segurança, a massa máxima de material fresado, a incorporar por
amassadura, não deverá ir além dos 500 a 600 kg. Tendo em conta que a unidade de
mistura da central tem uma capacidade de cerca de 2000kg por amassadura, a referida
limitação traria implicações nas taxas de reciclagem mais altas (30 e 40%). Para solucionar
o problema, optou-se por ajustar a massa total por amassadura em função da taxa de
reciclagem;
b) Sendo o fresado aquecido por condução, a temperatura a que é necessário
aquecer os agregados novos será tanto mais elevada, quanto maior for a taxa de
reciclagem. Para que tal não represente uma limitação para as taxas de reciclagem mais
altas, além do aumento do tempo de mistura, será fundamental que se faça a mistura “em
seco” durante cerca de 10 a 15 segundos, e se injecte posteriormente o betume (RUBIO,
[5]). Esta operação permite homogeneizar o material a reciclar, eliminar alguma água
existente e, não menos importante, baixar a temperatura dos agregados novos.
17
Reciclagem a Quente de Misturas Betuminosas em Central
Tendo em conta o exposto, indicam-se no Quadro 3.1, para as diferentes taxas de
reciclagem, os valores adoptados para o tempo de mistura em seco (pré-mistura), o tempo
de mistura, a massa total por amassadura e a correspondente massa de fresado. Refira-se
que, nesta fase dos trabalhos, a concretização da incorporação de 40% (trecho D), porque
poderia estar além do limite da central, foi avaliada em função do seu “desempenho” nas
taxas de 20 e 30%.
Quadro 3.1 – Tempo de pré-mistura (sem betume), tempo de mistura, massa total da amassadura e do
fresado, para os quatro trechos
Parâmetros de fabrico Trecho A Trecho B Trecho C Trecho D
Tempo de pré-mistura (s) - 10 15 20
Tempo de mistura (s) 24 24 24 30
Massa da amassadura (kg) 2000 2000 1500 1500
Massa de fresado (kg) 0 400 450 600
3.4.2. Desempenho da Central
No decorrer do fabrico das misturas foi disponibilizado o registo da produção da central.
Nos Quadros 3.2 a 3.5 resumem-se os valores médios das proporções dos diversos
componentes. No Anexo C pode encontra-se um registo completo de todas as amassaduras.
Quadro 3.2 – Valores previstos nas fórmulas de trabalho, registados na central e respectivo desvio (%), para
os sub-trechos A1, A2 e A3
Misturas do sub-trecho A1 Misturas do sub-trecho A2 Misturas do sub-trecho A3 Componente
Previsto Central Desvio Previsto Central Desvio Previsto Central Desvio
Fracção 0/6 462 441 -2,1% 460 442 -1,8% 458 447 -1,1%
Fracção 6/10 119 123 +0,4% 118 121 +0,3% 117 119 +0,2%
Fracção 10/15 181 186 +0,5% 180 187 +0,7% 179 182 +0,3%
Fracção 15/25 154 163 +0,9% 153 161 +0,8% 152 159 +0,7%
Fresado 0 0 - 0 0 - 0 0 -
Filer 47 47 0,0% 47 45 -0,2% 47 45 -0,2%
Betume 37 39 +0,2% 42 44 +0,2% 47 49 +0,2%
18
Reciclagem a Quente de Misturas Betuminosas em Central
Quadro 3.3 – Valores previstos nas fórmulas de trabalho, registados na central e respectivo desvio (%), para as misturas a aplicar nos sub-trechos B1, B2 e B3
Misturas do sub-trecho B1 Misturas do sub-trecho B2 Misturas do sub-trecho B3 Componente
Previsto Central Desvio Previsto Central Desvio Previsto Central Desvio
Fracção 0/6 337 325 -1,2% 335 314 -2,1% 333 313 -2,0%
Fracção 6/10 85 78 -0,7% 84 79 -0,5% 83 72 -1,1%
Fracção 10/15 156 163 +0,7% 155 158 +0,3% 154 152 -0,2%
Fracção 15/25 142 150 +0,8% 141 148 +0,7% 140 141 +0,1%
Fresado 200 208 +0,8% 200 219 +1,9% 200 235 +3,5%
Filer 50 46 -0,4% 50 46 -0,4% 50 47 -0,3%
Betume 30 32 +0,2% 35 37 +0,2% 40 40 0,0%
Quadro 3.4 – Valores previstos nas fórmulas de trabalho, registados na central e respectivo desvio (%), para as misturas a aplicar nos sub-trechos C1, C2 e C3
Misturas do sub-trecho C1 Misturas do sub-trecho C2 Misturas do sub-trecho C3 Componente
Previsto Central Desvio Previsto Central Desvio Previsto Central Desvio
Fracção 0/6 270 242 -2,8% 268 237 -3,1% 266 234 -3,2%
Fracção 6/10 67 68 +0,1% 66 70 +0,4% 65 68 +0,3%
Fracção 10/15 144 147 +0,3% 143 149 +0,6% 142 147 +0,5%
Fracção 15/25 139 145 +0,6% 138 149 +1,1% 137 149 +1,2%
Fresado 300 319 +1,9% 300 313 +1,3% 300 316 +1,6%
Filer 53 50 -0,3% 53 48 -0,3% 53 46 -0,7%
Betume 27 29 +0,2% 32 35 +0,3% 37 40 +0,3%
Quadro 3.5 – Valores previstos nas fórmulas de trabalho, registados na central e respectivo desvio (%), para as misturas a aplicar nos sub-trechos D1, D2 e D3
Misturas do sub-trecho D1 Misturas do sub-trecho D2 Misturas do sub-trecho D3 Componente
Previsto Central Desvio Previsto Central Desvio Previsto Central Desvio
Fracção 0/6 202 182 -2,0% 200 177 -2,3% 198 170 -2,8%
Fracção 6/10 50 52 +0,2% 49 50 +0,1% 48 48 0,0%
Fracção 10/15 132 136 +0,4% 131 136 +0,5% 130 131 +0,1%
Fracção 15/25 133 142 +0,9% 132 142 +1,0% 131 140 +0,9%
Fresado 400 409 +0,9% 400 413 +1,3% 400 423 +2,3%
Filer 57 51 -0,6% 57 50 -0,7% 57 50 -0,7%
Betume 26 28 +0,2% 31 33 +0,2% 36 38 +0,2%
19
Reciclagem a Quente de Misturas Betuminosas em Central
Observou-se um bom desempenho da central, porquanto os desvios relativamente ao
programado se encontram dentro de limites aceitáveis, nomeadamente a percentagem de
betume que respeitou a habitual tolerância de 0,3%. Verificou-se, no entanto, um ligeiro
desvio, para menos, na parte fina do agregado (filer e fracção 0/6) e uma pequena
diferença, para mais, na parte mais grossa do agregado (fracções 6/10, 10/15 e 15/25).
Foi igualmente avaliada a produção da central em ton/hora (Anexo C) e a capacidade da
central, expressa em percentagem da produção média horária observada no fabrico do
macadame normal. Como seria de esperar (Figura 3.4), a capacidade de produção da
central diminui com o aumento da taxa de reciclagem. Convém no entanto chamar à
atenção de que os tempos de pré-mistura e de mistura adoptados (ver Quadro 3.1) foram
escolhidos com uma certa margem de segurança, pelo que talvez fosse possível chegar a
um melhor desempenho.
100%
51%62%
88%
0%
20%
40%
60%
80%
100%
A B C D
Trecho
Cap
acid
ade
Figura 3.4 – Capacidade de produção no fabrico das misturas aplicadas nos trechos experimentais
3.5. Colocação em “obra”
Efectuou-se o registo da temperatura das misturas à saída da central e em obra. As folhas
de registo apresentam-se no Anexo C e os valores médios, por trecho, no Quadro 3.6. Pode
dizer-se que a temperatura no trecho A esteve um pouco acima do desejável e que nos
trechos C e D, embora baixas, permitiram realizar a compactação. Verificou-se ainda que a
temperatura registada na central foi, regra geral, inferior à registada em obra, o que se terá
ficado a dever ao facto de em central as medições terem sido feitas “à superfície”.
