RECICLAGEM A QUENTE DE MISTURAS BETUMINOSAS EM CENTRAL RELATÓRIO TÉCNICO

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1 Departamento de Engenharia Civil Universidade de Coimbra RECICLAGEM A QUENTE DE MISTURAS BETUMINOSAS EM CENTRAL RELATÓRIO TÉCNICO Outubro de 2004

2 Índice Página n.º 1 INTRODUÇÃO Enquadramento Estrutura do Relatório 1 2 ESTABELECIMENTO DA COMPOSIÇÃO DAS MISTURAS Generalidades Caracterização dos Materiais Disponíveis Granulometria do material fresado (com betume) Percentagem de betume do material fresado Agregado do material fresado Agregados Fórmulas de Trabalho Composição granulométrica do agregado de correcção Fórmulas de trabalho Alimentação do tambor secador Percentagem de betume a usar Fórmulas de trabalho Unidade de mistura 13 3 EXECUÇÃO DOS TRECHOS EXPERIMENTAIS Generalidades Características dos Trechos Experimentais Descrição da Central Fabrico das Misturas Considerações sobre o processo de fabrico Desempenho da Central Colocação em Obra 20

3 Página n.º 4. VERIFICAÇÃO DAS CARACTERÍSTICAS DAS MISTURAS Generalidades 4.2. Composição das Misturas Percentagem de betume 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 Análise dos Resultados AVALIAÇÃO ESTRUTURAL Generalidades 5.2. Análise dos Resultados dos Ensaios 5.3. Correcção do Módulo de Deformabilidade das Misturas AVALIAÇÃO DO COMPORTAMENTO À DEFORMAÇÃO PERMANENTE Generalidades Ensaios com Simulador de Tráfego Wheel Tracking Equipamento utilizado e condições de ensaio Caracterização dos provetes (lajetas) Resultados dos ensaios 43

4 Página n.º 6.3. Ensaios de Compressão Uniaxial de Cargas Repetidas Equipamento utilizado e condições de ensaio Caracterização dos provetes Resultados dos ensaios 6.4. Análise dos Resultados 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

5 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 A 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

6 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

7 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% Caracterização dos Materiais Disponíveis 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 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. Amostra Quadro Resultados da determinação da percentagem de betume pelo método de incineração Massa total da mistura M t (g) Massa de agregado não corrigida M a (g) Factor de correcção K Massa de betume corrigida M b (g) Percentagem de betume p b (%) MF ,1 2859,6 1, ,3 4,0 MF ,7 2849,8 1, ,8 4,2 MF ,6 2855,8 1, ,7 4,2 3

8 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% 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 No Quadro 2.2, além das granulometrias e da granulometria média (AGF), indicam-se os resultados de 2002 e 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 ABERTURA PERCENTAGEM ACUMULADA DO MATERIAL QUE PASSA (%) 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

9 100% 90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0% 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 100% 90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0% 0,01 0, Fresado Fresado sem betume Figura 2.2 Curva granulométrica média do material fresado (2004), antes e depois da extracção do betume 5

10 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 ABERTURA DOS PERCENTAGEM ACUMULADA DO MATERIAL QUE PASSA (%) 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 0,2 100% 90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0% 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

11 2.3. Fórmulas de Trabalho 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

12 50% 40% 30% 20% 10% Filer Pó 0/5 Brita 5/15 Brita 15/25 0% 0% 10% 20% 30% 40% Taxa de Reciclagem Figura 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. 100% 90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0% 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

13 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 % 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

14 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 (R fb ), 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, R fb =1,5 3,4 3,6 3,8 4,1 pb máxima, R fb =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 (t b ) deverá estar compreendido entre 4,0 e 4,8%, o que traduzido em percentagem de betume (p b = t b /(1+p b ), 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: p = K F b em que, p b 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/ρ a, sendo ρ a a massa volúmica da mistura de agregados, expressa em g/cm 3 ; 5 Se 10

