AS POTENCIALIDADES DOS PROCESSOS DE RECICLAGEM IN-SITU A QUENTE NA REABILITAÇÃO DE ALGUMAS PATOLOGIAS DOS PAVIMENTOS RODOVIÁRIOS

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1 AS POTENCIALIDADES DOS PROCESSOS DE RECICLAGEM IN-SITU A QUENTE NA REABILITAÇÃO DE ALGUMAS PATOLOGIAS DOS PAVIMENTOS RODOVIÁRIOS FERNANDO MARTINHO Engº civil, MSc, DIRECTOR TÉCNICO-COMERCIAL - JAOP, SA; LUÍS DE PICADO-SANTOS Engº civil, PhD, PROFESSOR ASSOCIADO COM AGREGAÇÃO DO DEC - FCT, UNIVERSIDADE DE COIMBRA. RESUMO Apresentam-se nesta comunicação os vários processos de reciclagem in-situ a quente [RISQ] e a forma como estes poderão resolver muitos dos problemas evidenciados em pavimentos que não apresentem cavados de rodeira de grande expressão, nem contaminações graves. Apesar de ainda não existir qualquer experiência no campo da [RISQ] em Portugal, as potencialidades de algumas das formas de a consumar conduzirão inevitavelmente a um crescendo no interesse por mais esta possibilidade de recuperação das camadas de pavimento, potenciando assim o início da sua utilização, especialmente nos casos que implicam menores investimentos em equipamentos. Alertam-se os decisores e intervenientes nas questões de conservação e reabilitação de pavimentos, para alguns dos benefícios que poderão advir da utilização destas alternativas não tradicionais. 1. PREÂMBULO Antecedentes e definição A tarefa de reabilitar e reforçar os pavimentos existentes, adaptando-os às condições de tráfego actuais, deve ser muito bem ponderada. Os materiais existentes que já perderam as suas características iniciais devido ao uso e ao envelhecimento podem ser reutilizados, quase na sua totalidade, acrescentando-se outros apenas com funções correctivas para melhoria das características dos existentes e das ligações entre os agregados novos e antigos [1]. A reciclagem dos pavimentos existentes consiste na sua reconstrução com o objectivo de transformar as estruturas envelhecidas, degradadas e normalmente heterogéneas, em 1/10

2 pavimentos mais homogéneos e regulares, mais resistentes e mais consentâneos com as exigências a que estão, ou irão estar, sujeitos. Ao longo dos tempos, têm sido desenvolvidos vários tipos de reciclagem, dependendo do local onde são executados, dos materiais existentes e dos usados para correcção, dos ligantes e das temperaturas de produção. Se for equacionado qualquer um dos tipos de reciclagem já experimentados ou disponíveis, o consumo de recursos e de energia que se verifica na produção de misturas betuminosas poderá ser muito reduzido, chegando a poupanças nas misturas novas da ordem dos 68 % [2] Objectivos De um modo geral, todos os processos de reciclagem passíveis de execução cumprem os seguintes objectivos fundamentais: transformam um pavimento degradado e heterogéneo numa estrutura mais resistente e homogénea; aumentam a capacidade de suporte do pavimento; não alteram em geral o perfil geométrico da via (mas podem corrigi-lo, se necessário), aumentam a durabilidade e o pavimento resultante terá menor susceptibilidade à água e maior resistência à erosão. Diminuem ainda 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; podem utilizar subprodutos ou resíduos doutros sectores, contribuindo assim para a minimização dos impactes negativos dessas indústrias e alguns reduzem o consumo de energia e as emissões de gases para a atmosfera. 2. A RECICLAGEM IN-SITU A QUENTE [RISQ] A multiplicidade de variáveis envolvidas no processo conduz a um largo espectro de combinações possíveis, pelo que algumas das alternativas mais complexas apesar de serem igualmente viáveis, não têm tido até à data aplicações práticas em Portugal. A reciclagem insitu a quente encontra-se exactamente neste tipo de situação, não se tendo detectado oportunidades significativas para a sua experimentação no nosso país, sendo assim necessário começar a criar condições que conduzam a um melhor conhecimento das várias formas de a consumar, especialmente as que não implicam avultados investimentos em equipamentos [3]. 3. PRINCIPAIS TIPOS E CARACTERISTICAS DE [RISQ] Este processo consiste na reabilitação do pavimento no próprio local, a uma determinada temperatura superior à do ambiente, desenvolvendo as seguintes tarefas principais: aquecimento e amolecimento, escarificação, mistura, espalhamento e compactação. Serão incluídos eventualmente novos agregados, um ligante, outros aditivos e/ou nova mistura. 2/10

3 3.1 - Tipos A temperatura a que é executada, o tipo de ligante e o próprio equipamento principal de reciclagem são específicos deste processo. Em relação ao ligante, geralmente é usado um rejuvenescedor, podendo também ser conjugado com a incorporação de misturas novas que conterão betume novo. Segundo uma classificação de origem norte-americana [4] é usual distinguirem-se três processos de execução de reciclagem a quente in situ: Aquecimento, escarificação e compactação ou reciclagem superficial (heater-scarification ou surface recycling) - tem constituído um processo muito comum desde a década de 60, sobretudo nos EUA e no Canadá. O pavimento é apenas aquecido e escarificado, o ligante é rejuvenescido e a camada final é reperfilada, nivelada e finalmente compactada, Figura 1. Figura 1 Reciclagem superficial do pavimento existente Remistura (remixing) pode ser usada quando for necessário alterar as propriedades da camada existente para resolver problemas específicos das misturas; quando se quiser aumentar a capacidade resistente do pavimento para permitir maior tráfego; ou quando seja necessário um reforço pouco espesso (menos de 2 cm). É um processo similar ao anterior, mas recorre 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, Figura 2. Figura 2 Remistura do pavimento existente 3/10