20
Reciclagem a Quente de Misturas Betuminosas em Central
Quadro 3.6 – Temperaturas médias (ºC) dos agregados, do betume e das misturas à saída da central e na
compactação
Material Trecho A Trecho B Trecho C Trecho D
Agregados 189,9 238,8 239,6 275,6
Betume 156,0 157,0 155,8 154,8
Mistura -central 168,3 145,0 124,3 108,0
Mistura -obra 168,9 144,7 133,3 116,2
Na Figura 3.5 apresenta-se a evolução da temperatura das misturas, da temperatura dos
agregados e do betume, para os diferentes sub-trechos. Como já era de esperar, e embora
se tenha aumentado a temperatura dos agregados com o aumento da taxa de reciclagem, a
temperatura das misturas foi baixando com o aumento da proporção de fresado e, em
consequência disso, observou-se uma menor trabalhabilidade das misturas recicladas, facto
para que as equipas de trabalho já estavam alertadas.
0
50
100
150
200
250
300
A1 A2 A3 B1 B2 B3 C1 C2 C3 D1 D2 D3
Sub-trechos
Tem
pera
tura
(ºC
) TemperaturaMistura, Trechos
TemperaturaMistura, Central
Temperatura doBetume
Temperatura dosAgregados
Figura 3.5 – Temperatura dos agregados, do betume e das misturas, nos diferentes sub-trechos
21
Reciclagem a Quente de Misturas Betuminosas em Central
No que respeita à compactação, admitiu-se que a experiência de colocação em obra por
parte do empreiteiro seria suficiente para determinar o número de passagens do trem de
compactação.
Durante a colocação em obra, em todos os 12 sub-trechos, foram recolhidas amostras de
misturas para posterior verificação das suas características. Na mesma altura, foram
recolhidas quantidades suficientes de betume, agregados e filer para produção de misturas
em laboratório. Na Figura 3.6 mostram-se algumas fases da aplicação das misturas.
Aplicação da rega de impregnação Espalhamento
Compactação Aspecto dos trechos A, B e C
B
A C
Figura 3.6 – Execução dos trechos experimentais
Por fim, refira-se que, apesar de estar prevista a utilização de betume asfáltico 50/70, foi
usado na produção betume do tipo 35/50. No entanto, apesar das limitações próprias da
reciclagem a quente em central e do tipo de betume usado, os trechos foram executados
com sucesso, faltando, após esta fase dos trabalhos, verificar a conformidade das misturas.
22
Reciclagem a Quente de Misturas Betuminosas em Central
4. VERIFICAÇÃO DAS CARACTERÍSTICAS DAS MISTURAS
4.1. Generalidades
Nesta secção sintetizam-se e verificam-se as características das misturas aplicadas nos
trechos experimentais, no que respeita à sua composição (ligante e agregados), espessura
das camadas, estabilidade Marshall, baridade e características volumétricas.
4.2. Composição das Misturas
4.2.1. Percentagem de Betume
O registo da central, embora fiável, constitui um bom indicador da percentagem de betume
novo, pelo que, para avaliar a percentagem de betume total, foi necessário determinar
aquele valor em laboratório, pelo método de incineração (ASTM D6307), sobre as 12
amostras recolhidas durante a execução dos trechos. Os resultados obtidos apresentam-se
no Anexo D e no Quadro 4.1 indica-se, para os diferentes sub-trechos, a percentagem de
betume (ligante total) prevista, a determinada pelo método de incineração e a estimada a
partir do registo da central e da percentagem de betume do fresado.
Quadro 4.1 – Percentagem de betume (ligante total, em %): prevista, determinada pelo método de incineração e estimada a partir do registo da central e da percentagem de betume do fresado
Sub-trecho A1 A2 A3 B1 B2 B3 C1 C2 C3 D1 D2 D3
Previsto 3,7 4,2 4,7 3,8 4,3 4,8 3,9 4,4 4,9 4,2 4,7 5,2
Incineração 3,6 4,1 4,6 3,8 4,4 4,7 4,1 4,6 5,0 4,3 4,7 5,1
Central 3,9 4,4 4,9 4,0 4,5 4,8 4,1 4,7 5,2 4,4 4,9 5,4
Os valores obtidos por incineração são idênticos aos previstos, identificando-se apenas
dois casos em que o desvio atinge 0,2% (sub-trechos C1 e C2). Podem indicar-se várias
causas para as diferenças encontradas: em primeiro lugar, como é normal, existe alguma
variação na dosagem de betume durante o fabrico; em segundo, a percentagem de betume
do fresado não será certamente uniforme, podendo o seu valor médio, estar acima ou
23
Reciclagem a Quente de Misturas Betuminosas em Central
abaixo do considerado; por último, apenas foi possível realizar uma incineração por sub-
trecho, o que poderá ser pouco representativo. Mesmo assim, tomaram-se como referência
as percentagens de betume obtidas por incineração.
4.2.2. Granulometria
Após a incineração, procedeu-se à análise granulométrica do agregado, de modo a poder
verificar o encaixe no fuso granulométrico. As análises granulométricas e a verificação do
encaixe no fuso constam do Anexo D. As granulometrias, na generalidade dos casos,
cumprem o fuso e apresentam um andamento idêntico ao previsto. Como exemplo, mostra-
se na Figura 4.1 a granulometria prevista e a observada no caso do trecho C.
0%
10%
20%30%
40%
50%
60%
70%80%
90%
100%
0,0 0,1 1,0 10,0 100,0
Trecho C - Previsto Trecho C - Observado
Figura 4.1 –Granulometria do trecho C: encaixe no fuso e comparação com o previsto
4.3. Designação dos provetes
Atendendo à diferente origem dos provestes a ensaiar ao longo do estudo (extraídos do
pavimento ou moldados em laboratório) e aos seus diferentes tipos (cilíndricos de
D=100mm, cilíndricos de D= 150mm, lajetas e vigas), entendeu-se por bem definir uma
nomenclatura para a designação dos provetes, a qual obedeceu às seguintes regras:
24
Reciclagem a Quente de Misturas Betuminosas em Central
1) Provetes provenientes do pavimento, a sua designação começa por PAV, e os
moldados em laboratório por LAB;
2) Nos provetes cilíndricos, segue-se o valor do diâmetro em mm (100 ou 150); nas
lajetas a maior dimensão (300) e nas vigas o seu comprimento (400);
3) Por último, segue-se a designação do sub-trecho (A1, A2, etc) e o número de
ordem do provete. No caso das lajetas de 300×300×80 mm3, o número de ordem
corresponde ao número da laje de 400mm×400mm de origem, e nas vigas, porque as lajes
deram origem a 4 vigas, acrescenta-se ainda outro número, de 1 a 4.
Indicam-se a seguir alguns exemplos:
LAB100-B34 - Provete cilíndrico com D=100mm, moldado em laboratório com misturas
do sub-trecho B3 e com o número 4;
PAV150-C11 - Provete cilíndrico com D=150mm, proveniente do pavimento, do sub-
trecho C1, a que foi atribuído o número 1;
PAV300-D26 – Lajeta de dimensões 300×300×80mm3, com origem na laje n.º 6 de
400mm×400mm, extraída do pavimento no sub-trecho D2;
PAV400-A254 – Viga de dimensões 400×80×80mm3, proveniente da laje n.º 5 de
400mm×400mm, extraída do pavimento no sub-trecho A2 e a que foi
atribuído o n.º 4.
4.4. Espessura das Camadas
Após a execução dos trechos experimentais foram extraídos, em cada sub-trecho, quatro
tarolos de D=100mm. Tal permitiu verificar a espessura das camadas e dispor, após
serragem e rectificação, de 2 provetes para a compressão Marshall e outros 2 para o ensaio
de compressão uniaxial de cargas repetidas. Na Figura 4.2 podem observar-se quatro
tarolos recolhidos no sub-trecho B2. As espessuras registadas (Quadros 4.2), encontram-se
dentro do esperado, oscilando entre 8,5 e 11,5 cm.
25
Reciclagem a Quente de Misturas Betuminosas em Central
Figura 4.2 – Aspecto dos quatro tarolos extraídos do pavimento no sub-trecho B2.