15 Se Superfície específica, estimada pela seguinte expressão: Se = 0,01 (0,25 S 1 + 2,3 S S f 1 ) onde, S 1 proporção ponderal de elementos superiores a 6,3mm; S 2 - proporção ponderal de elementos compreendidos entre 0,315 e 6,3mm; S 3 - proporção ponderal de elementos compreendidos entre 0,075 e 0,315mm; f 1 - proporção ponderal de elementos inferiores a 0,075mm. Conhecida a massa volúmica dos agregados (2,63g/cm 3 para as duas britas, 2,68g/cm 3 para o pó e 2,65g/cm 3 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 determinouse 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% ρ a (g/cm 3 ) 2,652 2,650 2,649 2,647 F 0,999 1,000 1,000 1,001 S 1 47,2 47, ,3 S 2 42,5 41,3 40,3 39,3 S 3 5,2 5,7 6 6,3 f 1 5,1 5,4 5,7 6,1 Se 8,60 9,04 9,46 10,02 p b (%) 4,2 4,3 4,3 4,4 Por fim e atendendo aos limites determinados, que se resumem no Quadro 2.9, adoptaramse 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

16 - Para TR=20%: p b = - 4,1 0,20-0,8% p bc = 4,3 0,8 = 3,5%; - Para TR=30%: p b = - 4,1 0,30-1,2% p bc = 4,4 1,2 = 3,2%; - Para TR=40%: p b = - 4,1 0,40-1,6% p bc = 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 ii) Relação ponderal filer/betume (média, Rfb=1,3) iii) Limites da percentagem de betume para macadame betuminoso iv) Fórmula empírica com base na superfície específica - - 4,4 4,7 3,4 4,6 3,6 4,9 3,8 5,2 4,1 5,5 3,8 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 Percentagem de betume (ligante total e betume novo) a usar nos trechos experimentais TRECHO TAXA DE RECICLAGEM A TR = 0 % B TR = 20 % C TR = 30 % D TR = 40 % SUB-TRECHO Percentagem de ligante final (%) Percentagem de betume a adicionar - pb C (%) A-1 (-0,5%) 3,7 3,7 A-2 (central) 4,2 4,2 A-3 (+0,5%) 4,7 4,7 B-1 (-0,5%) 3,8 3,0 B-2 (central) 4,3 3,5 B-3 (+0,5%) 4,8 4,0 C-1 (-0,5%) 3,9 2,7 C-2 (central) 4,4 3,2 C-3 (+0,5%) 4,9 3,7 D-1 (-0,5%) 4,2 2,6 D-2 (central) 4,7 3,1 D-3 (+0,5%) 5,2 3,6 12

17 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 FRACÇÃO 0/ FRACÇÃO 6/ FRACÇÃO 10/ FRACÇÃO 15/ FRESADO BETUME 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 FRACÇÃO 0/ FRACÇÃO 6/ FRACÇÃO 10/ FRACÇÃO 15/ FRESADO BETUME

18 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 FRACÇÃO 0/ FRACÇÃO 6/ FRACÇÃO 10/ FRACÇÃO 15/ FRESADO BETUME 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 FRACÇÃO 0/ FRACÇÃO 6/ FRACÇÃO 10/ FRACÇÃO 15/ FRESADO BETUME 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

19 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 Características dos Trechos Experimentais Como se viu na secção anterior, foram definidos quatro trechos, cada qual com três subtrechos. 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 Sub-trecho A3 2 Sub-trecho A2 1 6 Sub-trecho B3 5 Sub-trecho B2 4 Sub-trecho A1 Sub-trecho B1 9 Sub-trecho C3 8 Sub-trecho C2 7 Sub-trecho C1 Sentido da execução n - Ordem da execução do sub-trecho Sentido da execução Sub-trecho D3 Sub-trecho D2 Sub-trecho D1 Figura 3.1 Representação esquemática da ordem de execução e da localização relativa dos trechos experimentais e dos respectivos sub-trechos 15

