SUSTENTABILIDADE EM VIAS DE

COMUNICAÇÃO

Mestrado em Construção Sustentável - ESTCB

1

1. SUSTENTABILIDADE 2

2. PAVIMENTOS MAIS DURÁVEIS 7

2.1. DIMENSIONAMENTO 7 2.2. MATERIAIS 10

3. TÉCNICAS DE CONSTRUÇÃO MAIS SUSTENTÁVEIS 17

3.1. UTILIZAÇÃO DE MISTURA BETUMINOSAS SEMI-QUENTES, TEMPERADAS E A FRIO 17 3.2. UTILIZAÇÃO DE RESÍDUOS DE OUTRAS INDÚSTRIAS NA CONSTRUÇÃO RODOVIÁRIA 25

4. A CONSERVAÇÃO DE PAVIMENTOS – NOVAS ABORDAGENS PARA UMA

MAIOR EFICIÊNCIA 28

4.1. SISTEMAS DE GESTÃO DE PAVIMENTOS 28 4.2. RECICLAGEM DE PAVIMENTOS 39

5. RUÍDO RODOVIÁRIO 58

5.1. GERAÇÃO DE RUÍDO 60

6. PAVIMENTOS PERMEÁVEIS 69

6.1. TIPOS DE PAVIMENTOS PERMEÁVEIS 71 6.2. ASPECTOS CONSTRUTIVOS 75 6.3. MANUTENÇÃO DOS PAVIMENTOS PERMEÁVEIS 79

7. OS PAVIMENTOS COMO FONTE DE ENERGIA 81

8. BIBLIOGRAFIA 87

2

1. SUSTENTABILIDADE

Existe uma grande variedade de definições para sustentabilidade embora sempre com princípios similares. De forma simples poder-se-ia definir como sustentável aquilo que satisfaz as necessidades que existem hoje sem comprometer a capacidade de as gerações futuras satisfazerem as suas próprias necessidades. Procura-se adequar a actividade humana de modo que possa satisfazer as suas necessidades preservando a natureza e os recursos naturais para que essa capacidade se mantenha a longo prazo (Wikipedia, 2010).

Cruciais a esta noção de sustentabilidade encontram-se três elementos: a natureza, as pessoas e os negócios. Deste modo a sustentabilidade é vista segundo a perspectiva ambiental, social e económica. Os três elementos interagem de modo dinâmico, a ideia central da sustentabilidade assenta precisamente nesse conceito.

3

Figura 1: A sustentabilidade e os seus diferentes elementos

Na construção a sustentabilidade tem sido prosseguida utilizando novas tecnologias, utilizando de modo mais racional os materiais e os recursos disponíveis e procurando aumentar a durabilidade global das obras. Estes mesmos princípios têm delineado a evolução na construção e gestão das obras rodoviárias, nomeadamente na pavimentação de estradas. Deste modo, um pavimento sustentável pode ser entendido como um pavimento que minimiza os impactos ambientais através da redução do consumo de energia, recursos naturais e emissões nocivas associadas enquanto cumpre todos os requerimentos de desempenho (Miller e Bahia, 2009).

O PIARC seriou as melhores práticas que devem ser observadas de modo a minorar os impactos ambientais. A utilização de materiais mais duráveis que permitam maior tempo de serviço é uma questão fundamental. Após esse período as acções a desenvolver devem centrar-se na

4

reciclagem, nomeadamente reutilizando os materiais existentes para a mesma função. Caso não seja possível devem reutilizar-se os materiais para outras funções. Em caso de não ser possível reutilizar os materiais então estes devem ser colocados em vazadouro. A reciclagem de pavimentos deve ser equacionada num correcto planeamento da vida útil de um pavimento.

Figura 2: Priorização de medidas a implementar

A construção rodoviária engloba diferentes processos que são realizados em diferentes momentos da vida de um pavimento e que contribuem para os impactos globais de um pavimento. Entre os principais processos podem incluir-se:

- Extracção de matérias-primas (agregados, petróleo, etc.);

- Produção dos produtos de pavimentação (produção de emulsões, produção de misturas, etc.);

- Construção e colocação de materiais (compactação, aplicação de regas betuminosas, pavimentação, etc.);

- Manutenção (tapagem covas, selagem fissuras, tratamentos superficiais, etc.)

- Remoção, reciclagem e depósito.

5

Na pavimentação rodoviária entre os desenvolvimentos que têm contribuído para o objectivo da sustentabilidade podem citar-se a reciclagem de misturas betuminosas, a utilização de misturas betuminosas semi-quentes, temperadas e a frio, utilização de borracha de pneus na modificação do betume e a utilização de pavimentos com baixos níveis de ruído. A utilização de técnicas destas técnicas tem levado a uma diminuição significativa dos impactos, como exemplo apresentam-se na Tabela 1 os benefícios causados pela utilização de reciclagem combinada com técnicas de redução das temperaturas de produção.

Estas novas tecnologias têm tido uma penetração com ritmo muito elevado de tal forma que o material mais reciclado nos EUA são as misturas betuminosas com taxas de reciclagem do material retirado de obras de perto de 80% (quantidade aproximada de 100 milhões de toneladas de material reciclado por ano), Figura 3.

Figura 3: Percentagem de material reciclado para diferentes materiais

6

Tabela 1 – Benefícios decorrentes da utilização de técnicas de reciclagem e de redução da

temperatura de fabrico (Nynas, 2009)

Social

Redução de emissões – ao se reduzir a temperatura de produção

reduz-se significativamente as emissões associadas à produção de

misturas betuminosas e na sua colocação. Isto origina melhores

condições de trabalho (reduz os riscos de queimaduras) e reduz a

poluição ambiental.

Programas de construção mais rápidos – reduz os períodos de

incómodo para o tráfego, ou seja, reduz os veículos em tráfego lento

ou estacionário.

Aumento dos períodos disponíveis para trabalho – algumas técnicas

podem ser utilizadas com condições meteorológicas mais adversas

que as misturas a quente.

Mais trabalho in situ – permite utilizar mais o trabalho in situ ou nas

proximidade do troço em obras. Isto reduz o transporte de obra,

reduzindo emissões e minimizando o desconforto para as pessoas.

Económica

Redução dos gastos energéticos em combustíveis – Até 50% de

redução da utilização de combustível durante a produção (misturas

temperadas e semi-temperadas) ou até 95% (misturas a frio).

Uitlização de técnicas de reciclagem – redução dos custos de

extracção dos agregados e redução dos custos relacionados com o

tratamento dos resíduos existentes.

Algumas técnicas de redução de temperatura e reciclagem permitem

que se utilize as centrais de produção de misturas a quente sem

grandes alterações.

Aumentos da produtividade e da satisfação do cliente – diminuição

dos custos energéticos, com matérias-primas e com transportes.

Ambiental

Redução de emissões – Redução de 50 % ou mais nas emissões de

CO2, NOX, etc. Diminuição da geração de pó fino em cerca de 85%.

Menos resíduos – melhor conservação dos recursos naturais.

Aproveitamento do betume e agregados existentes nos pavimentos

(até 100% em algumas técnicas de reciclagem).

Utilização de agregados provenientes da reciclagem de RCD ou de

outras fontes.

7

2. PAVIMENTOS MAIS DURÁVEIS

A construção de pavimentos que durem mais e que requeiram menos manutenção tem um impacto significativo na redução de recursos necessários bem como na redução dos custos dos utilizadores.

2.1. Dimensionamento

O aumento da vida útil dos pavimentos também pode beneficiar do conceito de pavimentos perpétuos (perpetual pavements nos EUA ou Long Life Pavements na Europa). Tem sido indicado o dimensionamento de pavimentos rodoviários flexíveis para períodos de vida útil de 20 anos. No entanto, é possível dimensionar e construir pavimentos betuminosos com expectativa de terem uma vida útil de 40 a 50 anos sem grandes custos de manutenção necessitando apenas de reabilitação superficial periódica. Este conceito não é novo, tendo sido construídos diversos troços de estradas com base neste princípio desde a década de 1960 nos EUA (Figura 4).

8

Figura 4: Estrada I-90 nos EUA onde foi aplicado um pavimento perpétuo

Os pavimentos rodoviários flexíveis quando submetidos à carga de um rodado deformam-se, parte dessa deformação não é recuperada provocando um dano no pavimento. O acumular destes minúsculos danos vai contribuindo para a ruína do pavimento. Num pavimento perpétuo é utilizada uma estrutura mais espessa de modo que o dano causado pelos rodados dos pesados seja desprezível, assim, o pavimento poderá suportar um número infinito de veículos pesados (Figura 5). Deste modo, este tipo de pavimentos não sofre a degradação comum dos pavimentos rodoviários correntes sendo muito mais durável.

9

Figura 5: Um pavimento mais espesso quando carregado apresenta menores extensões (ε) pelo que

suporta na sua vida um maior número de carregamentos (N)

Estes pavimentos podem sofrer de patologias não consideradas em dimensionamento como sejam as patologias superficiais ou mesmo fendilhamento do topo para a base ou rodeiras devidas à deformação das camadas betuminosas. É assim necessário realizar trabalhos de manutenção para eliminar este tipo de patologias sempre que são detectadas. As operações de manutenção apenas são realizadas nas camadas superficiais de modo a restituir o conforto e segurança aos utentes. Ao não sofrer de patologias que ponham em causa a sua capacidade estrutural geralmente não são necessárias intervenções mais “pesadas” de manutenção neste tipo de pavimentos.

Um pavimento perpétuo necessita de ter uma capacidade estrutural elevada, Nunn refere que a sua estrutura deverá

10

ter mais de 37,5 cm de misturas betuminosas, outros autores referem como critérios de dimensionamento: extensão de fadiga na base das camadas betuminosas <70µε (µε - microextensões) e extensão de compressão no topo do solo de fundação <200µε (refira-se que estes valores são em geral metade do que se utiliza nas vias correntes, embora eles dependam do tráfego pelo que esta não é uma apreciação muito linear, ver Figura 6). Embora este conceito seja normalmente aplicado em estradas submetidas a tráfego pesado e intenso ele pode também ser utilizado em estradas com tráfegos mais ligeiros.

Figura 6: Exemplo dos valores limites de cálculo em pavimentos perpétuos

2.2. Materiais

Um aumento consistente da vida útil dos pavimentos tem que ser acompanhada por um aumento da durabilidade

11

dos materiais que o constituem. Um conjunto de materiais que constitui o pavimento, e que tem um envelhecimento potenciador de patologias, é o das misturas betuminosas devido à utilização de betume asfáltico. Descrevem-se nos parágrafos seguintes algumas das possibilidades de aumentar a durabilidade deste tipo de materiais.

2.2.1. Modificação de betume com polímeros

A utilização de betumes modificados com polímeros (EVA, SBS, etc.) apresenta algumas vantagens. A modificação dos betumes permite aumentar a vida útil das misturas diminuindo a probabilidade de ocorrência de algumas degradações correntes em pavimentos.