Quadro 4.2 - Espessura (cm) dos tarolos PAV100 e respectivo valor médio, para todos os sub-trechos
Tarolo A1 A2 A3 B1 B2 B3 C1 C2 C3 D1 D2 D3
PAV100-Xi1 8,5 9,0 11,5 10,5 9,5 10,0 9,0 9,5 9,0 8,5 9,5 10,5
PAV100-Xi2 9,0 9,0 9,5 9,5 9,5 10,0 7,5 9,0 8,5 8,5 9,5 9,5
PAV100-Xi3 8,5 9,0 9,5 9,0 10,0 9,0 8,5 9,0 10,0 9,0 9,5 9,5
PAV100-Xi4 8,5 10,0 9,5 9,5 10,5 9,5 9,0 8,5 11,0 9,5 9,5 10,0
Média 8,6 9,3 10,0 9,6 9,9 9,6 8,5 9,0 9,6 8,9 9,5 9,9
4.5. Provetes Moldados em Laboratório
Foram moldados em laboratório 48 provetes Marshall, adiante designados por LAB100, a
partir de misturas fabricadas na central e recolhidas durante a execução dos trechos. Na
Figura 4.2 mostra-se o grupo de provetes produzidos. Procurou-se que a temperatura na
fase de compactação fosse tão próxima quanto possível da temperatura registada durante a
compactação em “obra”. No Quadro 4.3 indica-se a temperatura das misturas observada na
execução dos trechos e a temperatura adoptada em laboratório.
26
Reciclagem a Quente de Misturas Betuminosas em Central
Trecho A Trecho B
Trecho C Trecho D
Figura 4.3 – Aspecto dos provetes LAB100, dos trechos A, B, C e D
Quadro 4.3 – Temperatura das misturas na fase de compactação no pavimento e no laboratório
Compactação Trecho A Trecho B Trecho C Trecho D
Pavimento (média) 168,9ºC 144,7ºC 133,3ºC 116,2ºC
Laboratório 165,0ºC 150,0ºC 135,0ºC 125,0ºC
4.6. Provetes Provenientes do Pavimento
Foram seleccionados 24 tarolos de entre os 48 mencionados na secção 4.4, dois por cada
sub-trecho, para serem submetidos ao ensaio de compressão Marshall. Para isso, os
mesmos foram serrados na face inferior de modo a apresentarem uma espessura da ordem
dos 6,3mm. Na Figura 4.4 apresenta-se o conjunto de provetes.
27
Reciclagem a Quente de Misturas Betuminosas em Central
Figura 4.4 – Aspecto dos 24 provetes PAV100, dos trechos A, B, C e D
4.7. Baridade das Misturas Compactadas
Actualmente estão disponíveis os valores da baridade de provetes provenientes do
pavimento (PAV100, PAV150 e PAV300) e dos provetes Marshall moldados em
laboratório (LAB100). A baridade foi determinada de acordo com a norma de ensaio
ASTM D 2726-1996 e os resultados dos ensaios encontram-se no Anexo D.
No Quadro 4.4 indica-se o valor médio da baridade dos provetes referidos. Constata-se que
os valores da baridade média dos provetes provenientes do pavimento são semelhantes,
sendo mesmo elevada nos sub-trechos C3 e D3, o que indicia que a porosidade irá ser
muito baixa. Já a baridade dos provetes moldados em laboratório assume valores mais
baixos que os de laboratório, devido às diferentes condições de compactação.
Quadro 4.4 – Média da baridade (g/cm3) das misturas betuminosas compactadas, dos provetes PAV100,
PAV150, PAV300 e LAB100, nos doze sub-trechos
Provetes A1 A2 A3 B1 B2 B3 C1 C2 C3 D1 D2 D3
PAV100 2,356 2,373 2,404 2,381 2,413 2,415 2,355 2,413 2,451 2,419 2,397 2,446
PAV150 2,378 2,380 2,403 2,380 2,408 2,435 2,359 2,369 2,451 2,442 2,410 2,442
PAV300 2,350 2,388 2,395 2,390 2,397 2,422 2,375 2,398 2,456 2,429 2,400 2,453
LAB100 2,309 2,343 2,335 2,350 2,367 2,355 2,333 2,353 2,369 2,369 2,366 2,385
28
Reciclagem a Quente de Misturas Betuminosas em Central
4.8. Ensaio de Compressão Marshall
Determinada a baridade dos provetes, efectuou-se o ensaio de compressão Marshall
(NP 142) recorrendo ao equipamento da Figura 4.5. Os resultados do ensaio encontram-se
no Anexo D e os valores médios serão usados na secção 4.10.
Banho Maria Prensa Marshall
Figura 4.5 – Equipamento para realização do ensaio de compressão Marshall
4.9. Baridade Máxima Teórica
A baridade máxima teórica das misturas foi determinada com o picnómetro de vácuo, tal
como é definido na ASTM D 2041 – 1995. Para o efeito foram usadas misturas obtidas dos
provetes sujeitos a rotura no ensaio de compressão Marshall. No caso dos provetes
PAV100, foi realizado um ensaio por cada sub-trecho, e nos LAB100 duas determinações
por trecho, uma no sub-trecho mais rico e outra no mais pobre em betume. Neste último
caso, estimou-se a baridade máxima teórica para as misturas dos sub-trechos centrais (A2,
B2, C2 e D2). No Quadro 4.5 apresentam-se os resultados e no Anexo D os respectivos
relatórios de ensaio.
29
Reciclagem a Quente de Misturas Betuminosas em Central
Quadro 4.5 – Baridade máxima teórica (g/cm3) das misturas betuminosas dos provetes PAV100 e LAB100, nos doze sub-trechos1
Misturas A1 A2 A3 B1 B2 B3 C1 C2 C3 D1 D2 D3
PAV100 2,504 2,497 2,493 2,516 2,494 2,475 2,506 2,495 2,486 2,490 2,478 2,467
LAB100 2,503 2,493 2,487 2,514 2,492 2,473 2,513 2,498 2,486 2,480 2,471 2,462
4.10. Análise dos Resultados
Interessava, nesta fase, proceder a uma verificação das características das misturas,
recorrendo aos resultados já descritos e que dizem respeito aos ensaios com os provetes
dos tipos PAV100 e LAB100 e respectivas misturas. O comportamento das misturas dos
provetes PAV150 e PAV300, será estudado na secção 6. No final do Anexo D apresenta-se
um resumo das características das misturas LAB100, PAV100, PAV150 e PAV300.
A síntese dos resultados obtidos experimentalmente, apresenta-se nos Quadros 4.6 e 4.7,
respectivamente para as misturas dos provetes LAB100 e PAV100. Refira-se que as
características dos provetes PAV100, dizem respeito apenas aos dois provetes sujeitos ao
ensaio de compressão Marshall.
Tomando como referência o CEIEP [3], seleccionaram-se as seguintes exigências:
a) Força de Rotura entre 8000 a 15000 N;
b) Deformação máxima de 4 mm;
c) Valor do VMA mínimo de 13%;
d) Porosidade entre 4,0 e 6,0%.
1 A baridade máxima teórica dos sub-trechos A2, B2, C2 e D2, das misturas LAB100, foi estimada por interpolação linear e tendo em conta as percentagens de betume dos respectivos sub-trechos. Isto porque irá fazer-se a recuperação do betume das misturas dos provetes destes sub-trechos.
30
Reciclagem a Quente de Misturas Betuminosas em Central
Quadro 4.6 – Resumo das características das misturas LAB100 e dos resultados do ensaio Marshall
Sub-trecho
pb (%)
Baridade (g/cm3)
Porosidade(%)
TVB (%)
VMA (%)
Sb (%)
Frotura (N)
Deformação (mm)
A1 3,6 2,309 7,8 8,0 15,8 50,7 12283 3,0
A2 4,1 2,343 6,0 9,2 15,3 60,6 12280 3,3
A3 4,6 2,335 6,1 10,3 16,5 62,8 12675 3,4
B1 3,8 2,350 6,5 8,6 15,1 56,8 11553 3,9
B2 4,4 2,367 5,0 10,0 15,0 66,6 13398 4,3
B3 4,7 2,355 4,8 10,6 15,4 69,1 11008 4,5
C1 4,1 2,333 7,2 9,2 16,4 56,3 14790 4,2
C2 4,6 2,353 5,8 10,4 16,2 64,3 14155 4,3
C3 5,0 2,369 4,7 11,4 16,1 70,8 13463 4,6
D1 4,3 2,369 4,5 9,8 14,3 68,7 11160 4,0
D2 4,7 2,366 4,2 10,7 14,9 71,6 9618 3,8
D3 5,1 2,385 3,1 11,7 14,8 79,0 8380 6,0
Quadro 4.7 – Resumo das características das misturas PAV100 e dos resultados do ensaio Marshall
Sub-trecho
pb (%)
Baridade2
(g/cm3) Porosidade
(%) TVB (%)
VMA (%)
Sb (%)
Frotura (N)
Deformação (mm)
A1 3,6 2,351 6,1 8,1 14,2 57,2 6550 4,5
A2 4,1 2,384 4,5 9,4 13,9 67,8 8500 4,8
A3 4,6 2,419 3,0 10,7 13,7 78,3 8950 5,3
B1 3,8 2,378 5,5 8,7 14,2 61,3 8550 5,5
B2 4,4 2,411 3,3 10,2 13,5 75,6 8750 5,3
B3 4,7 2,419 2,3 10,9 13,2 82,9 7200 5,2
C1 4,1 2,374 5,3 9,4 14,6 64,0 7600 5,4
C2 4,6 2,424 2,8 10,7 13,6 79,0 7950 6,6
C3 5,0 2,453 1,3 11,8 13,1 89,7 10800 6,7
D1 4,3 2,419 2,9 10,0 12,9 77,9 9250 6,4
D2 4,7 2,392 3,5 10,8 14,3 75,6 6700 5,4
D3 5,1 2,451 0,7 12,0 12,7 94,7 8050 7,3
2 Os valores da baridade aqui indicados são ligeiramente diferentes dos indicados no Quadro 4.8, pelo facto de corresponderem à média de 2 valores, ao passo que os do referido quadro representam a média de quatro provetes.