20 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

21 Figura 3.3 Rejeição de material fresado de maior dimensão antes da introdução na unidade de mistura 3.4. Fabrico das Misturas 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

22 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) Tempo de mistura (s) Massa da amassadura (kg) Massa de fresado (kg) 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 Componente Misturas do sub-trecho A1 Misturas do sub-trecho A2 Misturas do sub-trecho A3 Previsto Central Desvio Previsto Central Desvio Previsto Central Desvio Fracção 0/ ,1% ,8% ,1% Fracção 6/ ,4% ,3% ,2% Fracção 10/ ,5% ,7% ,3% Fracção 15/ ,9% ,8% ,7% Fresado Filer ,0% ,2% ,2% Betume ,2% ,2% ,2% 18

23 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 Componente Misturas do sub-trecho B1 Misturas do sub-trecho B2 Misturas do sub-trecho B3 Previsto Central Desvio Previsto Central Desvio Previsto Central Desvio Fracção 0/ ,2% ,1% ,0% Fracção 6/ ,7% ,5% ,1% Fracção 10/ ,7% ,3% ,2% Fracção 15/ ,8% ,7% ,1% Fresado ,8% ,9% ,5% Filer ,4% ,4% ,3% Betume ,2% ,2% ,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 Componente Misturas do sub-trecho C1 Misturas do sub-trecho C2 Misturas do sub-trecho C3 Previsto Central Desvio Previsto Central Desvio Previsto Central Desvio Fracção 0/ ,8% ,1% ,2% Fracção 6/ ,1% ,4% ,3% Fracção 10/ ,3% ,6% ,5% Fracção 15/ ,6% ,1% ,2% Fresado ,9% ,3% ,6% Filer ,3% ,3% ,7% Betume ,2% ,3% ,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 Componente Misturas do sub-trecho D1 Misturas do sub-trecho D2 Misturas do sub-trecho D3 Previsto Central Desvio Previsto Central Desvio Previsto Central Desvio Fracção 0/ ,0% ,3% ,8% Fracção 6/ ,2% ,1% ,0% Fracção 10/ ,4% ,5% ,1% Fracção 15/ ,9% ,0% ,9% Fresado ,9% ,3% ,3% Filer ,6% ,7% ,7% Betume ,2% ,2% ,2% 19

24 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. Capacidade 100% 80% 60% 40% 20% 100% 88% 62% 51% 0% A B C D Trecho 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

25 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 Temperatura (ºC) Temperatura Mistura, Trechos Temperatura Mistura, Central Temperatura do Betume 0 A1 A2 A3 B1 B2 B3 C1 C2 C3 D1 D2 D3 Sub-trechos Temperatura dos Agregados Figura 3.5 Temperatura dos agregados, do betume e das misturas, nos diferentes sub-trechos 21

26 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 C B A Compactação Aspecto dos trechos A, B e 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

27 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 Composição das Misturas 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

28 abaixo do considerado; por último, apenas foi possível realizar uma incineração por subtrecho, o que poderá ser pouco representativo. Mesmo assim, tomaram-se como referência as percentagens de betume obtidas por incineração 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, mostrase na Figura 4.1 a granulometria prevista e a observada no caso do trecho C. 100% 90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0% 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

29 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 mm 3, 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 subtrecho C1, a que foi atribuído o número 1; PAV300-D26 Lajeta de dimensões mm 3, com origem na laje n.º 6 de 400mm 400mm, extraída do pavimento no sub-trecho D2; PAV400-A254 Viga de dimensões mm 3, proveniente da laje n.º 5 de 400mm 400mm, extraída do pavimento no sub-trecho A2 e a que foi atribuído o n.º 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

30 Figura 4.2 Aspecto dos quatro tarolos extraídos do pavimento no sub-trecho B2. Quadro 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, 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

31 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

32 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 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/cm 3 ) 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