Ao ser modificado com polímeros o betume apresenta maior viscosidade às temperaturas de serviço, com diminuição da penetração a 25ºC e aumento da temperatura de amolecimento, mas mantendo a sua elasticidade. As misturas betuminosas apresentam maiores resistências à deformação permanente e à fadiga. Aumenta igualmente a adesividade entre o ligante o agregado o que prolonga a vida das misturas aumentando a sua resistência à acção da água que promove a separação entre o betume e o agregado. No entanto, o comportamento com temperaturas elevadas é semelhante pelo que as temperaturas de fabrico e compactação se mantêm. O betume modificado apresenta ainda maior resistência ao envelhecimento. A modificação do betume permite obter misturas mais duráveis aumentando a vida útil dos pavimentos e reduzindo os custos de manutenção.

12

Existem misturas betuminosas em que a utilização de betumes modificados é necessária. Entre estes tipos de misturas encontra-se o betão betuminoso rugoso e o betão betuminoso drenante. Isto porque este tipo de misturas apresenta granulometrias abertas com maior exposição do filme de betume, maiores tensões nos contactos dos agregados e existe o perigo de drenagem do betume nas misturas. A utilização de betume modificado permite obviar estes problemas garantindo uma maior vida útil das misturas.

O betume pode ser modificado utilizando uma grande diversidade de polímeros como sejam, estireno-butadieno (SBS), etileno-vinil acetato, polietileno, polipropileno, etc.

Devido a esse facto, recentemente tem-se iniciado a modificação do betume utilizando resíduos de plástico, por exemplo, sacos de plástico de polietileno, garrafas, material médico, etc. Estudos realizados indicam que é possível modificar os betumes utilizando estes resíduos com os mesmos resultados dos polímeros geralmente utilizados. Esta solução apresenta igualmente a vantagem de permitir dar um uso directo aos sacos de plástico utilizados valorizando-os como resíduo e portanto torna mais interessante a sua recolha.

Os polímeros apresentam-se na forma de granulado que, geralmente, é misturado com o betume de modo a se proceder à sua modificação, as taxas normais de incorporação situam-se pelos 5 a 8% da massa de betume. O betume modificado é depois utilizado para fabricar as misturas betuminosas de modo semelhante aos betumes não modificados.

13

Todas as empresas produtoras de betume dispõem no seu catálogo de diferentes tipos de betumes modificados com polímeros e de emulsões realizadas com betumes modificados com betumes. Estes são mesmo necessários em determinadas utilizações, como seja, na produção de misturas rugosas e abertas.

2.2.2. Modificação do betume com borracha de pneus

A utilização de pó de borracha de pneu no fabrico de misturas betuminosas tem vindo a ser uma solução cada vez mais utilizada. Uma das grandes vantagens é ambiental pois permite utilizar um resíduo proveniente de pneus usados no fabrico de misturas betuminosas. A incorporação do pó de borracha nas misturas pode ser realizado por dois processos:

- Via seca (Dry Process) – A borracha é adicionada à mistura como se fosse mais um agregado. O pó de borracha é misturado com os agregados e o betume na misturadora. Este processo tem a desvantagem de tornar mais difícil a obtenção de uma dispersão homogénea da borracha na mistura;

- Via húmida (Wet Process) – A borracha é misturada com o betume previamente sendo depois o betume modificado misturado com os agregados na misturadora. Este método permite obter uma dispersão mais homogénea da borracha na mistura e controlar melhor os tempos de digestão. A mistura da borracha com o betume pode ser

14

realizada em fábrica ou numa unidade junto à central (este tem sido o método mais utilizado em Portugal).

O granulado de borracha é obtido através da trituração dos pneus. O granulado utilizado para modificar o betume é geralmente o mais fino obtido por trituração mecânica à temperatura ambiente e tem granulometrias do tipo 0/2 até 0/8 (Figura 7).

Figura 7: Granulado de borracha para modificação de betume

Na modificação por via húmida a o granulado de borracha é adicionado ao betume aquecido a 180ºC (segundo o esquema de produção apresentado na Figura 8). A quantidade de borracha adicionada depende do tipo de modificação pretendido. O mais comum é realizar-se betume com elevada taxa de incorporação de borracha (aprox. 20% de borracha). Após a mistura processa-se a digestão durante cerca de 45 minutos. Durante este processo as partículas de borracha absorvem componentes do betume, isto provoca um aumento do volume das partículas na ordem de 3 a 5 vezes e estas transformam-se em parte num gel.

15

Figura 8: Esquema de produção de misturas betuminosas com betume modificado com borracha

O betume modificado com borracha apresenta uma viscosidade superior a temperaturas de serviço mantendo uma boa flexibilidade e bom comportamento a baixas temperaturas. A adição de borracha torna também o betume mais resistente ao envelhecimento e menos susceptível à temperatura. Deste modo, as misturas betuminosas com borracha apresentam maior durabilidade, maior resistência à fadiga e à reflexão de fendas e maior resistência à deformação permanente (Kirk e Holleran, 2000). As misturas com betume modificado com borracha têm, em geral, módulos de deformabilidade inferiores às misturas convencionais.

As misturas realizadas com betume modificado com borracha contêm percentagens de ligante superior às misturas tradicionais sendo comum utilizar-se percentagens entre 8% e 10% de betume modificado com borracha no fabrico de misturas betuminosas. O betume modificado com

16

borracha pode ser utilizado para fabricar misturas betuminosas com características muito diferentes entre si à semelhança do betume sem modificação.

17

3. TÉCNICAS DE CONSTRUÇÃO MAIS SUSTENTÁVEIS

3.1. Utilização de mistura betuminosas semi-quentes, temperadas e a frio

O objectivo é utilizar técnicas e processos que requeiram menos consumo energético, nesse sentido, a utilização de ligantes betuminosos que possam ser aplicados a temperaturas mais baixas permite diminuir o consumo energético e reduzir as emissões de CO2. A utilização de misturas semi-quentes, temperadas ou a frio tem contribuído para esse fim tendo vindo a aumentar a sua utilização e as soluções disponíveis no mercado (Figura 9).

Figura 9: Esquema representado os consumos energéticos para a produção de diferentes tipos de

misturas.

Embora exista alguma alguma confusão nos termos adoptados variando por vezes as designações entre

18

diferentes países em Portugal têm sido adoptadas as seguintes definições:

- Misturas betuminosas semi-quentes – A temperatura de fabrico das misturas betuminosas temperadas varia de 100ºC a 140ºC. Para se poder fabricar a estas temperaturas é necessário adicionar aditivos químicos ou orgânicos ao betume ou utilizar processos para produzir betume-espuma. O objectivo principal será sempre o de reduzir a viscosidade do betume através de uma modificação reológica.

- Misturas temperadas – A gama de temperaturas utilizadas na produção destas misturas vai de 70ºC a 100ºC. A tecnologia utilizada assenta essencialmente na utilização de emulsões betuminosas ou técnicas de produção de betume espuma.

- Mistura a frio – São misturas que são fabricadas sem nenhum tipo de aquecimento, ou seja, à temperatura ambiente. Os ligantes utilizados são as emulsões betuminosas.

É importante referir que muitas das técnicas utilizadas na produção destas misturas encontram-se patenteadas por empresas. Isto implica que não estão enquadradas por normalização ou são referidas em cadernos de encargos, tratando-se de soluções comerciais nos quais as empresas indicam quais os métodos a seguir podendo, se aplicável, ter os documentos de homologação. A utilização destas técnicas apresenta resultados significativos na redução da poluição gerada na produção de misturas betuminosas, por

19

exemplo, por cada redução de 10ºC na temperatura duplica a redução de fumos (Nynas, 2009, Figura 10).

De facto a utilização de temperaturas elevadas aumenta significativamente a emissão de gases poluentes. Esta emissão de fumos e gases nocivos é prejudicial para o ambiente e para os trabalhadores. Quando aquecido o betume emite fumos de hidrocarbonetos e de H2S com um ritmo que duplica por cada 10 a 12ºC.

Figura 10: Redução das emissões de CO2 (referência 150ºC)

3.1.1. Misturas Semi-quentes

As misturas semi-quentes apresentam um processo de produção e compactação semelhante às misturas a quente. A designação de mistura semi-quente é aplicada quando a temperatura de fabrico se situa acima dos 100ºC. Nas misturas a quente as temperaturas de fabrico são em geral de 140ºC a 160ºC nas misturas semi-quentes as temperaturas de produção situam-se, em geral, entre os 120ºC e os 140ºC.

As misturas semi-quentes foram introduzidas na Europa em 1995 despertando interesse pelos benefícios ambientais que apresentam. Estes benefícios incluem a redução de emissões poluentes, fumos e odores indesejáveis, redução do consumo energético, redução do envelhecimento do

20

betume no processo de fabrico e aumento dos períodos disponíveis para trabalho.

A utilização de temperaturas mais baixas reduz as emissões poluentes para a atmosfera e também beneficia os trabalhadores reduzindo a sua exposição a agentes nocivos a altas temperaturas (Figura 11). Existe igualmente a redução de cheiros associados à produção em central que por vezes incomodam os moradores na zona.

Figura 11: Exemplo da redução da emissão de fumos entre misturas a quente e semi-quentes

O envelhecimento do betume ocorre em grande parte logo na fase de produção e compactação das misturas betuminosas devido à sua exposição a temperaturas elevadas. A redução das temperaturas de produção permite reduzir o envelhecimento do betume e, deste modo, contribui para o aumento da vida útil do pavimento. Permitem igualmente aumentar as distâncias da central até à obra bem como obter melhores níveis de compactação nas misturas.

21

Como desvantagem refira-se que alguns dos aditivos utilizados necessitam de um “tempo de cura” do pavimento antes da sua abertura ao tráfego.

Para realizar misturas temperadas diversas técnicas têm sido utilizadas para diminuir a viscosidade do betume, como sejam:

- Aspha-min® e Advera® – é adicionada uma zeolite sintética ao betume. A zeolite é adicionada na central e tem um efeito de formação de espuma.

- Aditivos Orgânicos – estes podem ser o Sasobit® (Figura 12), que é uma cera de parafina proveniente do carvão, ou o Asphaltan B® que é uma mistura de ceras retiradas da lenhite e de hidrocarbonetos de elevado peso molecular.

- WAM-Foam® – é um sistema em que a mistura se processa em duas fases, numa primeira fase o agregado é envolvido com betume mole e depois é adicionado um betume duro que é espumado durante a produção da mistura.

- Evotherm® – trata-se da utilização de uma emulsão betuminosa especialmente formulada para a produção de misturas semi-quentes e temperadas.

- Cecabase® – é um aditivo químico que contém poliamidas (polímero utilizado por exemplo no fabrico do nylon) que é adicionado ao betume em pequenas proporções (2 a 4 kg de aditivo por tonelada de betume) funcionando como um agente tensoactivo.

22

Figura 12: Aspecto do aditivo Sasobit®

3.1.2. Misturas Temperadas

As misturas temperadas são produzidas a temperaturas abaixo dos 100ºC, geralmente, entre os 70ºC e os 100ºC utilizando-se emulsões betuminosas ou betume espuma Estas técnicas evitam o aquecimento dos agregados acima dos 100ºC pelo que não se gasta energia na evaporação da água do agregado.

A produção de betume espuma deverá ter tido início no fim do sec. XIX e em 1928 foi patenteado um sistema de produção de betume espuma na Alemanha. No entanto, só no final do século XX é que se começou a utilizar este produto generalizadamente na pavimentação rodoviária (Gomes, 2005).