31
Reciclagem a Quente de Misturas Betuminosas em Central
Os resultados observados em laboratório (LAB100), regra geral, apresentam valores que
observam as exigências anteriores. O intervalo da força de rotura e o valor mínimo do
VMA são sempre respeitados. Os limites da porosidade (4 a 6%) são verificados pelas
misturas de pelo menos um dos três sub-trechos. Já a deformação máxima, respeitada nas
misturas de macadame normal (trecho A), por vezes é ultrapassada nas misturas recicladas.
As misturas dos provetes PAV100, embora verifiquem, em pelo menos um dos três sub-
trechos, o VMA mínimo e a força de rotura, apresentam deformação sempre superior ao
máximo e porosidades demasiado baixas, principalmente nos trechos C e D. Tal terá ficado
a dever-se, por um lado, à temperatura das misturas que, nas incorporações de 30 e 40%,
ficou aquém do desejável e, por outro, à percentagem de betume elevada nos sub-trechos
C3 e D3, onde a porosidade foi inferior a 2,0%.
Os resultados a que se chegou denotam alguma “desconformidade” das misturas recicladas
a quente relativamente às exigências definidas para o macadame betuminoso normal e que
se regem pela formulação Marshall. Mas o que está em causa é saber até que ponto o
método de Marshall será adequado ao estudo de formulação das misturas recicladas a
quente. Assim se justifica que a composição das misturas seja estudada e eventualmente
validada, com base na realização de ensaios de desempenho, os quais reproduzem de forma
mais racional as solicitações a que as misturas estão sujeitas.
32
Reciclagem a Quente de Misturas Betuminosas em Central
5. AVALIAÇÃO ESTRUTURAL
5.1. Generalidades
No âmbito da execução dos trechos experimentais com misturas betuminosas recicladas a
quente em central, foi avaliada a capacidade de carga com recurso ao deflectómetro de
impacto (FWD). Nesta secção apresentam-se os resultados da campanha de ensaios
realizada, no dia 1 de Março de 2004, depois da execução dos trechos.
Os ensaios foram realizados com placa de 300 mm de diâmetro e foram impostas quatro
alturas de queda, se bem que, em termos de análise, apenas se consideraram as duas
últimas, por se admitir que os dois primeiros impactos apenas servem para ajustar/calibrar
o equipamento. Foram então realizadas leituras em nove pontos: no centro da placa (f0) e
em pontos afastados, em mm, de: 300 (f1), 450 (f2), 600 (f3), 900 (f4), 1200 (f5), 1500 (f6),
1800 (f7) e 2100 (f8). Na Figura 5.1 apresenta-se o Deflectómetro de Impacto usado nos
ensaios.
Figura 5.1 – Aspecto do deflectómetro de impacto
33
Reciclagem a Quente de Misturas Betuminosas em Central
5.2. Análise dos Resultados dos Ensaios
O pavimento existente, construído em zona de aterro, apresentava uma estrutura base
constituída por uma camada de materiais de natureza muito diversa (materiais granulares e
aglutinados, nomeadamente desperdícios de misturas betuminosas ali depositados), com
espessura da ordem dos 25 cm e encarada na análise como uma “sub-base”. Como se verá,
esta camada de “sub-base”, apresenta grandes variações nas suas características de
deformabilidade. Os ensaios foram realizados, entre as 15 e as 18 horas, com uma
temperatura à superfície do pavimento que oscilou entre os 13ºC e os 12ºC
Na análise dos resultados considerou-se, após algumas tentativas, a estrutura tipo indicada
na Figura 5.2. Para espessura das camadas betuminosas adoptaram-se os valores indicados
no Quadro 5.1 e que respeitam os valores da espessura observada nos tarolos de
D=100mm, extraídos nos trechos experimentais.
Figura 5.2– Estrutura considerada na análise, depois da execução dos trechos.
Quadro 5.1 – Espessura das camadas (média e adoptada), nos diferentes sub-trechos
Espessura A1 A2 A3 B1 B2 B3 C1 C2 C3 D1 D2 D3
Média 8,6 9,3 10,0 9,6 9,9 9,6 8,5 9,0 9,6 8,9 9,5 9,9
Adoptada 8,5 9,5 10,0 9,5 10,0 9,5 8,5 9,0 9,5 9,0 9,5 10,0
h (0,085 a 0,100 m) Camada Betuminosa
“Sub-base” 0,25 m
Solo de Fundação 2,00 m
h = ∞
34
Reciclagem a Quente de Misturas Betuminosas em Central
Recorrendo à aplicação ELSYM5 na análise estrutural e seguindo a metodologia
habitualmente designada por análise inversa, ou back-calculation, determinaram-se os
módulos de deformabilidade das camadas. Na análise considerou-se para o coeficiente de
Poisson, 0,30 para a camada de sub-base e 0,35 para a fundação e camada betuminosa.
No Anexo E encontra-se um resumo da análise dos resultados, no qual se indicam as
características das camadas, os valores das deflexões medidas na terceira e quarta altura de
queda, os deflectogramas objectivo e os referentes às diferentes tentativas. A título de
exemplo, na Figura 5.3 pode observar-se o deflectograma medido e os deflectogramas
referentes às diferentes tentativas, para a terceira altura de queda, no sub-trecho B2.
0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
0 300 600 900 1200 1500 1800 2100
Objectivo (3.ª Queda)
1.ª Tentativa
2.ª Tentativa
Figura 5.3 - Deflectogramas de referência e aproximados, para a terceira altura de queda, no sub-trecho B1
No Quadro 5.2 apresenta-se um resumo da geometria e dos módulos de deformabilidade
das camadas, a que se chegou para os 12 sub-trechos.
35
Reciclagem a Quente de Misturas Betuminosas em Central
Quadro 5.2 – Geometria e módulo de deformabilidade das camadas, nos diferentes sub-trechos1
Sub-trecho
Carga 3 (kN)
Carga4 (kN)
hsf (m)
hsb (m)
hm (m)
Esf (MPa)
Esb (MPa)
Em (MPa)
A1 96,6 114,9 2,00 0,25 0,085 80 140 10000
A2 98,3 116,8 2,00 0,25 0,095 100 200 16000
A3 99,6 118,3 2,00 0,25 0,095 100 400 16000
B1 97,3 116,1 2,00 0,25 0,095 100 150 15000
B2 98,8 117,6 2,00 0,25 0,100 100 260 16000
B3 98,7 117,8 2,00 0,25 0,100 100 500 16000
C1 99,0 118,4 2,00 0,25 0,085 120 400 20000
C2 98,1 117,3 2,00 0,25 0,090 100 300 19000
C3 97,9 116,6 2,00 0,25 0,095 120 160 11000
D1 99,2 118,5 2,00 0,25 0,090 140 400 18000
D2 98,3 117,6 2,00 0,25 0,095 120 180 16000
D3 98,4 117,1 2,00 0,25 0,100 110 130 12000
5.3. Correcção do Módulo de Deformabilidade das Misturas
A baixa temperatura à superfície do pavimento, conjugada com a utilização de um ligante
duro, justifica de certa forma os valores altos encontrados. Depois de avaliado o módulo de
deformabilidade procedeu-se à sua correcção para as temperaturas de 20, 25 e 30 ºC, as
quais se encontram dentro da gama de temperaturas de serviço observadas em Portugal.