33 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 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 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

34 Quadro 4.5 Baridade máxima teórica (g/cm 3 ) das misturas betuminosas dos provetes PAV100 e LAB100, nos doze sub-trechos 1 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, 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 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

35 Quadro 4.6 Resumo das características das misturas LAB100 e dos resultados do ensaio Marshall pb (%) Baridade (g/cm 3 ) Porosidade (%) TVB (%) VMA (%) Sb (%) Frotura (N) Deformação (mm) A1 3,6 2,309 7,8 8,0 15,8 50, ,0 A2 4,1 2,343 6,0 9,2 15,3 60, ,3 A3 4,6 2,335 6,1 10,3 16,5 62, ,4 B1 3,8 2,350 6,5 8,6 15,1 56, ,9 B2 4,4 2,367 5,0 10,0 15,0 66, ,3 B3 4,7 2,355 4,8 10,6 15,4 69, ,5 C1 4,1 2,333 7,2 9,2 16,4 56, ,2 C2 4,6 2,353 5,8 10,4 16,2 64, ,3 C3 5,0 2,369 4,7 11,4 16,1 70, ,6 D1 4,3 2,369 4,5 9,8 14,3 68, ,0 D2 4,7 2,366 4,2 10,7 14,9 71, ,8 D3 5,1 2,385 3,1 11,7 14,8 79, ,0 Subtrecho Subtrecho Quadro 4.7 Resumo das características das misturas PAV100 e dos resultados do ensaio Marshall pb (%) Baridade 2 (g/cm 3 ) Porosidade (%) TVB (%) VMA (%) Sb (%) Frotura (N) Deformação (mm) A1 3,6 2,351 6,1 8,1 14,2 57, ,5 A2 4,1 2,384 4,5 9,4 13,9 67, ,8 A3 4,6 2,419 3,0 10,7 13,7 78, ,3 B1 3,8 2,378 5,5 8,7 14,2 61, ,5 B2 4,4 2,411 3,3 10,2 13,5 75, ,3 B3 4,7 2,419 2,3 10,9 13,2 82, ,2 C1 4,1 2,374 5,3 9,4 14,6 64, ,4 C2 4,6 2,424 2,8 10,7 13,6 79, ,6 C3 5,0 2,453 1,3 11,8 13,1 89, ,7 D1 4,3 2,419 2,9 10,0 12,9 77, ,4 D2 4,7 2,392 3,5 10,8 14,3 75, ,4 D3 5,1 2,451 0,7 12,0 12,7 94, ,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

36 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 subtrechos, 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

37 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 (f 0 ) e em pontos afastados, em mm, de: 300 (f 1 ), 450 (f 2 ), 600 (f 3 ), 900 (f 4 ), 1200 (f 5 ), 1500 (f 6 ), 1800 (f 7 ) e 2100 (f 8 ). Na Figura 5.1 apresenta-se o Deflectómetro de Impacto usado nos ensaios. Figura 5.1 Aspecto do deflectómetro de impacto 33

38 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. Camada Betuminosa Sub-base h (0,085 a 0,100 m) 0,25 m Solo de Fundação 2,00 m h = 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 34

39 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 B Objectivo (3.ª Queda) 1.ª Tentativa 2.ª Tentativa Figura 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

40 Subtrecho Quadro 5.2 Geometria e módulo de deformabilidade das camadas, nos diferentes sub-trechos 1 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, A2 98,3 116,8 2,00 0,25 0, A3 99,6 118,3 2,00 0,25 0, B1 97,3 116,1 2,00 0,25 0, B2 98,8 117,6 2,00 0,25 0, B3 98,7 117,8 2,00 0,25 0, C1 99,0 118,4 2,00 0,25 0, C2 98,1 117,3 2,00 0,25 0, C3 97,9 116,6 2,00 0,25 0, D1 99,2 118,5 2,00 0,25 0, D2 98,3 117,6 2,00 0,25 0, D3 98,4 117,1 2,00 0,25 0, 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: E = E K T em que, E T Módulo de deformabilidade da mistura betuminosa à temperatura T; E TE Módulo de deformabilidade da mistura betuminosa à temperatura de ensaio; K T coeficiente de correcção do módulo à temperatura TE para a temperatura T. TE 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