O betume espuma é obtido utilizando betume aquecido a uma temperatura compreendida entre 160ºC e 180ºC. Este é injectado numa câmara na qual se injecta igualmente água fria pulverizada, geralmente 2% do peso em betume

23

(Figura 13). Esta junção origina uma expansão que forma uma espuma de betume que tem uma viscosidade baixa e que deste modo pode ser misturada com agregados para realizar uma mistura Wirtgen, 2004). O fenómeno ocorre porque quando o betume entra em contacto com a água vai transferir calor para esta, quando a água atinge a temperatura e passa a vapor formam-se bolhas de betume cheias de vapor de água, a espuma de betume. A expansão de volume que ocorre é de cerca de 1500 vezes o volume do betume original (Figura 14). Este é um estado temporário pelo que a mistura tem que ser realizada imediatamente após a formação da espuma. Devido a este facto o betume espuma é produzido no interior dos equipamentos de reciclagem.

Figura 13: Esquema da produção de betume espuma

24

Figura 14: Fotografia de betume espuma

As misturas temperadas também podem ser realizadas utilizando como ligante emulsões betuminosas, existindo emulsões formuladas especificamente para esse propósito.

3.1.3. Misturas betuminosas a frio

As misturas betuminosas a frio são fabricadas, espalhadas e compactadas à temperatura ambiente. Estas são constituídas por uma mistura de agregados com emulsão betuminosa. Estas misturas apresentam boas características mecânicas com um comportamento semelhante às misturas a quente quando em serviço.

As principais diferenças relacionadas com a utilização de misturas a frio ocorrem na fase de construção. Devido à utilização de emulsões betuminosas é aconselhável prudência quando se realizam os trabalhos com temperaturas baixas (inferiores a 5ºC) ou com tempo chuvoso. Após a compactação a camada pode ser

25

submetida ao tráfego desde que não apresente desagregação ou deformações. Geralmente é necessário esperar alguns dias para proceder à abertura da via (tempo de cura). Refira-se que as camadas com mistura a frio necessitam geralmente de algum tempo para ganhar consistência em toda a sua espessura, o que dependendo da espessura podem ser semanas.

3.2. Utilização de resíduos de outras indústrias na construção rodoviária

A incorporação de resíduos nos materiais utilizados em pavimentos apresenta-se como uma solução muito versátil. Existem diversos subprodutos e resíduos que neste momento se encontram a ser utilizados (alguns ainda a nível de fase experimental) e que apresentam bons desempenhos (Yue et al., 2007).

Resíduos de Construção e Demolição – Os vazadouros ilegais de RCD’s têm sido um problema ambiental. A introdução dos planos de gestão de resíduos vai permitir uma maior a reutilização de RCD, nomeadamente, a utilização de betão britado que pode ser incorporado como agregado em camadas não ligadas como bases e sub-bases e misturas betuminosas. Este tipo de agregado apresenta bom desempenho encontrando-se a sua utilização prevista no Caderno de Encargos da Estradas de Portugal onde se encontram as definidas as propriedades que deve cumprir para ser utilizado em bases e sub-bases (Figura 15).

26

Fibras de Carpetes – São fibras provenientes de carpetes utilizadas que actualmente são geralmente colocadas em aterros. Podem ser utilizadas para substituir as fibras celulósicas e outras actualmente utilizadas. As fibras são utilizadas na produção de misturas abertas (ex. Misturas SMA) para evitar a escorrência do betume. As fibras provenientes das carpetes são em geral de nylon ou polipropileno embora possam ter outras naturezas.

Granulado de Vidro – O vidro é um material 100% reciclável, deste modo, o melhor destino a dar ao vidro usado é ser reciclado e transformado em produtos novos. No entanto, as indústrias para garantir a qualidade do produto final apenas compram resíduos de vidro com cores separadas e sem material contaminante (os mais comuns são louça cerâmica, cerâmica de barro vermelho, vidro pyrex, lâmpadas, vidro cristal, etc.). Este tipo de sucata de vidro pode ser moído para fazer granulado e utilizado como agregado em misturas betuminosas. Embora apresente potencialidades a incorporação de quantidades significativas pode reduzir a durabilidade da mistura pois o vidro não absorve betume pelo que não apresenta boa adesividade, geralmente apenas se utilizam 10 a 15% de vidro na mistura.

Plástico – A utilização de resíduos de plástico como modificador de betume oferece boas potencialidades pois permite melhorar a performance das misturas betuminosas, como referido anteriormente. Os plásticos provenientes do lixo obtêm um efeito semelhante ao da modificação com os polímeros actualmente utilizados. Também é possível

27

utilizar granulado de plástico como agregado em misturas betuminosas.

Borracha de Pneus – Também utilizado para modificar o betume, como referido anteriormente. A produção de granulados de borracha é uma solução simples para a reutilização da borracha de pneus. A sua utilização permite melhorar o desempenho das misturas betuminosas.

Escórias de Alto Forno – É um subproduto gerado na indústria do aço. As escórias são constituídas por silicatos. Estas podem apresentar-se em diferentes formatos nomeadamente como um granulado vítreo. Esse granulado pode ser utilizado como um agregado em betão ou misturas betuminosas.

Escórias de Aço – É igualmente gerado na indústria do aço. Estas escórias são produzidas nos fornos durante a separação do aço derretido das impurezas. São constituídas por uma mistura de silicatos e óxidos. Podem ser utilizadas como agregados no fabrico de misturas betuminosas com bons resultados em termos de desempenho.

Figura 15: Resíduos de demolição e agregado de betão britado

28

4. A CONSERVAÇÃO DE PAVIMENTOS – NOVAS ABORDAGENS PARA UMA MAIOR EFICIÊNCIA

4.1. Sistemas de Gestão de Pavimentos

Como foi referido os pavimentos rodoviários são dimensionados para suportar uma determinada quantidade de veículos pesados, deste modo, devido à sua utilização eles degradam-se inexoravelmente (Figura 16). Um programa de conservação e reabilitação é uma acção estratégica que de modo sistemático e organizado mantém e melhora as condições dos pavimentos rodoviários e retarda a sua futura degradação (OHMPA, 2004). O desenvolvimento desta estratégia é suportado por informação rodoviária fiável e actualizada permitindo a análise dos dados de caracterização do estado da rede e o desenvolvimento de estratégias de conservação/reabilitação, considerando determinados padrões de qualidade da rede ou os recursos financeiros disponíveis (Pereira et al., 2007).

De modo a se entender a diferença entre medidas de conservação e medidas de reabilitação de pavimentos pode referir-se o seguinte exemplo; quando um dentista chumba um dente está a realizar a sua reabilitação quando este efectua uma limpeza aos dentes está a efectuar a sua conservação. Efectuar visitas regulares ao dentista para limpeza dos dentes é estar a realizar um programa de conservação preventiva.

29

Figura 16: Manutenção preventiva versus correctiva (adaptado de OHMPA, 2004)

Um programa de conservação que espere pelas queixas dos utentes, relativamente a patologias nos pavimentos, para realizar acções de conservação é um programa que não será executado atempadamente e perderá eficácia devido a esse atraso. De facto 1€ gasto em gasto em manutenção preventiva no décimo ano de vida de um pavimento pode evitar o gasto de 5€ em medidas de reabilitação realizadas 5 anos depois (Figura 17).

30

Figura 17: Redução de custos utilizando uma manutenção atempada (adaptado de OHMPA, 2004)

As vantagens de utilizar um Sistema de Gestão de Pavimentos são (Papaleo, 1998):

- Permitir uma abordagem sistemática e objectiva à conservação dos pavimentos;

- Permitir analisar múltiplas estratégias de conservação de modo rápido;

- Fornecer aos técnicos informação sobre o estado actual dos pavimentos e qual a sua previsível evolução;

- Permitir manter um inventário actualizado com os dados mais relevantes referentes ao pavimento (tipo de camadas, intervenções realizadas, materiais utilizados, tráfego, patologias, etc.);

- Permitir uma melhor gestão dos recursos disponíveis de modo a maximizar a qualidade do pavimento.

31

4.1.1. Componentes do Sistema de Gestão de Pavimentos

Um dos principais suportes de um Sistema de Gestão de Pavimentos é a detecção precoce de sinais de degradação dos pavimentos, para isso é necessário conhecer o estado dos pavimentos e manter esse conhecimento sempre actualizado. Esse conhecimento deve incluir as patologias existentes, sua severidade e distribuição espacial bem como o tipo de pavimento e sua constituição.

Os sistemas de gestão de pavimentos são compostos por diversas componentes que de modo integrado permitem que este possa ter resultados eficazes e eficientes. Geralmente são indicados 5 componentes essenciais para um sistema de gestão de pavimentos:

- Avaliação da condição do pavimento – Integra as campanhas de observação de pavimentos e ensaios realizados de modo a determinar a condição dos pavimentos da rede;

- Base de dados – onde se recolhe e armazena toda a informação das campanhas de avaliação das condições dos pavimentos;

- Sistema de avaliação da qualidade – esta componente integra os modelos utilizados para definir a qualidade dos pavimentos em função dos dados recolhidos e os modelos de comportamento que permitem definir qual a evolução futura da qualidade dos pavimentos da rede e seu estado de degradação;

32

- Análise de alternativas e critérios de decisão – Esta fase envolve a simulação de várias alternativas de manutenção na rede (em termos acções de manutenção a desenvolver) e a escolha daquela que melhor se enquadra nos critérios de decisão adoptados. Os critérios de decisão podem incluir o custo das acções de manutenção no ciclo de vida, as melhorias conseguidas, incómodos para os utentes, etc;

- Implementação das soluções – traduz os procedimentos necessários para se implementarem as soluções atendendo a questões de orçamento, políticas, prazos, etc. De um modo simples pode observar-se como estes módulos se integram no sistema na Figura 18.

Figura 1: Esquema simplificado de um sistema de gestão de pavimentos

Figura 18: Esquema simplificado de um Sistema de Gestão de Pavimentos

4.1.2. Observação de Pavimentos

A observação de pavimentos compreende as actividades que permitem conhecer, num determinado momento, qual o estado dos pavimentos rodoviários relativamente às suas características funcionais e estruturais (Pereira et al., 2006). O correcto funcionamento de um sistema de gestão da conservação de pavimentos necessita que estas observações sejam realizadas de modo periódico.

33

A observação estrutural dos pavimentos procura definir o seu desempenho mecânico. Com esta avaliação e tendo em consideração o tráfego que solicitou o pavimento e as condições climáticas é possível definir a vida residual do pavimento e dimensionar reforços estruturais. A observação da capacidade estrutural dos pavimentos é realizada geralmente através da medição das deformações obtidas na superfície quando é aplicada uma carga, estas deformações são designadas como a deflexão do pavimento. As deflexões são uma peça fundamental na avaliação da capacidade estrutural dos pavimentos, no entanto, a sua medição tem sido mais utilizada ao nível do projecto do que ao nível da caracterização de rede. Isto deve-se aos métodos utilizados, relativamente dispendiosos, que dificultam observações em redes muito extensas, em redes de menor dimensão a sua aplicação já é mais usual (ex. concessionárias de auto-estradas em que os troços têm por vezes apenas dezenas de km). Actualmente o equipamento mais utilizado na avaliação da capacidade estrutural é o deflectómetro de impacto (FWD), Figura 19.