Para cada caso, estimou-se o módulo à temperatura T, com base na seguinte expressão:
TTET KEE ×=
em que,
ET – Módulo de deformabilidade da mistura betuminosa à temperatura T;
ETE – Módulo de deformabilidade da mistura betuminosa à temperatura de ensaio;
KT – coeficiente de correcção do módulo à temperatura TE para a temperatura T.
1 No sub-trecho C1, além das camadas referidas no quadro, identificou-se uma camada betuminosa com espessura de 5 cm e um módulo de deformabilidade de 4000 MPa, como se pode confirmar no Anexo E.
36
Reciclagem a Quente de Misturas Betuminosas em Central
Os coeficientes de correcção (K20, K25 e K30) foram avaliados com base nas estimativas
dos módulos de deformabilidade à temperatura de ensaio, fixada em 13 ºC, e às respectivas
temperaturas (20, 25 e 30 ºC). Os módulo de deformabilidade das misturas foram
estimados, tomando como referência as expressões de previsão da Shell, disponíveis por
exemplo em [7], e com base nas características médias das misturas compactadas
provenientes do pavimento (percentagens de betume, VMA, TVB). A penetração do
ligante estimou-se a partir da expressão a seguir indicada, referida em [6]:
log(pen2)R)(1log(pen1)Rlog(pen) ×−+×=
onde,
pen – penetração a 25ºC do ligante final da mistura reciclada;
R – relação de ligante envelhecido no ligante total da mistura reciclada;
pen1 – penetração a 25ºC do ligante envelhecido (recuperado do fresado);
pen2 – penetração a 25ºC do ligante de adição recuperado.
Tomou-se como boa indicação 65% do valor médio dos limites de penetração para o
betume novo (0,65×42,5 10-1mm) e a penetração de 14 10-1mm determinada em [2]. No
Quadro 5.3 apresenta-se um resumo dos valores considerados na avaliação dos módulos de
deformabilidade para os 12 sub-trechos.
Quadro 5.3 – Características das misturas e do ligante, consideradas na avaliação do módulo de deformabilidade das misturas, para os diferentes sub-trechos
Grandeza A1 A2 A3 B1 B2 B3 C1 C2 C3 D1 D2 D3
VMA 13,9 13,9 14,2 14,0 13,7 13,0 14,8 14,5 13,1 12,5 14,0 12,8
TVB 8,1 9,4 10,6 8,7 10,2 10,9 9,4 10,6 11,8 10,0 10,8 12,0
Va 86,1 86,1 85,8 86,0 86,3 87,0 85,2 85,5 86,9 87,5 86,0 87,2
pb 3,6 4,1 4,6 3,8 4,4 4,7 4,1 4,6 5,0 4,3 4,7 5,1
pb(novo) 3,6 4,1 4,6 3,0 3,6 3,9 2,9 3,4 3,8 2,7 3,1 3,5
pb (env.) - - - 0,8 0,8 0,8 1,2 1,2 1,2 1,6 1,6 1,6
R 0,0 0,0 0,0 0,211 0,182 0,170 0,293 0,261 0,240 0,372 0,340 0,314
penr 27,6 27,6 27,6 23,9 24,4 24,6 22,6 23,1 23,5 21,4 21,9 22,3
37
Reciclagem a Quente de Misturas Betuminosas em Central
No Quadro 5.4 apresentam-se os resultados da estimativa do módulo de deformabilidade e
no Quadro 5.5 a síntese dos coeficientes de correcção, havendo a registar o facto de os
módulos obtidos a 13ºC com base nos ensaios de auscultação estrutural (Quadro 5.2) serem
da mesma ordem de grandeza dos estimados.
Quadro 5.4 – Módulos de deformabilidade, estimados pelas expressões da Shell, a 13, 20, 25 e 30ºC, para as
misturas dos 12 sub-trechos
Módulo A1 A2 A3 B1 B2 B3 C1 C2 C3 D1 D2 D3
E13 (MPa) 14000 14010 13650 14770 15050 15960 14140 14390 16140 17590 15370 16910
E20 (MPa) 9510 9380 9010 10380 10450 11090 9970 10060 11360 12970 11000 12170
E25 (MPa) 6550 6320 5950 7190 7050 7390 6860 6780 7520 8900 7440 8090
E30 (MPa) 4270 4010 3700 4720 4490 4650 4480 4330 4700 5790 4770 5080
Quadro 5.5 – Coeficientes de correcção dos módulos das misturas a 13ºC para 20, 25 e 30 ºC
Coeficiente A1 A2 A3 B1 B2 B3 C1 C2 C3 D1 D2 D3
K20 (Shell) 0,68 0,67 0,66 0,70 0,69 0,69 0,71 0,70 0,70 0,74 0,72 0,72
K20 (Adopt.) 0,67 0,70 0,70 0,72
K25 (Shell) 0,47 0,45 0,44 0,49 0,47 0,46 0,49 0,47 0,47 0,51 0,48 0,48
K25 (Adopt.) 0,45 0,47 0,47 0,49
K30 (Shell) 0,31 0,29 0,27 0,32 0,30 0,29 0,32 0,30 0,29 0,33 0,31 0,30
K30(Adopt.) 0,29 0,30 0,30 0,31
Finalmente, com base nos coeficientes de correcção adoptados (Quadro 5.5), fez-se a
correcção dos módulos de deformabilidade das misturas para as temperaturas de 20, 25 e
30ºC (Quadro 5.6).
Quadro 5.6 – Módulos de deformabilidade observados a 13ºC e corrigidos para 20, 25 e 30ºC
Módulo A1 A2 A3 B1 B2 B3 C1 C2 C3 D1 D2 D3
E13 (MPa) 10000 16000 16000 15000 16000 16000 20000 19000 11000 18000 16000 12000
E20 (MPa) 6700 10710 10710 10460 11160 11160 14050 13350 7730 13040 11590 8690
E25 (MPa) 4520 7230 7230 7090 7560 7560 9480 9010 5210 8810 7830 5870
E30 (MPa) 2870 4600 4600 4550 4850 4850 6060 5760 3330 5640 5010 3760
38
Reciclagem a Quente de Misturas Betuminosas em Central
Na Figura 5.4 faz-se a representação gráfica dos módulos de deformabilidade, para a
temperatura de 25ºC, obtidos por correcção dos valores da avaliação estrutural, e os
estimados pelas expressões da Shell. Os valores são muito próximos nos sub-trechos A2,
A3, B1, B2, B3, D1 e D2. Nos sub-trechos C1 e C2 obteve-se um módulo relativamente
mais alto que o previsível e nos sub-trechos A1, C3 e D3 mais baixo. Aliás, nestes dois
últimos casos, o comportamento à deformação permanente, a ver na secção seguinte, virá a
confirmar o pior desempenho das misturas destes dois sub-trechos relativamente aos
restantes do trecho. No caso do sub-trecho A1, o resultado terá ficado a dever-se às más
condições de fundação e não propriamente às características da mistura. Os módulos de
deformabilidade a que se chegou poderão constituir uma boa referência, havendo, no
entanto que confirmar tais indicações, na análise dos resultados da avaliação das
características de deformabilidade que se irão realizar em laboratório a curto prazo.
0
2000
4000
6000
8000
10000
12000
A1 A2 A3 B1 B2 B3 C1 C2 C3 D1 D2 D3
Mód
ulo
de D
efor
mab
ilida
de (M
Pa)
Análise Estimativa - Shell
Figura 5.4 – Comparação entre o módulo de deformabilidade a 25ºC, obtido na análise-inversa e estimado
pelas expressões da Shell
39
Reciclagem a Quente de Misturas Betuminosas em Central
6. AVALIAÇÃO DO COMPORTAMENTO À DEFORMAÇÃO
PERMANENTE
6.1. Generalidades
Para avaliar o comportamento à deformação permanente das misturas betuminosas, foram
realizados ensaios com simulador de tráfego (Wheel tracking) e ensaios de compressão
uniaxial de cargas repetidas, sobre provetes provenientes dos trechos experimentais. Em
ambos os casos, adoptou-se uma temperatura de 45ºC, a qual representa, no nosso país, o
máximo a adoptar nos ensaios de caracterização à deformação permanente de misturas
betuminosas para camada de base (Capitão, [8]; Freire, [9]). A análise dos resultados,
permitiu chegar a algumas conclusões sobre o comportamento à deformação permanente
das misturas betuminosas recicladas a quente aplicadas nos trechos experimentais.