41 Os coeficientes de correcção (K 20, K 25 e K 30 ) 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(pen) = R log(pen1) + (1 R) log(pen2) 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, mm) e a penetração de mm 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.) ,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 pen r 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

42 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 E 13 (MPa) E 20 (MPa) E 25 (MPa) E 30 (MPa) 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 K 20 (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 K 20 (Adopt.) 0,67 0,70 0,70 0,72 K 25 (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 K 25 (Adopt.) 0,45 0,47 0,47 0,49 K 30 (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 K 30 (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 E 13 (MPa) E 20 (MPa) E 25 (MPa) E 30 (MPa)

43 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 Módulo de Deformabilidade (MPa) A1 A2 A3 B1 B2 B3 C1 C2 C3 D1 D2 D3 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

44 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 Ensaios com Simulador de Tráfego - Wheel tracking 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 h mm 3, com (h 80 mm), tal como é preconizado na pren , 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

45 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 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 mm 3, 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

46 Designação da Lajeta Quadro 6.1 Características das lajetas mm 3 ensaiadas no simulador de tráfego Espessura (mm) Percent. Bet. (%) Baridade (g/cm 3 ) Barid. Max. Teórica (g/cm 3 ) Porosidade (%) PAV300-A ,6 2,348 2,504 6,2 8,1 14,4 PAV300-A ,6 2,339 2,504 6,6 8,1 14,7 PAV300-A ,6 2,364 2,504 5,6 8,2 13,8 PAV300-A ,1 2,364 2,497 5,3 9,3 14,6 PAV300-A ,1 2,398 2,497 4,0 9,5 13,4 PAV300-A ,1 2,402 2,497 3,8 9,5 13,3 PAV300-A ,6 2,390 2,493 4,1 10,6 14,7 PAV300-A ,6 2,396 2,493 3,9 10,7 14,6 PAV300-A ,6 2,399 2,493 3,8 10,7 14,5 PAV300-B ,8 2,403 2,516 4,5 8,8 13,3 PAV300-B ,8 2,382 2,516 5,3 8,7 14,0 PAV300-B ,8 2,384 2,516 5,2 8,7 14,0 PAV300-B ,4 2,392 2,494 4,1 10,1 14,2 PAV300-B ,4 2,406 2,494 3,5 10,2 13,7 PAV300-B ,4 2,392 2,494 4,1 10,1 14,2 PAV300-B ,7 2,424 2,475 2,1 11,0 13,0 PAV300-B ,7 2,422 2,475 2,1 10,9 13,1 PAV300-B ,7 2,421 2,475 2,2 10,9 13,1 PAV300-C ,1 2,386 2,506 4,8 9,4 14,2 PAV300-C ,1 2,385 2,506 4,8 9,4 14,2 PAV300-C ,1 2,353 2,506 6,1 9,3 15,4 PAV300-C ,6 2,424 2,495 2,8 10,7 13,6 PAV300-C ,6 2,355 2,495 5,6 10,4 16,0 PAV300-C ,6 2,416 2,495 3,2 10,7 13,9 PAV300-C ,0 2,457 2,486 1,2 11,8 13,0 PAV300-C ,0 2,456 2,486 1,2 11,8 13,0 PAV300-C ,0 2,456 2,486 1,2 11,8 13,0 PAV300-D ,3 2,419 2,490 2,9 10,0 12,9 PAV300-D ,3 2,435 2,490 2,2 10,1 12,3 PAV300-D ,3 2,434 2,490 2,2 10,1 12,3 PAV300-D ,7 2,376 2,478 4,1 10,7 14,9 PAV300-D ,7 2,387 2,478 3,7 10,8 14,5 PAV300-D ,7 2,438 2,478 1,6 11,0 12,6 PAV300-D ,1 2,453 2,467 0,6 12,0 12,6 PAV300-D ,1 2,453 2,467 0,6 12,0 12,6 PAV300-D ,1 2,453 2,467 0,6 12,0 12,6 TVB (%) VMA (%) 42