Figura 1: Deflectómetro de impacto

Figura 19: Deflectómetro de impacto (FWD)

34

A observação funcional procura definir a qualidade do pavimento do ponto de vista do utilizador da via. Esta observação centra-se em factores que influenciam o conforto e a segurança de circulação, como sejam, as patologias existentes, a irregularidade do piso ou o atrito. Na Tabela 2 apresentam-se as patologias geralmente observadas e que contribuem de modo negativo para a percepção que o utilizador tem do pavimento.

Tabela 2: Degradações de pavimentos flexíveis (adaptado de Pereira e Miranda, 1999)

GRUPO DEGRADAÇÕES

Deformações

Longitudinal

Abatimento

Transversal

Deformações Localizadas

Ondulação

Grande raio

Rodeiras

Pequeno raio

Fendilhamento

Fadiga

Eixo

Longitudinais

Fendas Berma

Transversais

Parabólicas

Malha fina

Pele de Crocodilo

Malha larga

Desagregação da camada

de desgaste

Desagregação

Cabeça de gato

Pelada

35

Covas

Movimento de materiais

Exsudação

Subida de finos

A observação visual de pavimentos é a forma mais simples de avaliar o estado superficial destes, mas também será a mais imprecisa pois a avaliação depende do observador. O processo é realizado por um observador que se desloca na estrada, a pé ou num veículo, e que vai registando as patologias e degradações que vai detectando bem como a sua gravidade. Este registo pode ser realizado em suporte papel e depois informatizado ou directamente em meios informáticos.

Devido à necessidade de ao nível de rede se obter uma grande quantidade de informação procurando minimizar os incómodos no tráfego foram desenvolvidos equipamentos com capacidade de registar automaticamente diversos parâmetros do pavimento em simultâneo. Estes equipamentos são designados por veículos multifunções e entre eles encontram-se o ARAN (Automatic Road Analyser) e o Laser RST (Laser Road Surface Tester) existindo ainda outros equipamentos análogos (ex. o DHDV - Digital Highway Data Vehicle da Dynatest ou o Hawkeye da ARRB).

36

Figura 20: Fotografia do equipamento ARAN

4.1.3. Avaliação da Qualidade

De modo a se poder classificar o estado dos pavimentos nos sistemas de gestão de pavimentos é habitual usarem-se índices para expressar o seu estado de conservação. Estes índices tendem a agregar a informação proveniente da observação realizada aos pavimentos sendo incorporados na base de dados e nos sistemas de decisão. São utilizados para caracterizar o estado dos pavimentos de modo a poderem fundamentar as soluções a definir para a rede, isto é, a definição dos troços que devem ser objecto de acções de manutenção (Figura 21). Para a avaliação de soluções podem ser definidos diferentes tipos de índices conforma a quantidade de informação que agregam:

- Índices específicos de determinado tipo de patologia – índices que expressam o estado do pavimento relativamente a rodeiras, fendilhamento, irregularidade longitudinal (ex. IRI), atrito (ex. IFI), etc.

37

- Índices que combinam diferentes patologias – índices que expressam o estado do pavimento englobando diferentes patologias, por exemplo, um índice que expresse a condição superficial do pavimento, a condição estrutural, etc.

- Índices globais do estado do pavimento – são índices que expressam o estado geral de conservação do pavimento (ex. PQI Pavement Quality Index, PCI – Pavement Condition Índex, etc.).

Figura 21: Exemplo da caracterização de uma pequena rede urbana num PMS utilizando o índice

PCI (Kirbas e Gursoy, 2010)

4.1.4. Avaliação de Estratégias

O sistema de avaliação de estratégias é uma das componentes fundamentais do sistema de gestão pois constitui o instrumento de apoio à decisão, ou seja o que

38

fornece as soluções a implementar. Este permite equacionar diferentes estratégias definido a mais vantajosa indicando quais as acções a tomar em cada troço, quando se devem realizar e qual a evolução do índice de qualidade de cada troço e da rede em geral se essa estratégia for adoptada. Para equacionar as estratégias o sistema entra em consideração com modelos de evolução do estado do pavimento com o tempo (atendendo à degradação evolutiva deste ou ao tipo de intervenção que possa ocorrer) e os custos associados (é normal considerar custos como custos de reabilitação, custos dos utentes, valor residual do pavimento, etc.).

O sistema de avaliação de estratégias permite definir um programa de conservação multianual para a rede. Para o período em análise é definido para cada troço o número e tipo de intervenções a realizar e o ano em que se devem realizar. O decisor pode conhecer os recursos necessários em cada ano bem como a evolução do estado dos pavimentos caso se siga a estratégia indicada. É assim possível conhecer antecipadamente qual o previsível estado dos pavimentos em cada ano do período de planeamento se for executado o programa de conservação.

Os sistemas de apoio à decisão podem procurar soluções diferenciadas conforme o desejo do decisor. Por exemplo, pode procurar a forma de manter o estado geral da rede num determinado nível de qualidade minimizando os custos de conservação, programar maiores investimentos em anos chave em que se possa ter maiores benefícios no estado da rede ou procurar estratégias que sejam compatíveis com o orçamento que se espera estar disponível para os

39

anos em questão. No entanto o objectivo fundamental do sistema é sempre minimizar ao longo do período em análise os custos totais (os que se consideraram na análise) procurando atingir os níveis de qualidade requeridos. É importante referir que o sistema não tira poder ao decisor, isto é, é possível o decisor modificar a estratégia prevista ou até testar outras estratégias definidas por ele e observar quais os efeitos no estado de conservação da rede.

Embora o sistema permita obter uma estratégia que engloba as acções previstas para todo o período de análise, ele deve ser executado de modo periódico, geralmente de modo anual. Isto porque a evolução do estado da rede é estimado e além disso pode não se cumprir o que estava previsto ou até realizar mais. Deste modo, as acções realizadas e os resultados das campanhas de observação e auscultação de pavimentos da rede devem ser incorporadas na base de dados do sistema de modo actualizá-lo e ter uma caracterização próxima da realidade. Deste modo, ao executar o sistema de apoio à decisão anualmente é possível incorporar no planeamento previsto as acções realizadas e o estado real dos pavimentos de modo a ir ajustando o planeamento previsto à situação existente (Picado Santos et al., 2006).

4.2. Reciclagem de Pavimentos

O consumo de energia necessário à produção de misturas betuminosas, sobretudo as que são fabricadas a quente, apresenta custos consideráveis bem como impactes

40

ambientais, nomeadamente na libertação de CO2 para a atmosfera. Outra questão prende-se com a utilização de materiais novos no fabrico de misturas betuminosas nomeadamente de agregados. A utilização de diversas técnicas de reciclagem permite diminuir tanto os custos energéticos, logo as emissões de CO2, como a necessidade de agregados novos, pois permite reutilizar os que se encontram nas misturas existentes.

A reciclagem dos pavimentos consiste na reconstrução dos pavimentos existentes com o objectivo de transformar as misturas envelhecidas e degradadas em misturas novas utilizando uma parte ou a totalidade dos seus componentes. A reciclagem oferece algumas vantagens, como sejam (Martinho, 2004):

- Transformam um pavimento degradado e heterogéneo numa estrutura mais resistente e homogénea;

- Aumentam a capacidade de suporte do pavimento;

- Geralmente não alteram o perfil geométrico da via, mas o mesmo pode ser corrigido, se necessário;

- Aumentam a durabilidade. O pavimento resultante terá menor susceptibilidade à água e maior resistência à erosão;

- Diminuem as quantidades de materiais novos a incorporar na obra e por consequência reduzem o impacto nas estradas circundantes da mesma;

- Diminuem ou eliminam por completo a necessidade de vazadouros;

41

- Podem utilizar subprodutos ou resíduos doutros sectores e assim contribuir para a minimização dos impactes negativos dessas indústrias;

- Em geral diminuem o consumo de energia e as emissões de gases para a atmosfera.

Na escolha do processo de reciclagem é necessário considerar diferentes factores. Apresentam-se na Tabela 3 algumas variáveis importantes a considerar quando se escolhe o tipo de reciclagem a utilizar.

Tabela 3: Factores a considerar na escolha do processo de reciclagem a utilizar (Martinho, 2004)

Tráfego Números de eixos previstos para a via (T0…T6)

Deflexão Valor da deflexão máxima (elevada; média; baixa)

Materiais a

reciclar

solos e materiais granulares

misturas betuminosas fabricadas a quente ou a frio

agreg. brit. estabilizado c/ cimento (AGEC) ou c/ emulsão (AGEE)

semipenetração e revestimento superficial betuminoso

microaglomerado betuminoso

solos e materiais granulares

materiais granulares e misturas betuminosas a quente ou a frio

materiais granulares e AGEC ou AGEE

materiais granulares e/ou betão de cimento

betão armado contínuo

Locais de

reciclagem

no próprio local(in-situ)

em central (off-site)

Ligantes

cimento; cal, cinzas

emulsão betuminosa; betume; betume espuma

rejuvenescedor, biocatalizador

Materiais

correctivos

materiais granulares

subprodutos, resíduos industriais (e. g. escórias, natas e RC&D)

misturas betuminosas fabricadas a quente

42

Um dos grandes desafios do processo de reciclagem prende-se com os materiais a reciclar que, sendo os existentes nos pavimentos a reabilitar, são em geral muito heterogéneos. Esta heterogeneidade deve-se sobretudo ao facto de as camadas existentes terem sido construídas em momentos diferentes utilizando técnicas, meios de produção e de aplicação próprios desses tempos. A esta heterogeneidade, mais pronunciada em pavimentos mais antigos, acresce a introduzida por reparações pontuais ou não. Uma questão também relevante, como referido, é determinar quais as camadas que serão recicladas. Assim, podem referir-se quatro grupos distintos: reciclagem apenas de camadas granulares; reciclagem de camadas de misturas betuminosas; outro constituído por camadas de misturas betuminosas que serão recicladas juntamente com parte das camadas de base granulares; e um último grupo de camadas granulares misturadas com ligantes hidráulicos (Martinho, 2004).

Ao longo dos tempos, têm sido desenvolvidos vários tipos de reciclagem, estes variam conforme o local onde é executada, as temperaturas a que se executam os processos, as características dos materiais existentes e dos correctivos e dos ligantes utilizados (PIARC, 2003).

Atendendo às diferentes características da reciclagem do pavimento podem então definir-se os processos de reciclagem referidos na Tabela 4.