6.2. Ensaios com Simulador de Tráfego - Wheel tracking
6.2.1. Equipamento utilizado e condições de ensaio
Os ensaios com simulador de tráfego, habitualmente designados por ensaios de Wheel
tracking, foram realizados com o equipamento existente no DEC-FCTUC (Figura 6.1), o
qual permite ensaiar lajetas de 300×300×h mm3, com (h ≤ 80 mm), tal como é preconizado
na prEN 12697-22, Test Methods for Hot Mix Asphalt – Wheel Tracking, (CEN, [10]). Esta
recomenda, para o tipo de misturas em estudo, que as lajetas apresentem uma espessura de
80 mm e que a carga rolante aplicada seja de 700 N.
Figura 6.1 – Aspecto do simulador de tráfego (Wessex Wheel Tracker, DEC-FCTUC)
40
Reciclagem a Quente de Misturas Betuminosas em Central
O condicionamento, ao ar, decorreu durante um mínimo de seis horas e a temperatura de
ensaio, como já se referiu, fixou-se em 45ºC. Adoptou-se uma duração de 45 minutos e
uma velocidade de aplicação da carga de 21 ciclos/minuto, correspondendo cada ciclo a
duas passagens.
6.2.2. Caracterização dos provetes (lajetas)
Para realizar os ensaios seriam necessárias 3 lajetas por sub-trecho, o que corresponde a 9
lajetas por trecho e um total de 36 lajetas para os quatro trechos. As lajetas, de
300×300×80mm3, já referidas na secção 4, foram obtidas por serragem e rectificação de
lajes de 400mm×400mm×Espessura da camada, extraídas do pavimento (Figura 6.2).
Figura 6.2 – Levantamento de lajes de 400mm×400mm×Espessura da camada
No Quadro 6.1 resumem-se as seguintes características das lajetas: designação, espessura,
percentagem de betume, baridade, baridade máxima teórica, porosidade, TVB e VMA. Os
relatórios de ensaio referentes à determinação da baridade, apresentam-se no Anexo D. Os
valores da percentagem de betume e da baridade máxima teórica já tinham sido
determinados na secção 4. A título de exemplo apresenta-se, na Figura 6.3, a lajeta
PAV300-D34, antes, durante e após o ensaio.
Figura 6.3 – Exemplo da lajeta PAV300-D34, antes, durante e após o ensaio com simulador de tráfego
41
Reciclagem a Quente de Misturas Betuminosas em Central
Quadro 6.1 – Características das lajetas 300×300×80mm3 ensaiadas no simulador de tráfego
Designação da Lajeta
Espessura (mm)
Percent. Bet. (%)
Baridade (g/cm3)
Barid. Max. Teórica (g/cm3)
Porosidade (%)
TVB (%)
VMA (%)
PAV300-A12 73 3,6 2,348 2,504 6,2 8,1 14,4 PAV300-A15 78 3,6 2,339 2,504 6,6 8,1 14,7 PAV300-A16 79 3,6 2,364 2,504 5,6 8,2 13,8 PAV300-A21 76 4,1 2,364 2,497 5,3 9,3 14,6 PAV300-A22 72 4,1 2,398 2,497 4,0 9,5 13,4 PAV300-A24 80 4,1 2,402 2,497 3,8 9,5 13,3 PAV300-A33 78 4,6 2,390 2,493 4,1 10,6 14,7 PAV300-A35 77 4,6 2,396 2,493 3,9 10,7 14,6 PAV300-A36 76 4,6 2,399 2,493 3,8 10,7 14,5 PAV300-B11 77 3,8 2,403 2,516 4,5 8,8 13,3 PAV300-B15 77 3,8 2,382 2,516 5,3 8,7 14,0 PAV300-B16 76 3,8 2,384 2,516 5,2 8,7 14,0 PAV300-B23 75 4,4 2,392 2,494 4,1 10,1 14,2 PAV300-B24 72 4,4 2,406 2,494 3,5 10,2 13,7 PAV300-B25 75 4,4 2,392 2,494 4,1 10,1 14,2 PAV300-B33 78 4,7 2,424 2,475 2,1 11,0 13,0 PAV300-B35 77 4,7 2,422 2,475 2,1 10,9 13,1 PAV300-B36 76 4,7 2,421 2,475 2,2 10,9 13,1 PAV300-C13 76 4,1 2,386 2,506 4,8 9,4 14,2 PAV300-C14 78 4,1 2,385 2,506 4,8 9,4 14,2 PAV300-C15 76 4,1 2,353 2,506 6,1 9,3 15,4 PAV300-C21 78 4,6 2,424 2,495 2,8 10,7 13,6 PAV300-C24 78 4,6 2,355 2,495 5,6 10,4 16,0 PAV300-C26 75 4,6 2,416 2,495 3,2 10,7 13,9 PAV300-C33 75 5,0 2,457 2,486 1,2 11,8 13,0 PAV300-C34 74 5,0 2,456 2,486 1,2 11,8 13,0 PAV300-C36 73 5,0 2,456 2,486 1,2 11,8 13,0 PAV300-D14 78 4,3 2,419 2,490 2,9 10,0 12,9 PAV300-D15 77 4,3 2,435 2,490 2,2 10,1 12,3 PAV300-D16 77 4,3 2,434 2,490 2,2 10,1 12,3 PAV300-D23 76 4,7 2,376 2,478 4,1 10,7 14,9 PAV300-D25 78 4,7 2,387 2,478 3,7 10,8 14,5 PAV300-D26 77 4,7 2,438 2,478 1,6 11,0 12,6 PAV300-D33 74 5,1 2,453 2,467 0,6 12,0 12,6 PAV300-D34 77 5,1 2,453 2,467 0,6 12,0 12,6 PAV300-D36 78 5,1 2,453 2,467 0,6 12,0 12,6
42
Reciclagem a Quente de Misturas Betuminosas em Central
6.2.3. Resultados dos ensaios
Entendeu-se por bem apresentar aqui, de forma resumida, os valores médios encontrados
para cada um dos quatro trechos. Assim, nas Figuras 6.4 a 6.7, apresenta-se a evolução do
valor médio da deformação permanente, expressa em mm, observada no ensaio com
simulador de tráfego, para cada um dos quatro trechos, apresentando-se em cada gráfico a
evolução média observada nos respectivos sub-trechos. No Anexo F apresentam-se, de
forma mais detalhada, os resultados de todos os ensaios. Além da deformação permanente
observada no final do ensaio, determinou-se, por ajuste linear, a velocidade de deformação
nos últimos 15 minutos (Vdef-30/45). No Quadro 6.2 indicam-se, para os doze sub-trechos, a
deformação permanente e a velocidade de deformação.
0,0
1,0
2,0
3,0
4,0
5,0
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45Tempo (min)
Def
orm
ação
(mm
)
A1
A2
A3
Figura 6.4 – Evolução do valor médio da deformação permanente observada no ensaio com simulador de
tráfego, para as misturas do trecho A
0,0
1,0
2,0
3,0
4,0
5,0
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45Tempo (min)
Def
orm
ação
(mm
)
B1
B2
B3
Figura 6.5 – Evolução do valor médio da deformação permanente observada no ensaio com simulador de
tráfego, para as misturas do trecho B
43
Reciclagem a Quente de Misturas Betuminosas em Central
0,0
1,0
2,0
3,0
4,0
5,0
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45Tempo (min)
Def
orm
ação
(mm
)
C1
C2
C3
Figura 6.6 – Evolução do valor médio da deformação permanente observada no ensaio com simulador de
tráfego, para as misturas do trecho C
0,0
1,0
2,0
3,0
4,0
5,0
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45Tempo (min)
Def
orm
ação
(mm
)
D1D2D3
Figura 6.7 – Evolução do valor médio da deformação permanente observada no ensaio com simulador de
tráfego, para as misturas do trecho D
Quadro 6.2 – Valores observados no ensaio com simulador de tráfego: Deformação permanente, velocidade
de deformação (Vdef-30/45)
Trecho Sub-trecho Deformação permanente (mm)
Vdef-30/45 (10-3mm/minuto)
A1 2,57 55,5 A2 2,50 61,2 A A3 3,64 75,2 B1 1,00 14,7 B2 1,51 21,0 B B3 1,31 13,4 C1 0,76 12,7 C2 1,08 14,4 C C3 1,46 11,4 D1 0,97 11,8 D2 1,48 19,6 D D3 4,77 23,0
44
Reciclagem a Quente de Misturas Betuminosas em Central
6.3. Ensaios de compressão uniaxial de cargas repetidas
6.3.1. Equipamento utilizado e condições de ensaio
Os ensaios de compressão uniaxial de cargas repetidas, para avaliação do comportamento à
deformação permanente das misturas, foram realizados na Máquina de Ensaios com
Aplicação de Cargas Repetidas, desenvolvida no DEC-FCTUC, a qual permite executar
também ensaios de flexão de cargas repetidas com vista à avaliação das características de
deformabilidade e de resistência à fadiga. Em [8] uma descrição adequada do equipamento.