47 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 (V def -30/45). No Quadro 6.2 indicam-se, para os doze sub-trechos, a deformação permanente e a velocidade de deformação. 5,0 Deformação (mm) 4,0 3,0 2,0 1,0 0, Tempo (min) 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 5,0 Deformação (mm) 4,0 3,0 2,0 1,0 0, Tempo (min) 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

48 5,0 Deformação (mm) 4,0 3,0 2,0 1,0 0, Tempo (min) 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 5,0 Deformação (mm) 4,0 3,0 2,0 1,0 0, Tempo (min) D1 D2 D3 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 (V def -30/45) Trecho A B C D Sub-trecho Deformação permanente (mm) V def -30/45 (10-3 mm/minuto) A1 2,57 55,5 A2 2,50 61,2 A3 3,64 75,2 B1 1,00 14,7 B2 1,51 21,0 B3 1,31 13,4 C1 0,76 12,7 C2 1,08 14,4 C3 1,46 11,4 D1 0,97 11,8 D2 1,48 19,6 D3 4,77 23,0 44

49 6.3. Ensaios de compressão uniaxial de cargas repetidas 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 , 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). Carga (kn) 1,4 1,2 0,64 0,62 1,0 0,60 0,8 0,58 0,6 0,56 0,4 0,54 0,2 0,52 0,0 0, Deslocamento (mm) Carga (kn) Deslocamento (mm) Tempo (s) Figura 6.8 Exemplo de forma da onda sinusoidal de carregamento adoptada e da evolução do deslocamento 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

50 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/cm 3 ) Barid. Max. Teórica (g/cm 3 ) Porosidade (%) TVB (%) VMA (%) PAV150-A ,6 2,389 2,504 4,6 8,3 12,9 PAV150-A ,6 2,362 2,504 5,7 8,2 13,8 PAV150-A ,1 2,395 2,497 4,1 9,4 13,5 PAV150-A ,1 2,420 2,497 3,1 9,5 12,6 PAV150-A ,6 2,390 2,493 4,1 10,6 14,7 PAV150-A ,6 2,426 2,493 2,7 10,7 13,4 PAV150-B ,8 2,384 2,516 5,2 8,7 14,0 PAV150-B ,8 2,385 2,516 5,2 8,7 13,9 PAV150-B ,4 2,406 2,494 3,5 10,2 13,7 PAV150-B ,4 2,402 2,494 3,7 10,2 13,9 PAV150-B ,7 2,435 2,475 1,6 11,0 12,6 PAV150-B ,7 2,425 2,475 2,0 11,0 13,0 PAV150-C ,1 2,353 2,506 6,1 9,3 15,4 PAV150-C ,1 2,340 2,506 6,6 9,2 15,8 PAV150-C ,6 2,383 2,495 4,5 10,5 15,0 PAV150-C ,6 2,350 2,495 5,8 10,4 16,2 PAV150-C ,0 2,452 2,486 1,4 11,8 13,2 PAV150-C ,0 2,453 2,486 1,3 11,8 13,1 PAV150-D ,3 2,437 2,490 2,1 10,1 12,2 PAV150-D ,3 2,447 2,490 1,7 10,1 11,8 PAV150-D ,7 2,399 2,478 3,2 10,8 14,0 PAV150-D ,7 2,428 2,478 2,0 11,0 13,0 PAV150-D ,1 2,442 2,467 1,0 12,0 13,0 PAV150-D ,1 2,443 2,467 1,0 12,0 13,0 46