Tabela 4 – Processos de reciclagem (Martinho, 2004)

Local Temperatura Ligantes

In Situ A frio Cimento

Emulsão betuminosa

43

Betume espuma

A quente Betume e /ou rejuvenescedor

Em Central

A frio Emulsão betuminosa

Betume espuma

Semi-quente Emulsão betuminosa

A quente Betume

5.1.1. Local da reciclagem – reciclagem in situ e em central

A reciclagem de pavimentos pode realizar-se no local da obra, in situ, ou num local afastado, numa central de fabrico de misturas. Existem em geral vantagens na reciclagem in situ podendo salientar-se (Martinho, 2004): - Evitar o transporte dos materiais fresados para outro local; - Reduzir a degradação das estradas envolventes de cada obra; - Dispensar os depósitos provisórios; - Nalguns casos ter menores consumos energéticos; - Provocar menor ruído no total e menor poluição atmosférica nalguns processos; - O tempo de execução do processo é menor; - O investimento total em equipamentos é inferior ao processo em central; - Alguns processos são mais económicos; - Aproveitar na íntegra todos os materiais existentes na estrada.

A reciclagem in situ apresenta igualmente desvantagens: - O rigor de execução não é idêntico ao longo da obra; - A heterogeneidade das camadas existentes prejudica o rigor das fórmulas de trabalho;

44

- As condições locais de execução podem afectar a qualidade do trabalho; - Está mais dependente das condições meteorológicas; - Alguns equipamentos mais complexos estão sujeitos a avarias no local da obra, sendo o acesso às oficinas mais lento e difícil; - As interferências com o trânsito poderão ser maiores.

A reciclagem em central é realizada fresando os materiais no pavimento e transportando-os para uma central onde se fabricam as novas misturas betuminosas com incorporação do material fresado (Figura 22 e Figura 23). Para além dos aspectos já analisados pode referir-se que este processo apresenta um maior controlo e fiabilidade no fabrico permitindo obter misturas com maior qualidade. A desvantagem principal reside nos custos e impactos associados ao transporte de material fresado e misturas betuminosas.

Figura 22: Operação de fresagem de pavimento

45

Figura 23: Aspecto de material fresado

5.1.2. Temperaturas do processo – reciclagem a frio e a quente e a semi-

quente

A reciclagem a frio é realizada sem aquecimento dos materiais pelo que é uma solução bastante apelativa em termos económicos pois não se consomem combustíveis nessa tarefa. A reciclagem a frio pode ser realizada em central embora seja mais comum a sua realização in situ. Normalmente os meios e processos de fabrico e execução serão mais simples neste tipo de reciclagem.

Os ligantes utilizados neste tipo de reciclagem podem por um lado ser ligantes hidráulicos, cimento e a cal, ou betuminosos, utilizando-se neste caso emulsões betuminosas ou betume espuma.

A reciclagem a quente requer sempre um maior consumo energético devido ao aquecimento dos materiais. Este tipo

46

de reciclagem é quase sempre realizado em central pois a sua realização in situ requer equipamento muito específico. Uma das desvantagens da reciclagem a quente em central é o facto de geralmente não se conseguir fabricar a mistura nova com 100% de material fresado. Assim, é comum conseguir obter taxas de incorporação de reciclado de até 40% em centrais descontínuas e de até 70% em centrais contínuas. De facto, a necessidade de ter temperaturas elevadas no fabrico de misturas betuminosas limita a incorporação de material fresado na mistura (pois este entra a baixa temperatura). Refira-se que o material fresado, que contém betume quando exposto a altas temperaturas liberta fumos com elevadas concentrações de poluentes. No caso dos materiais fresados estes fumos têm uma coloração azul e contêm pequenas gotículas de óleo (O’Sullivan, 2009).

A reciclagem a semi-quente é realizada em central, contínua ou descontínua, utilizando emulsões betuminosas mas em que os materiais (emulsão betuminosa e agregados fresados) são aquecidos a cerca de 90ºC. Este processo permite utilizar 100% de material fresado na mistura nova. Embora implique um consumo energético maior que a utilização da reciclagem a frio com emulsão betuminosa permite no entanto obter misturas de melhor qualidade e que apresentam maior coesão inicial.

5.1.3. Reciclagem in situ a frio com cimento

Esta é uma técnica muito utilizada pois é muito adequada a pavimentos extremamente degradados com profundidades de reciclagem elevadas (15 a 25 cm) e em que a

47

reciclagem englobe misturas betuminosas e camadas granulares (o que é muito comum em pavimentos menos espessos).

O processo de reciclagem é realizado por um equipamento apropriado, recicladora, que tem um tambor que desfaz as camadas do pavimento (Figura 24). A incorporação do cimento pode ser realizada a seco em que o cimento é espalhado antes da recicladora e depois é injectada água no tambor ou por via húmida em que é injectada no tambor calda de cimento (Figura 25 e Figura 26).

Figura 24 – Tambor de uma recicladora Wirtgen

Figura 25 – Sequência construtiva da reciclagem in situ a frio com cimento (Wirtgen, 2004)

Figura 26 – Imagem do processo de reciclagem in situ a frio com injecção de calda de cimento

(Wirtgen)

48

5.1.4. Reciclagem in situ a frio com emulsão betuminosa

O processo de reciclagem in situ com emulsão betuminosa é semelhante ao anterior diferindo essencialmente no tipo de ligante utilizado que é uma emulsão betuminosa. Relativamente ao processo com a utilização de cimento este processo é mais dispendioso (o custo da emulsão betuminosa é superior) e também é mais sensível às condições climatéricas pois o tempo húmido não favorece a evaporação da água da emulsão.

Após a colocação da mistura são necessários cerca de 30 minutos até que se inicie a rotura da emulsão, dependendo das condições climatéricas, e se comece a compactação (Figura 27). Após a compactação é necessário um tempo de cura entre uma a duas semanas até que se possa colocar uma nova camada sobre a camada reciclada. As camadas recicladas têm em geral espessuras entre os 7 cm e os 10 cm.

Figura 27 – Esquema construtivo da reciclagem in situ a frio com emulsão betuminosa (Wirtgen,

2004)

No processo de reciclagem com emulsão betuminosa é por vezes adicionado cimento ou cal. A adição de pequenas quantidades (< 2 % em massa) de cimento ou cal permite acelerar a rotura da emulsão, adicionar finos e portanto melhorar a granulometria da mistura e permite aumentar a coesão do mistura reciclada. A cal e o

49

cimento são adicionados através de um prévio espalhamento sobre o pavimento ou injectadas em calda no tambor. Quando se utiliza um ligante betuminoso e um ligante hidráulico na reciclagem é por vezes utilizada a designação de reciclagem mista para designar o processo.

5.1.5. Reciclagem in situ a frio com betume espuma

O processo é em geral semelhante aos anteriores. A recicladora tem que estar preparada para realizar a mistura da água com o betume de modo a produzir o betume espuma e injectá-lo no tambor fresador. Assim, este processo requer a utilização de recicladoras preparadas especificamente para este tipo de reciclagem.

A utilização de betume espuma apresenta a vantagem de diminuir o tempo de realização dos trabalhos pois não requer o tempo de cura necessário quando se utilizam emulsões betuminosas. Observa-se um ganho de resistência bastante rápido podendo ser aberto o tráfego logo após a compactação.

Outra vantagem reside no menor preço do betume quando comparado com as emulsões betuminosas que são mais dispendiosas, embora para o fabrico do betume espuma seja necessário aquecer o betume. Refira-se no entanto que este tipo de reciclagem é mais dispendiosa que a realizada com cimento.

Uma outra desvantagem reside na maior sensibilidade do processo relativamente aos finos presentes na mistura. O resultado final depende muito da granulometria do material desfeito pelo tambor. É necessário procurar que ao longo

50

da obra não existam variações apreciáveis na granulometria do material a reciclar pois isso pode comprometer a qualidade da mistura reciclada. É recomendado que a percentagem de finos do material a reciclar se situe entre os 5 e os 20%.

É comum no processo de reciclagem com betume espuma adicionar-se cimento ou cal em pequenas percentagens (1% a 2%). O cimento e a cal actuam como finos que se misturam com o betume aumentando a adesividade aos agregados e formando um mastique que melhora a resistência inicial e o comportamento a longo prazo da mistura reciclada. A cal e o cimento são adicionados espalhando-os sobre o pavimento previamente à passagem da recicladora.

5.1.6. Reciclagem in situ a quente com rejuvenescedor/betume

Este processo difere significativamente dos anteriores, pois a reciclagem é realizada a quente. Isto obriga a utilizar equipamentos de reciclagem integralmente diferentes dos utilizados nos processos a frio. Em relação ao ligante, geralmente é usado um rejuvenescedor, podendo também ser conjugado com a incorporação de misturas novas que conterão betume novo. Este é um processo pouco utilizado pois obriga à necessidade de equipamentos específicos para este tipo de reciclagem e a gastos energéticos consideráveis no aquecimento das camadas do pavimento existente (Figura 28).

51

Figura 28 – Imagem do processo de reciclagem in situ a quente (Pyropaver)

Atendendo ao tipo de procedimento utilizado a reciclagem in situ a quente pode ser dividida em três tipos diferentes (Martinho, 2004):

- Aquecimento e escarificação ou reciclagem superficial (heater-scarification ou surface recycling) – o pavimento é apenas aquecido e escarificado, o ligante é rejuvenescido e a camada final é nivelada, reperfilada e finalmente compactada;

- Remistura (remixing) – processo similar ao anterior, mas recorrendo a um aquecimento mais efectivo, permitindo a colocação de revestimento mais espesso e uma melhoria significativa nas características da camada antiga, com correcções na granulometria dos agregados, ou ajustes nas propriedades do ligante;

- Termo-regeneração (repaving) – segue o mesmo procedimento anterior, mas inclui a adição de uma nova camada de mistura betuminosa de pequena espessura sobre a mistura reciclada (Figura 29).

52

Figura 29 – Esquema construtivo do processo de reciclagem in situ a quente (Martinho, 2004)

O pavimento existente é aquecido recorrendo a aquecedores de radiação de grande dimensão montados em camiões que permitem aquecer as misturas betuminosas superficiais do pavimento a temperaturas entre 110 e 150ºC. Os aquecedores têm um alcance de cerca de 10 a 15 cm de espessura do pavimento, mas em geral a espessura envolvida neste tipo de reciclagem é de cerca de 3 a 5 cm.

O processo de remistura permite incorporar rejuvenescedores e betume novo (geralmente um betume mole) na mistura bem como de agregados novos. Estes geralmente são incorporados como mistura betuminosa que é espalhada sobre mistura existente aquecida e escarificada (Figura 30). Após este processo os materiais são misturados e espalhados de modo a poderem ser compactados. A taxa de incorporação de mistura nova encontra-se limitada a 30%.

No processo de termo-regeneração é adicionada nova mistura betuminosa a quente sobre a existente reciclada permitindo obter espessuras finais das misturas novas de cerca de 7,5 a 10 cm. Refira-se que a misturas recicladas e novas não são misturadas pois após o aquecimento e escarificação da mistura existente é aplicado o rejuvenescedor e o material é misturado e espalhado,

53

sobre esta camada é espalhada uma camada de mistura nova e depois são compactadas a duas camadas.

Figura 30 – Mistura betuminosa aquecida e escarificada (reciclagem a quente in situ)

5.1.7. Reciclagem a frio em central com emulsão betuminosa ou betume

espuma

A realização da reciclagem em central implica que o material seja numa primeira fase fresado do pavimento existente e transportado para central. Os equipamentos de fresagem começaram a ter grandes desenvolvimentos no final da década de 70, existindo hoje modelos que permitem já fresar desde 0,40 m até 4,9 m de largura a uma profundidade máxima de 30 cm (Martinho, 2004). Para realizar a mistura são utilizadas centrais de produção de misturas betuminosas a frio. Na Figura 31 e Figura 32 encontra-se esquematizado o processo de fabrico da reciclagem a frio em central e do funcionamento de uma central a frio.