Os ensaios desenrolaram-se de acordo com a prEN 12697-25, Bituminous mixtures - Test
Methods for Hot Mix Asphalt – Part 25: Cyclic Compression test, (CEN, [11]). A
temperatura, tal como no ensaio com simulador de tráfego, fixou-se em 45ºC, sendo o
condicionamento cumprido durante um mínimo de seis horas. Em termos de carregamento,
adoptou-se uma carga do tipo sinusoidal com repouso de 1 segundo (Figura 6.8), sendo a
pressão de 150 kPa assegurada para a carga de 1,1 kN e a duração de 2 horas (3600 ciclos).
0,00,20,40,60,81,01,21,4
120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130
Tempo (s)
Carg
a (k
N)
0,500,520,540,560,580,600,620,64
Des
loca
men
to (m
m)
Carga (kN)
Deslocamento(mm)
Figura 6.8 – Exemplo de forma da onda sinusoidal de carregamento adoptada e da evolução do deslocamento 6.3.2. Caracterização dos provetes
Para realizar os ensaios de compressão de cargas repetidas (uniaxiais, de que agora se trata,
e triaxiais, a realizar depois), foram extraídos, por carotagem (Figura 6.9), tarolos
cilíndricos com D=150mm, já referidos na secção 4. Contando, para cada caso, com 2
provetes para os ensaios uniaxiais, 6 para os triaxiais e ainda 2 de reserva, foram extraídos
10 tarolos por sub-trecho, o que conduziu a 120 tarolos no global. Após extracção, os
tarolos foram serrados na face inferior e rectificados em ambas as faces.
45
Reciclagem a Quente de Misturas Betuminosas em Central
Figura 6.9 – Extracção de tarolos de D=150mm No Quadro 6.3 resumem-se as seguintes as características dos provetes ensaiados. Os
relatórios de ensaio referentes à determinação da baridade, apresentam-se no Anexo D, e
para a baridade máxima teórica, adoptaram-se os valores determinados na secção 4.
Quadro 6.3 – Características dos provetes cilíndricos de D=150mm, sujeitos a ensaio de compressão uniaxial Designação da
Lajeta Altura (mm)
Percent. Bet. (%)
Baridade (g/cm3)
Barid. Max. Teórica (g/cm3)
Porosidade (%)
TVB (%)
VMA (%)
PAV150-A11 86 3,6 2,389 2,504 4,6 8,3 12,9 PAV150-A12 82 3,6 2,362 2,504 5,7 8,2 13,8 PAV150-A21 88 4,1 2,395 2,497 4,1 9,4 13,5 PAV150-A22 91 4,1 2,420 2,497 3,1 9,5 12,6 PAV150-A31 107 4,6 2,390 2,493 4,1 10,6 14,7 PAV150-A32 96 4,6 2,426 2,493 2,7 10,7 13,4 PAV150-B13 104 3,8 2,384 2,516 5,2 8,7 14,0 PAV150-B16 108 3,8 2,385 2,516 5,2 8,7 13,9 PAV150-B28 102 4,4 2,406 2,494 3,5 10,2 13,7
PAV150-B210 103 4,4 2,402 2,494 3,7 10,2 13,9 PAV150-B35 100 4,7 2,435 2,475 1,6 11,0 12,6 PAV150-B37 97 4,7 2,425 2,475 2,0 11,0 13,0 PAV150-C18 90 4,1 2,353 2,506 6,1 9,3 15,4 PAV150-C19 88 4,1 2,340 2,506 6,6 9,2 15,8 PAV150-C24 90 4,6 2,383 2,495 4,5 10,5 15,0
PAV150-C210 88 4,6 2,350 2,495 5,8 10,4 16,2 PAV150-C34 108 5,0 2,452 2,486 1,4 11,8 13,2 PAV150-C39 100 5,0 2,453 2,486 1,3 11,8 13,1 PAV150-D14 82 4,3 2,437 2,490 2,1 10,1 12,2 PAV150-D17 83 4,3 2,447 2,490 1,7 10,1 11,8 PAV150-D21 89 4,7 2,399 2,478 3,2 10,8 14,0 PAV150-D26 85 4,7 2,428 2,478 2,0 11,0 13,0 PAV150-D34 90 5,1 2,442 2,467 1,0 12,0 13,0 PAV150-D35 94 5,1 2,443 2,467 1,0 12,0 13,0
46
Reciclagem a Quente de Misturas Betuminosas em Central
6.3.3. Resultados dos ensaios
Apresentam-se aqui, de forma resumida, os valores médios encontrados para cada um dos
quatro trechos. Assim, nas Figuras 6.10 a 6.13, apresenta-se a evolução do valor médio da
deformação axial permanente, expressa em percentagem, para cada um dos quatro trechos,
apresentando-se em cada gráfico a evolução média observada nos respectivos sub-trechos.
No Anexo G apresentam-se, de forma mais detalhada, os resultados de todos os ensaios.
Além da deformação axial permanente final, determinou-se, por ajuste linear, a velocidade
de deformação nos últimos 1000 ciclos (Vdef). No Quadro 6.4 indicam-se, para os doze
sub-trechos, a deformação axial permanente e a velocidade de deformação.
0,0%
0,3%
0,6%
0,9%
1,2%
1,5%
0 600 1200 1800 2400 3000 3600
Número de Ciclos
Def
orm
. Axi
al P
erm
anen
te (%
)
A1
A2
A3
Figura 6.10 – Evolução da deformação axial permanente observada no ensaio de compressão uniaxial de
cargas repetidas, para as misturas do trecho A
0,0%
0,3%
0,6%
0,9%
1,2%
1,5%
0 600 1200 1800 2400 3000 3600
Número de Ciclos
Def
orm
ação
Axi
al P
erm
anen
te (%
)
B1
B2
B3
Figura 6.11 – Evolução da deformação axial permanente observada no ensaio de compressão uniaxial de
cargas repetidas, para as misturas do trecho B
47
Reciclagem a Quente de Misturas Betuminosas em Central
0,0%
0,5%
1,0%
1,5%
2,0%
2,5%
0 600 1200 1800 2400 3000 3600
Número de Ciclos
Def
orm
. Axi
al P
erm
anen
te (%
)
C1
C2
C3
Figura 6.12 – Evolução da deformação axial permanente observada no ensaio de compressão uniaxial de
cargas repetidas, para as misturas do trecho C
0,0%
1,0%
2,0%
3,0%
4,0%
5,0%
0 600 1200 1800 2400 3000 3600
Número de Ciclos
Def
orm
. axi
al p
erm
anen
te (%
)
D1
D2
D3
Figura 6.13 – Evolução da deformação axial permanente observada no ensaio de compressão uniaxial de
cargas repetidas, para as misturas do trecho D
Quadro 6.4 – Valores observados no ensaio de compressão uniaxial de cargas repetidas: Deformação axial permanente (εN), velocidade de deformação (Vdef)
Trecho Sub-trecho εN (%) Vdef (10-6mm/ciclo) A1 1,19 70 A2 1,27 93 A A3 1,42 167 B1 1,18 99 B2 1,29 98 B B3 1,15 69 C1 0,69 30 C2 1,35 132 C C3 1,70 76 D1 0,62 15 D2 1,08 59 D D3 4,06 159
48
Reciclagem a Quente de Misturas Betuminosas em Central
6.4. Análise dos Resultados
Pretende-se, nesta fase, fazer uma análise conjunta e comparativa dos resultados obtidos
nos ensaios com simulador de tráfego e nos ensaios de compressão uniaxial de cargas
repetidas. Para isso, nas Figuras 6.14 a 6.17, representam-se graficamente os valores da
deformação permanente e da velocidade de deformação, antes resumidos nos Quadros 6.2
(ensaios com simulador de tráfego) e 6.4 (ensaios de compressão uniaxial).