54

Figura 31 – Esquema construtivo da reciclagem em central a frio com emulsão (Martinho, 2004)

Figura 32 – Esquema de central betuminosa a frio (adaptado de Gomes, 2004)

A utilização deste processo com emulsão betuminosa, recomenda a sua realização em períodos de tempo menos húmido (Martinho, 2004).

É possível realizar a reciclagem em central a frio com betume espuma. O processo é semelhante ao referido utilizando emulsão betuminosa. A central utilizada é uma central de mistura betuminosa a frio mas com adaptações que permitam realizar betume espuma, pois este tem que ser produzido imediatamente antes da mistura.

55

5.1.8. Reciclagem em central a semi-quente com emulsão betuminosa

A principal diferença deste processo de reciclagem relativamente aos processos de reciclagem em central a frio consiste no aquecimento dos componentes (emulsão, material fresado e dos agregados novos se for o caso).

5.1.9. Reciclagem em central a quente com betume

A reciclagem a quente com betume implica a utilização de centrais de produção de misturas betuminosas a quente para realização das misturas recicladas. As centrais podem ser contínuas ou descontínuas. Este tipo de reciclagem não permite realizar mistura com 100% de material reciclado sendo necessário incorporar na mistura agregados novos. A quantidade de material reciclado habitualmente utilizado no fabrico das misturas depende do tipo de central sendo comum utilizar percentagens de material reciclado de 30% em centrais descontínuas e de 50% em centrais contínuas.

5.1.10. Selecção de técnica mais adequada

A selecção da técnica de reciclagem a ser utilizada merece ser alvo de uma adequada análise. De facto, nem todos os pavimentos serão bons para realizar reciclagem e nem todos os métodos de reciclagem serão adequados para tratar os diferentes tipos de pavimentos existentes. Para se poder avaliar qual a melhor solução é necessário realizar uma boa avaliação do projecto na fase inicial do mesmo.

56

É necessário realizar uma análise ao pavimento identificando a sua condição incluindo as degradações e patologias que apresenta procurando identificar as suas causas. Devem observar-se entre outros aspectos os defeitos superficiais, deformações, fendilhamento, problemas nas camadas granulares e fundação, reparações e actividades de manutenção realizadas. O processo de decisão deverá ser realizado com base na experiência existente em situações semelhantes e a experiência local com as diferentes técnicas de reciclagem podendo em casos mais complexos recorrer a sistemas de apoio à decisão.

Nos EUA a ARRA (Asphalt Recycling and Reclaiming Association) incluíu no Basic Asphalt Recycling Manual algumas indicações preliminares sobre quais as técnicas de reciclagem mais apropriadas para cada situação. Na Figura 33 apresentam-se algumas indicações desse manual (Martinho, 2004).

57

Figura 33: Indicações gerais com o âmbito de aplicação de diversas técnicas de reciclagem (retirado

de Martinho, 2004)

58

5. RUÍDO RODOVIÁRIO

O ruído pode ser considerado como sendo um som indesejado e incomodativo. Os principais efeitos do ruído de tráfego rodoviário encontram-se na perturbação e incómodo que provoca nas pessoas e na resultante diminuição da sua qualidade de vida. Em casos mais graves este ruído pode mesmo ter consequências nefastas na saúde das pessoas. Estima-se que na Europa 30% das pessoas estejam expostas a níveis de ruído de tráfego superiores ao recomendado pela OMS (Organização Mundial de Saúde) e que 10% sofra inclusive de perturbações do sono durante a noite devido a este tipo de ruído.

Para reduzir a exposição ao ruído de tráfego rodoviário foram impostos limites pela legislação para o ruído ambiente em zonas urbanas. Existe uma necessidade de procurar soluções que reduzam os níveis de ruído do tráfego rodoviário. A utilização de camadas de desgaste com características adequadas pode ajudar a conseguir esse objectivo.

Vários países europeus implementaram ou estão a implementar programas para a classificação de superfícies de pavimentos rodoviários. O Japão e os EUA também já utilizam modelos de previsão do ruído de tráfego que entram em consideração com o tipo de superfície da via.

O ruído rodoviário pode ser medido utilizando diversas técnicas, nomeadamente (Hanson e James, 2004):

- Medição do ruído de diversos veículos que passam na via;

59

- Medição do ruído de um veículo em particular, passagem controlada;

- Medição de ruído por métodos de proximidade, como seja o CPX.

A medição do ruído de veículos que passam na via é realizada colocando sonómetros a uma determinada distância desta. Se o objectivo é realizar um tratamento estatístico ao som de tráfego então deve registar-se o ruído da passagem de um mínimo de 180 veículos. O principal inconveniente deste método é que o ruído depende da composição do tráfego que passou bem como local onde se colocou o sonómetro (ex. evitando superfícies reflectoras nas proximidades). O método da passagem controlada é utilizado não para medir o ruído de tráfego a que as pessoas estão submetidas mas para comparar o efeito de diferentes tipos de superfícies de pavimentos. Os métodos de proximidade, como o CPX, consistem em colocar num veículo um microfone perto do contacto entre o pneu e o pavimento. Este método também é utilizado para analisar e comparar diferentes tipos de pavimentos e o ruído que geram (Figura 34).

60

Figura 34: Medição do ruído de passagem e método CPX

5.1. Geração de Ruído

O ruído de tráfego rodoviário gerado por um veículo é a soma de quatro componentes, o ruído de funcionamento do motor, o ruído provocado elo escape, o ruído aerodinâmico e o ruído provocado pelo contacto pneu e o pavimento. Para veículos em bom estado de conservação o ruído provocado na interface pneu-pavimento tende a ser a principal componente para velocidades superiores a 50 km/h (Figura 35).

61

Figura 35: Contribuição das diversas componentes para o ruído rodoviário

5.1.1. Geração e propagação de ruído pneu/pavimento

Esta é a principal causa de ruído para velocidades moderadas e elevadas e advêm da interacção entre o pneu e o pavimento. Esta é uma interacção complexa para a qual contribuem inúmeros factores. Em seguida apresentam-se os principais mecanismos de geração e propagação do ruído causado pela interacção entre o pneu e o pavimento (FEHRL, 2006):

- Impactos causados pela entre os elementos do rasto do pneu e a superfície da estrada incluindo vibração causada pela estrutura do pneu;

- Fenómenos aerodinâmicos entre o pneu e a superfície da estrada;

- Adesão e micro-movimetos entre a borracha do rasto e a superfície da estrada.

62

Uma representação dos principais mecanismos é apresentada na Figura 36.

O conjunto de factores que mais afecta a geração de ruído pneu/pavimento, para além da velocidade do veículo, prende-se com a superfície do pavimento. A superfície do pavimento afecta não só a geração de ruído como a sua propagação. As características da superfície do pavimento que mais influenciam a geração e propagação de ruído são a textura superficial, o padrão da textura e a porosidade da mistura (FEHRL, 2006). Para além destas características superficiais factores como a espessura das camadas e a sua rigidez também têm alguma influência.

Com a rotação do pneu existem impactos entre os elementos do rasto e a superfície do pavimento. Estes impactos criam vibrações que são transmitidas para o pneu.

63

O ar confinado entre os elementos do rasto é comprimido e descomprimido conforme o pneu roda sobre a superfície. É formada uma ressonância que percorre a ranhuras do pneu. As forças de atrito entre os elementos do rasto do pneu e o pavimento formam o efeito de “slip-stick”.

Quando os elementos do pneu deixam de estar em contacto com a superfície do pavimento o ar que se encontrava nas cavidades é expelido rapidamente criando um efeito de bombeamento do ar. O elemento do rasto ao deixar de estar em contacto com o pavimento regressa à sua forma original deixando de estar comprimido contra o pavimento.

O ruído gerado é amplificado pela geometria do pneu e da estrada.

Figura 36: Principais mecanismos de geração do ruído de interacção pneu/pavimento (FEHRL,

2006)

A irregularidade da superfície da estrada pode apresentar comprimentos de onda e amplitudes muito diversas. Assim é possível definira microtextura, macrotextura, megatextura e irregularidade longitudinal (Tabela 5 e Figura 37).

Tabela 5: Definição dos diferentes tipos de irregularidade em função do comprimento de onda

Textura Comprimento de Onda

Microtextura λ<0,5 mm

Macrotextura 0,5 mm<λ<50 mm

64

Megatextura 50 mm<λ<500 mm

Irregularidade 0,5 m λ<50 m

A textura da estrada é geralmente dividida em microtextura e macrotextura. A microtextura é definida pela rugosidade da superfície dos agregados enquanto a macrotextura é definida pela granulometria dos agregados na mistura. A megatextura compreende defeitos na superfície do pavimento como a desagregação superficial, peladas e covas equanto a irregularidade já é definida pelos desvios entre as cotas da superfície do pavimento e o perfil ideal de projecto.

Figura 37: Esquema representativo dos diferentes tipos de irregularidade

Estas diferentes características influenciam muitos parâmetros da relação entre o veículo e a estrada, nomeadamente, a geração de ruído. Observa-se que a macrotextura e a megatextura são as características que mais influenciam na geração de ruído pneu/pavimento (Figura 38).

65

Figura 38 – Influência das características superficiais em diversos parâmetros relacionados com a

condução

Um aspecto importante refere-se ao facto de a textura ser positiva ou negativa Figura 39). A superfície do revestimento que apresenta macrotextura positiva apresenta pontos singulares onde os elementos do rasto dos pneus impacta provocando ruído. Já na macrotextura negativa existem vazios, que se manifestam em profundidade, mas a superfície do pavimento é plana o que fornece uma superfície de rolamento suave permitindo os vazios potenciar a absorção de ruído. Assim, as misturas com textura negativa reduzem consideravelmente o ruído de circulação dos veículos pois apresentam uma superfície mais lisa de rolamento que gera menos ruído e apresentam maiores níveis de absorção sonora.

66

Figura 39: Representação esquemática de uma textura positiva e negativa

A propagação do ruído é influenciada pela absorção sonora do pavimento, que só é relevante em superfícies com porosidade elevada, misturas abertas e drenantes, e pela impedância mecânica, em superfícies de rigidez reduzida, como por exemplo as que incorporam borracha (Freitas et al., 2008).

Assim, quando submetidas às mesmas condições, o ruído gerado pelo tráfego em diferentes misturas betuminosas vai variar. Existem camadas que permitem reduzir significativamente a emissão de ruído sendo mais silenciosas (uma camada pode ser considerada silenciosa quando o nível de ruído resultante da interacção pneu-pavimento se reduz pelo menos 3 dB(A) relativamente a uma superfície comum).

Observa-se que as misturas abertas (de granulometria descontínua) e as misturas drenantes possuem os melhores desempenhos acústicos, Figura 40.

67

Figura 40: Exemplo da diferente geração de ruído em diversas superfícies

Este facto deve-se às características das superficiais destas misturas (Figura 41). As misturas que mais reduzem o nível do ruído são as misturas abertas tipo SMA com dimensão máxima do agregado inferior a 12,5mm, pois estas apresentam em geral textura negativa enquanto as de dimensão superior apresentam em geral textura positiva. Entre essas misturas estão os microbetões betuminosos rugosos utilizados em Portugal. As melhores misturas são as misturas drenantes pois apresentam porosidades de 20% a 22% o que aumenta muito a absorção sonora. Estudos recentes indicam que os melhores resultados em termos de redução de ruído podem ser obtidos com uma dupla camada de drenante, uma camada inferior com uma dimensão máxima de agregado de 14mm ou 16mm e uma superior com uma dimensão máxima de agregado de 6 mm ou 8 mm (Figura 42).

68

Figura 41: Exemplo da superfície de um betão betuminoso, um microbetão betuminoso rugoso e

uma mistura betuminosa aberta (retirado de Freitas, 2008)

Figura 42: Exemplo de dupla camada drenante

69

6. PAVIMENTOS PERMEÁVEIS

Os pavimentos permeáveis formam superfícies por onde a água se pode infiltrar para o solo. Por baixo do pavimento deve ser construído um reservatório, constituído por uma camada espessa de brita uniforme, que permite a infiltração pelo pavimento de grandes quantidades de água que aí fica armazenada até se poder infiltrar no solo. Deste modo a utilização de pavimentos permeáveis permite que a água em parques de estacionamento se infiltre para o solo diminuindo a área impermeável e ajudando ao controlo do escoamento superficial em grandes chuvadas (Figura 43).

Figura 43: Exemplo de um pavimento permeável quando comparado com os pavimentos correntes

De referir que este tipo de pavimentos, nomeadamente os blocos de betão intertravados são utilizados muitas vezes sem a realização de uma camada reservatório sob o pavimento. Este tipo de solução promove a infiltração de água mas não permite contribuir para o controlo de cheias pois a permeabilidade dos solos não é a suficiente para

70

se infiltrar toda a água proveniente da chuva em situações de chuvadas intensas. Nestes casos é conveniente existir sob o pavimento uma pequena camada drenante em brita ou areia que possa drenar para o sistema de drenagem de águas pluviais no caso de chuvadas de maior intensidade.

Alguns estudos indicam que os pavimentos permeáveis permitem reduzir a quantidade de contaminantes (partículas em suspensão, óleos e metais pesados) que são transportados pelas águas de escoamento superficial. Estes poluentes quando em pequenas quantidades são filtrados no solo e degradados pela matéria orgânica existente nesses solos. Caso se prevejam grandes quantidades de poluentes que possam afectar a qualidade da água nos aquíferos a utilização de pavimentos permeáveis deve ser evitada.

Para estacionamentos normais observa-se que grande parte dos poluentes fica retida na estrutura do pavimento existindo contaminação do solo apenas nos 10 a 20 cm superficiais sem se observar perigo de contaminação de aquíferos (Dierkes et al., 1999). Assim, quando bem construídos e conservados estes pavimentos permitem ajudar ao controlo de cheias, contribuir para a recarga dos aquíferos e melhorar a qualidade da água nas linhas de água envolventes (evitando a descarga de águas com contaminantes directamente nestas).

A utilização deste tipo de pavimentos deve ser evitada em locais onde os solos sejam muito pouco permeáveis, onde o nível freático se encontre muito próximo da superfície, existam captações de água nas imediações ou as águas a

71

infiltrar tenham grande concentração de poluentes ou matéria sólida (neste último caso devido ao risco de colmatação dos pavimentos).

Os custos de realizar pavimentos permeáveis são significativamente superiores ao dos pavimentos normais. Os benefícios obtidos encontram-se numa menor área impermeabilizada, diminuição das redes de drenagem pluvial e menores caudais de cheia.

6.1. Tipos de pavimentos permeáveis

Existem diversas opções para realizar pavimentos permeáveis, os pavimentos em misturas betuminosas (betão betuminoso drenante), em betão poroso ou em blocos de betão. Em Portugal a solução dos blocos de betão tem sido a mais utilizada em estacionamentos. Os pavimentos em misturas betuminosas e em betão têm a vantagem de se assemelharem mais aos pavimentos tradicionais do ponto de vista do utilizador.

As misturas betuminosas drenantes e o betão poroso assemelham-se em termos de fabrico às tradicionais mas são fabricadas sem material de média dimensão, utilizando curvas granulométricas com descontinuidades bem marcadas de modo a que fiquem com porosidades elevadas que formam vazios que comunicam entre si permitindo que a água drene através da camada. Os blocos de betão são pavimentos de blocos intertravados em betão que têm aberturas que permitem o escoamento da água para as camadas sob o pavimento.

72

Figura 44: Exemplo de pavimentos drenantes

Betão Betuminoso Drenante

É uma mistura betuminosa realizada a quente que apresenta uma granulometria marcadamente descontínua. Isto permite que a mistura apresente porosidades de 20% a 25%. Devido à quantidade de vazios deve ser realizada com betume modificado de modo a evitar a escorrência deste da mistura. A colocação da mistura é realizada de modo igual às das misturas betuminosas tradicionais fabricadas a quente. Uma das vantagens deste tipo de pavimentos é o seu aspecto superficial ser semelhante ao das misturas betuminosas correntes.

Betão de Cimento Poroso

73

A obtenção de betão mais permeável é realizada de modo semelhante ao descrito anteriormente para os betuminosos. A curva granulométrica utilizada no fabrico deste betão é uma curva descontínua não apresentando material de média dimensão o que permite obter uma estrutura aberta no betão. O betão poroso aprsenta um aspecto superficial diferente do betão normal que, regra geral, exibe superfícies muito lisas e sem rugosidade. A textura superficial deste tipo de betão é mais semelhante à do betão betuminoso drenante.

O betão utilizado apresenta baixa trabalhabilidade (com baixa relação água cimento). Devido à sua estrutura aberta tem tendência a perder água rapidamente pelo que é necessário ter cuidados especiais em realizar uma boa cura. Imediatamente após se ter iniciado a presa é conveniente realizar uma rega em spray e cobrir a superfície com um plástico. No caso de se realizarem juntas estas não devem ser serradas devido à lama produzida no corte devendo ser abertas com o betão ainda fresco.

Pavimentos em Blocos de Betão Intertravados com Pequenas Aberturas

São pavimentos semelhantes aos correntemente realizados com os blocos de betão mas neste caso ficam aberturas no padrão ou são colocados com junta larga (Figura 45). As aberturas ou as juntas são posteriormente preenchidas utilizando uma areia granítica limpa para manter a sua permeabilidade. Este tipo de pavimentos

74

pode apresentar elevado valor estético e são adequados em zonas de tráfego pedonal, pequenos estacionamentos, etc.

Figura 45: Pavimento em blocos de betão com aberturas

Blocos de betão com aberturas preenchidas por vegetação (grelhas de enrelvamento)

São um tipo de pavimento muito utilizado em estacionamentos em Portugal. São formados por blocos de betão que apresentam grandes aberturas que são preenchidas por solo de modo a que nelas cresça relva (Figura 46). Apresentam um aspecto visual muito interessante devido a esse facto, são no entanto muito pouco adequados ao tráfego pedonal. Este problema é mais acentuado com a utilização de calçado com saltos finos. Para obviar esta questão é boa prática realizar passagens com outro tipo de pavimento mais cómodo para

75

a circulação pedonal. É também possível preencher as aberturas com brita ou areia.

Figura 46: Pavimento em blocos de betão do tipo grelha de enrelvamento

6.2. Aspectos construtivos

Os pavimentos permeáveis são constituídos por uma superfície que apresenta aberturas ou elevada porosidade que permita a passagem da água. Esta superfície assenta numa camada de base granular com elevada porosidade de modo a ter uma grande coeficiente de permeabilidade e uma boa capacidade de armazenamento de água. Esta camada é separada do solo de fundação por um geotêxtil não tecido, este serve de filtro e evita a contaminação por finos do material granular da base (Figura 47).

76

Figura 47: Esquema tipo de um pavimento permeável

O bom funcionamento de um pavimento permeável depende do modo como é construído e conservado. A sua construção deve ser realizada de modo a garantir a permeabilidade em toda a sua estrutura e a capacidade de infiltração no solo natural. Descrevem-se em seguida alguns dos principais aspectos construtivos a considerar na realização deste tipo de pavimentos (Pennsylvania Department of Environmental Protection, 2006):

- Deve analisar-se o solo existente no local de modo a determinar a sua permeabilidade.

- Deve analisar-se com cuidado a possibilidade de se realizarem pavimentos permeáveis sobre aterros compactados. No caso de aterros recentes realizados sem controlo, por motivos de estabilidade do pavimento, não se devem realizar pavimentos permeáveis sobre estes (considerar apenas a sua realização após mais de 5 anos da realização do aterro).

77

- Caso seja necessário realizar pequenos aterros para realizar o pavimento estes poderão ser no mesmo material da camada de base granular.

- Não se deve compactar o solo de fundação. Deve evitar-se que o solo de fundação seja submetido a tráfego de obra ou outras acções similares. A camada de base granular poderá ser realizada em camadas e levemente compactada.

- O solo de fundação deve ser nivelado, isto permite que a infiltração seja mais homogénea em todo o pavimento.

- O pavimento deve ter um sistema de escoamento da água em caso de cheias de modo a impedir que a água acumulada na camada de base chegue ao nível superior do pavimento.

- A camada de base granular deve ser realizada em agregado de granulometria uniforme (com dimensão entre 25 mm e 50 mm) e lavado (Figura 48). A porosidade neste tipo de material pode chegar aos 40%.

Figura 48: Exemplo de agregado utilizado na camada de base granular

78

- A espessura da base granular varia geralmente entre os 30 e os 90 cm dependendo da função do pavimento. Se este além de servir para promover a infiltração for utilizado como bacia de retenção para controlo de cheias é comum dimensionar a camada de base de modo a que os vazios entre os agregados possam armazenar a água (ex. correspondente a uma chuvada com tempo de retorno de dois anos).

- É comum nos locais onde se aplica os pavimentos permeáveis colocar outras zonas permeáveis ou sumidouros que também permitam a entrada de água para a camada de base (Figura 49). Esta precaução destina-se a permitir manter algum nível de capacidade de retenção e infiltração de água mesmo que a superfície do pavimento colmate de modo inesperado ou seja selada em função de alguma acção planeada.

- A camada superficial deve ser dimensionada para resistir às cargas previstas. Nas camadas inferiores devem utilizar-se materiais de boa qualidade que possam resistir às cargas aplicadas.

- Deve ter-se especial atenção durante a construção em proteger as zonas já realizadas de modo a evitar que os resíduos de obra possam colmatar o pavimento já executado. É boa prática realizar os pavimentos drenantes perto do final da obra.

79

Figura 49: Exemplo de pavimento permeável com uma zona de infiltração no exterior

- A determinação da quantidade de água que pode ser retida na camada de base é determinada por: Volume água = altura * área * porosidade camada (nota: a altura a considerar é a máxima altura de água na camada de base).