0,00
1,00
2,00
3,00
4,00
5,00
A1 A2 A3 B1 B2 B3 C1 C2 C3 D1 D2 D3
Sub-trechos
Def
orm
ação
Per
man
ente
(mm
)
Figura 6.14 – Valor médio da deformação permanente observada no ensaio com simulador de tráfego, para
os doze sub-trechos.
0,00
1,00
2,00
3,00
4,00
5,00
A1 A2 A3 B1 B2 B3 C1 C2 C3 D1 D2 D3
Sub-trechos
Def
orm
ação
Axi
al P
erm
anen
te (%
)
Figura 6.15 – Valor médio da deformação axial permanente observada no ensaio de compressão uniaxial de
cargas repetidas, para os doze sub-trechos.
49
Reciclagem a Quente de Misturas Betuminosas em Central
0
20
40
60
80
100
A1 A2 A3 B1 B2 B3 C1 C2 C3 D1 D2 D3
Sub-trechos
Vel
. Def
orm
. (10
-3m
m/m
in)
Figura 6.16 – Velocidade de deformação observada no ensaio com simulador de tráfego, para os doze sub-
trechos.
0
40
80
120
160
200
A1 A2 A3 B1 B2 B3 C1 C2 C3 D1 D2 D3
Sub-trechos
Vel
oc. D
efor
m. (
10-6
mm
/cic
lo)
Figura 6.17 – Velocidade de deformação observada no ensaio de compressão uniaxial de cargas repetidas,
para os doze sub-trechos.
Os valores encontrados e a observação da sua representação gráfica, permite chegar às
seguintes conclusões:
a) no que respeita aos parâmetros de referência (deformação permanente e velocidade
de deformação), como seria de esperar, existe uma tendência para o seu
agravamento com o aumento da percentagem de betume;
50
Reciclagem a Quente de Misturas Betuminosas em Central
b) o comportamento à deformação permanente das misturas do trecho A é
manifestamente pior no caso do sub-trecho A3, observando-se um comportamento
idêntico nos sub-trechos A1 e A2, mas com ligeira vantagem do primeiro;
c) nos trechos C e D, existe claramente um melhor desempenho dos primeiros sub-
trechos (C1 e D1), o qual, por comparação, não deixa de ser satisfatório nos sub-
trechos seguintes (C2 e D2). Já no que respeita aos sub-trechos C3 e D3,
apresentam, comparativamente aos anteriores, valores normalmente elevados (de
deformação permanente e de velocidade de deformação), sendo excepção a
velocidade de deformação do sub-trecho D3 no ensaio de compressão uniaxial;
d) os sub-trechos B1, B2 e B3, apresentam comportamento muito semelhante, o que
demonstra que a percentagem de betume central (do sub-trecho B2) terá sido a
ideal. O mesmo não se poderá dizer dos trechos C e D, onde a percentagem de
referência deveria ter sido inferior.
51
Reciclagem a Quente de Misturas Betuminosas em Central
7. CONCLUSÕES FINAIS E TRABALHO FUTURO
Ao longo do presente relatório fez-se uma avaliação das características gerais das misturas,
das suas características de deformabilidade e do seu comportamento à deformação
permanente, pelo que se justificava, no final desta etapa dos trabalhos, proceder a uma
análise global do desempenho das misturas aplicadas nos trechos experimentais. Para isso,
elaborou-se, para cada trecho, um resumo da avaliação qualitativa e comparativa entre os
diferentes sub-trechos (Quadro 7.1).
Quadro 7.1 – Apreciação qualitativa do desempenho das misturas
Características gerais das misturas
Características de
deformabilidade
Deformação permanente (Wheel Tracking)
Deformação permanente (Compr. uniaxial) Trecho
Melhor Pior Melhor Pior Melhor Pior Melhor Pior
A A2 A1/A3 A2/A3 A1 A1/A2 A3 A1/A2 A3
B B2 B1/B3 B1/B2/B3 - B1/B2/B3 - B1/B2/B3 -
C C1 C2/C3 C1/C2 C3 C1 C2/C3 C1 C3
D D1 D2/D3 D1/D2 D3 D1/D2 D3 D1 D3
No global pode afirmar-se que, entre as fórmulas estudadas, existe uma indicação de
melhor desempenho global das misturas dos sub-trechos A2, B2, C1 e D1, as quais
apresentavam percentagens de betume muito idênticas. Espera-se que esta conclusão venha
a ser confirmada na avaliação dos módulos de deformabilidade e da vida à fadiga, a
realizar em laboratório a curto prazo. Paralelamente, irá estudar-se também o desempenho
de misturas produzidas em laboratório, dos sub-trechos A2, B2, C1 e D1.
No futuro, depois de terminados os ensaios previstos, irá transpor-se para obra, num troço
com uma extensão de 100 m, numa zona em escavação e em aterro, a fórmula de trabalho
mais adequada. Esta será estabelecida seguindo a metodologia habitual (que depende das
características dos materiais então disponíveis) e tendo em conta os resultados dos estudos
agora concluídos e em curso, nomeadamente no que respeita à percentagem de betume.
52
Reciclagem a Quente de Misturas Betuminosas em Central
A decisão sobre a taxa de reciclagem de referência irá ter em conta a experiência adquirida
aquando da execução dos trechos (fabrico e colocação em obra), as características da
central, as limitações próprias da incorporação do fresado a frio e, não menos importante, a
eventual confirmação das conclusões do presente trabalho no que respeita aos ensaios de
desempenho previstos.
Coimbra, 17 de Outubro de 2004 Prof. Doutor Luís Picado Santos Eng.º António Miguel Costa Baptista (Coordenador do Estudo)
53
Reciclagem a Quente de Misturas Betuminosas em Central
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
[1] - Picado-Santos, L.; Baptista, A., “IP5 – Troço Angeja/A1. Estudo da Reciclagem do Pavimento”, 1.º Relatório, FCTUC/LUSOSCUT, Junho de 2002.
[2] - Picado-Santos, L.; Baptista, A., “IP5 – Troço Angeja/A1. Estudo da Reciclagem do Paviment”, 2.º Relatório, FCTUC/LUSOSCUT, Outubro de 2002.
[3] – Instituto das Estradas de Portugal, “Caderno de encargos-tipo”, Lisboa, 1998.
[4] - Instituto das Estradas de Portugal, “Manual de Concepção de Pavimentos para a Rede Rodoviária Nacional”, Lisboa, 1995.
[5] – EAPA – European Asphalt Pavement Association, “Directivas ambientais sobre as melhores técnicas disponíveis (BAT) para a produção de misturas betuminosas”, 1998.
[6] – Rubio, Aurélio Ruiz, “Reciclado de Mezclas Bituminosas en Planta en Caliente: Proceso, ventajas y limitaciones, empleo y perspectivas”, Jornadas sobre Mezcals Bituminosas Recicladas en Caliente, Barcelona, 18 a 20 de Setembro de 2001.
[7] – Picado-Santos, L.; Pereira, Paulo, “Pavimentos Rodoviários”, edição dos autores, 2002.
[8] – Capitão, Silvino D., “Caracterização Mecânica de Misturas Betuminosas de alto Módulo de Deformabilidade”, Dissertação submetida à FCT da Universidade de Coimbra, para obtenção do grau de Doutor em Engenharia Civil, DEC-FCTUC, Coimbra, 2003.
[9] – Freire, Ana C., “Deformações Permanentes de Misturas Betuminosas em Pavimentos Rodoviários”, Dissertação submetida à FCT da Universidade de Coimbra, para obtenção do grau de Doutor em Engenharia Civil, Lisboa-LNEC, 2002.
[10] – CEN – European Committee for Standardization, “Bituminous mixtures – test methods for hot mix asphalt – Part 22: Wheel Tracking“, Draft prEN 12697-22, Bruxelas, 1998.
[11] – CEN – European Committee for Standardization, “Bituminous mixtures – test methods for hot mix asphalt – Part 25: Cyclic Compression test“, Draft prEN 12697-25, Bruxelas, 2001.
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ANEXO A
Ensaios de caracterização dos materiais disponíveis
ANEXO B
Fórmulas de trabalho
ANEXO C
Registo do fabrico das misturas em central
ANEXO D
Características base das misturas
ANEXO E
Avaliação estrutural com deflectómetro de impacto
ANEXO F
Ensaios com simulador de tráfego – Wheel Tracking
ANEXO G
Ensaios de compressão uniaxial de cargas repetidas
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