- A capacidade de infiltração do pavimento é dada por: Volume infiltrado = área do pavimento * coeficiente de permeabilidade * período de infiltração (nota geralmente consideram-se períodos de infiltração para cálculo da capacidade de infiltração de 48 ou 72 horas).

6.3. Manutenção dos pavimentos permeáveis

No caso dos pavimentos drenantes a preocupação fundamental é impedir que os vazios ou aberturas colmatem reduzindo significativamente a permeabilidade destes. Este tipo de pavimentos requer mais manutenção que os pavimentos correntes. Alguns autores indicam que se deve proceder à limpeza do pavimento 2 vezes por ano (dependendo da situação do pavimento, pode ser em

80

períodos de tempo mais alargados se não se observar a ocorrência de colmatação significativa do pavimento, no entanto, estas indicações são em geral de países mais frios com melhor revestimentos vegetais e em que existem menos poeiras e sedimentos, em Portugal poderá ser necessário manter estes períodos). A limpeza deve ser realizada por escovagem com aspiração e não com limpeza com jacto de água (como é realizado nos pavimentos drenantes das auto-estradas em que apenas a camada superficial é drenante).

As zonas verdes adjacentes ao pavimento devem estar sempre em bom estado de conservação com bom revestimento do solo de modo a evitar que em chuvadas mais intensas possa existir arrastamento de sedimentos para o pavimento. Veículos que transportem areias, solos e outro tipo de materiais granulares que possam colmatar o pavimento devem ser proibidos de utilizar o local.

A reparação de pequenas patologias que possam ocorrer (covas e degradações superficiais) pode ser realizada com materiais impermeáveis pois geralmente não se observa uma diminuição da capacidade de infiltração devido a estas reparações.

81

7. OS PAVIMENTOS COMO FONTE DE ENERGIA

Uma das novas direcções de investigação que tem vindo a ser desenvolvida refere-se à utilização da energia proveniente do sol e captada pelos pavimentos. Esta energia pode ser utilizada na climatização de edifícios, evitar a formação de gelo nos pavimentos, etc.

Os pavimentos betuminosos devido à sua cor escura absorvem muita radiação solar e chegam a atingir temperaturas de cerca de 70º à superfície no Verão. Este é um problema pois contribuem para a subida da temperatura em zonas urbanas. Os sistemas de recolha de energia permitem reduzir as amplitudes térmicas no pavimento (dia/noite e Verão/Inverno) contribuindo deste modo para um melhor ambiente urbano e uma maior vida útil dos pavimentos.

O calor absorvido pelos pavimentos, não sendo o único factor, contribui para a alteração do clima nas cidades conduzindo a um aumento de temperatura provocando as designadas ilhas de calor urbano (outros factores importantes é a falta de vegetação e o corte à circulação de ar devido aos edifícios). As cidades são em geral mais quentes que as zonas rurais, com maior diferença de temperaturas durante a noite que pode chegar em casos excepcionais a 10ºC de diferença (Figura 50).

82

Figura 50: Temperaturas durante a noite em zonas urbanas e rurais (efeito de ilha de calor urbano)

A ideia de utilizar o calor absorvido pelos pavimentos expostos ao sol não é recente. No princípio da década de 1980 foi patenteado um processo de aquecimento de água das piscinas através de um sistema de tubagens que passava dentro de um pavimento exposto ao sol. Na década de 1990 diversos projectos-piloto foram desenvolvidos, nomeadamente, o projecto SERSO na Suiça e GAIA no Japão para evitar a formação de gelo em pavimentos (Pascual et al., 2008).

No início do século XXI foi desenvolvido na Holanda um sistema para utilizar a energia recolhida dos pavimentos na climatização de edifícios. Este foi designado por Road Energy System (RES). Este sistema é constituído por uma rede de tubagens embutida no pavimento (Figura 51). No Verão é bombada água de um aquífero para o pavimento onde é aquecida pela energia solar. A água quente é introduzida noutro ponto do aquífero onde é armazenada. A passagem da água pelo pavimento permite igualmente evitar que este atinja temperaturas muito elevadas que contribuem para o desenvolvimento de

83

algumas patologias. No Inverno o sistema funciona de modo contrário e a água mais aquecida do aquífero pode ser utilizada para a climatização de edifícios reduzindo a necessidade de utilização de combustíveis. Também pode ser utilizada para aquecer a estrada no Inverno, evitando a formação de gelo e melhorando as condições de circulação e segurança (Figura 52).

Figura 51: Rede de tubagens do Road Energy System no pavimento

Figura 52: Esquema de funcionamento do Road Energy System durante o Verão e o Inverno

84

Após ter sido aplicado em mais de uma dezena de projectos, essencialmente na Holanda, os investigadores indicam que um edifício de escritórios moderno com 10.000 m2 necessita de (Bondt e Jansen, 2006):

- Uma área de pavimento com este sistema de cerca de 4000m2;

- Uma capacidade de armazenamento nos aquíferos (quente e frio) que permita a circulação de 110 m3/hora de água;

- Uma potência instalada de bombagem de 340 kW;

Isto permitirá reduzir as emissões de CO2 e o consumo de combustíveis fósseis em cerca de 55%.

Em Inglaterra também se desenvolveu um sistema semelhante, o Interseasonal Heat Transfer. Os objectivos deste sistema também passam pela climatização de edifícios no Verão e Inverno e pela redução das amplitudes térmicas nos pavimentos. Uma das diferenças relativamente ao sistema Holandês reside no armazenamento do calor. Este é armazenado no solo, isto é, uma rede de tubagens faz circular a água aquecida que vem do pavimento no solo sob o edifício (Figura 53). Isto faz aumentar a temperatura de uma grande massa de solo (pode passar dos 10ºC para 25ºC). No Inverno este calor armazenado no solo pode depois ser utilizado na climatização dos edifícios.

85

Figura 53: Construção do sistema de aquecimento do solo para armazenamento de energia

Uma das questões que tem surgido diz respeito ao armazenamento de calor, tanto relativamente à quantidade a armazenar como ao tempo em que é necessário armazená-lo.

Alguns sistemas actualmente em estudo procuram associar os pavimentos permeáveis á captação de energia. Estes sistemas captam a energia aquecendo a água que passa por umas tubagens embutidas num pavimento permeável. Esta depois vai para uma camada granular onde é armazenada (Figura 54). Através da utilização de uma bomba de calor é assim possível utilizar essa energia para climatizar os edifícios no Verão e Inverno (Pascual et al., 2008). Para armazenar a água e o calor o fundo da camada granular é revestida com uma geomembrana e com poliestireno.

86

Figura 54: Funcionamento de um sistema com armazenamento do calor sob o pavimento durante o

Inverno

As vantagens da utilização dos sistemas que de captação de energia dos pavimentos são (Pascual et al., 2008):

- Diminuição do consumo de combustíveis fósseis e das emissões de gases na climatização de edifícios;

- Atenuação do efeito de ilha de calor urbano;

- Aumenta a durabilidade dos pavimentos ao diminuir as temperaturas máximas no Verão e mínimas no Inverno no pavimento (e evita a formação de gelo melhorando as condições de circulação em países mais frios);

As desvantagens são:

- Dificuldade em reparar patologias que possam aparecer nos pavimentos;

- Problemas nas tubagens devido à passagem de cargas sobre o pavimento.

87

8. BIBLIOGRAFIA

Bondt, A., Jansen, R. (2006) “Generation and Saving of Energy via Asphalt Pavement

Surfaces”, Ooms Nederland Holding bv. Acedido em 6 de Julho de 2010 em:

http://www.roadenergysystems.nl/.

Dierkes, C., Holte, A., Geiger, W.F. (1999). “Heavy metal retention within a porous

pavement structure”, 8th International Conference on Urban Storm Drainage, 30.8.-

3.9.1999, Proceedings IV: 1955-1962; Sydney

Freitas, E. (2008) “Contribuição da Superfície dos Pavimentos para a Produção de

Ruído”, Revista Engenharia Civil, Número 30, pp. 21-32

Freitas, E., Paulo, J., Bento Coelho, J. (2008) “Avaliação do Desempenho Acústico de

Pavimentos Rodoviários”, Acústica 2008, 20-22 de Outubro, Coimbra

Hanson, D., James, R. (2004). “Colorado DOT Tyre/Pavement Noise Study”, Report

No. CDOT-DTD-R-2004-5, Colorado Department of Transportation, Denver

Kirbas, U., Gursoy, M. (2010) “Developing the basics of pavement management system

in Besiktas district and evaluation of the selected sections”, Scientific Research and

Essays Vol. 5(8), pp. 806-812.

Miller, T., Bahia, H. (2009). “Sustainable Asphalt Pavements: Technologies,

Knowledge Gaps and Opportunities”, 2009 Modified Asphalt Research Center,

Madison

Nynas (2009). “Asfalto Templado, Semi-Templado e Frio: el Caso a Favor de la

Sostenibilidad”, Revista Performance, Nynas, Kent, Reino Unido

O’Sullivan, K (2009). “100 Percent Recycling – Sustainability in Pavement

Construction”, International Road Federation. Acedido em 17 de Maio de 2010 em:

http://www.irfnews.org/files/pdfs/100_Percent_Recycling_%E2%80%93_Sustainability

_in_Pavement_Construction.pdf

OHMPA (2004) “The ABCs of Pavement Preservation”, Ontario Hot Mix Producers

Association, Mississauga

Papaleo, S. (1998). “Airport Pavement Maintenance Management Systems – Summary

Report », Airport Planning Pty Ltd, Mascot

Pascual, P., Vega, A., Rodríguez Bayón, J., Rodríguez Hernández, J., Castro, D.,

Serrano, P., Cortés, C., García, C., Álvarez, S., Potti, J.J. (2008): "Pavimentos asfálticos

sostenibles(PAS)". VIII Congreso Nacional de Firmes. Valladolid, 21-23 de Octubre

88

Pennsylvania Department of Environmental Protection (2006) “Pennsylvania

Stormwater Best Management Practices Manual“, The Bureau of Watershed

Management, Pennsylvania Department of Environmental Protection, Harrisburg

Pereira, P., Pais, J., Freitas, E., Silva, H., Oliveira, J., (2007). “A reabilitação da rede

rodoviária no século XXI”, Revista Engenharia Civil, Universidade do Minho, n.º 27

pp. 19-36.

Pereira, P., Picado-Santos, L., Branco, F. (2006) “Pavimentos Rodoviários”, Edições

Almedina, Coimbra

Pereira, P., Miranda, V. (1999) “Gestão de Pavimentos Rodoviários”, Universidade do

Minho, Guimarães

Picado Santos, L., Ferreira, A., Pereira, P. (2006) “Estruturação de um sistema de gestão

de pavimentos para uma rede rodoviária de carácter nacional”, Revista Engenharia

Civil, Universidade do Minho, n.º 26 pp. 45-59.

Wikipedia (2010). Acedido em 18 de Maio de 2010 em:

http://pt.wikipedia.org/wiki/Sustentabilidade

Yue, H., Bird, R., Heidrich, O. (2007). “A review of the use of recycled solid waste

materials in asphalt pavements”, Resources, Conservation and Recycling, Volume 52,

Issue 1, Pages 58-73.