4 Termo-regeneração (repaving) é usada quando: a reciclagem superficial ou a remistura não permitem o reperfilamento ou a resistência necessária; quando o reperfilamento apenas com uma camada tradicional não é recomendável; quando for necessária apenas uma camada de desgaste fina (até 1,5 cm) para melhorar a superfície da camada de desgaste; ou ainda quando a capacidade resistente do pavimento obriga a um reforço com mistura até 5 cm. Segue o mesmo procedimento anterior, mas inclui a adição simultânea de uma nova camada de mistura asfáltica de pequena espessura sobre a superfície reciclada, Figura 3. Figura 3 Termo-regeneração com aplicação de nova camada de mistura betuminosa Equipamentos Quanto ao equipamento principal de reciclagem, existem actualmente muitos tipos de máquinas que poderão ser utilizadas. Os equipamentos mais usuais serão os seguintes: cisterna de rejuvenescedor/betume (para a central de mistura); pré-aquecedores (um ou dois) e cisterna de combustível (gás, diesel, ou outro); unidade de aquecimento, escarificação e injecção de rejuvenescedor (recicladora); aquecedor/misturador e eventualmente espalhadora de misturas betuminosas; camiões de transporte de misturas betuminosas; cilindro de pneus e cilindro de rolos. Existe já uma grande variedade de modelos de aquecedores e aquecedores/escarificadores/misturadores, disponibilizados actualmente pelos principais fabricantes de equipamentos para a execução deste tipo de reciclagem. Alguns baseiam-se em princípios de funcionamento relativamente simples (na Figura 4 apresenta-se um exemplo) e vários dos modelos até têm sido desenvolvidos pelas próprias empresas que se dedicam à implementação desta técnica, especialmente nos Estados Unidos da América. Figura 4 Exemplo de um equipamento simples para [RISQ] 4/10

5 A escolha do equipamento a utilizar em cada caso dependerá, entre outros factores, das disponibilidades existentes no mercado e da logística de transporte dos mesmos. Como curiosidade, constata-se que as marcas mais conhecidas são as seguintes: ARC (Asphalt Recycling Company); Martec; Marini; Patterson Industries; Paveover; Pyrotech Asphalt Equipment; Wirtgen (mod. Remixer HM 4500); etc Modos de execução Reciclagem superficial: consiste essencialmente na execução das seguintes tarefas: secagem e aquecimento da camada superficial do pavimento existente; escarificação do pavimento já amolecido ; adição do rejuvenescedor, se necessário; mistura do material solto; espalhamento da camada e compactação. Neste processo não há adição de nova mistura e a produção (estimada entre 2 a 15 m/minuto) dependerá dos seguintes factores: temperatura ambiente e condições do vento; características da camada a ser tratada; teor de humidade do pavimento existente; número e capacidade dos equipamentos de aquecimento do pavimento. Estes equipamentos são hoje em dia constituídos por emissores de radiações indirectas ou de raios infravermelhos (minimizando assim as emissões para a atmosfera e o dano no ligante existente) e são accionados por gás ou diesel. Para um aquecimento do pavimento mais efectivo é importante dispor de um número de aquecedores que, em função da velocidade de avanço definida, permita uma temperatura após mistura situada entre 110 e 150 ºC. O próprio equipamento que escarifica a camada, numa profundidade variável entre 2 a 4 cm, incorpora habitualmente, além do injector do rejuvenescedor, um aquecedor para manter a temperatura nos valores recomendados. Em vias de baixo tráfego poderá não ser necessário executar uma camada de desgaste sobre a reciclada, no entanto, será recomendável fazê-lo em todos os outros casos. Remistura: este processo pode ser executado de uma forma simples ou faseada. Na forma simples (processo desenvolvido nos anos 70 e 80 na Europa e no Japão), a camada existente é aquecida/amolecida e depois toda a espessura a tratar (variável entre 2,5 a 5 cm) é escarificada de uma só vez. No método faseado (desenvolvido mais tarde nos anos 80 e 90 na América do Norte), o pavimento existente é escarificado/amolecido num número de vezes correspondente ao número de camadas (variando entre duas a quatro). O material escarificado na primeira camada será colocado em cordão para permitir o aquecimento/amolecimento da segunda camada. A espessura total deste tratamento varia entre 4 e 7 cm. As tarefas a realizar neste processo são essencialmente as seguintes: secagem e aquecimento da camada superficial do pavimento existente; escarificação do pavimento já amolecido ; adição do rejuvenescedor e dos novos materiais; mistura perfeita do material formando uma mistura reciclada homogénea; espalhamento e regularização da camada com mesa vibratória e por fim é realizada a compactação. O rendimento ou avanço do equipamento varia com alguns factores, por exemplo, com o método usado, sendo apontados como limites do intervalo de variação, as 5/10

6 extensões de 2 e 10 m por minuto. A largura de tratamento varia geralmente entre 3,5 e 4,5 m. A temperatura da mistura, aquando da escarificação, deverá oscilar entre 120 e 150 ºC. A taxa de aplicação do rejuvenescedor varia entre 0 e 2 l/m 2 e a quantidade de mistura betuminosa nova será limitada a um máximo de 30 %, ou cerca de 55 Kg/m 2. A camada reciclada, após espalhamento, ainda apresentará temperaturas da ordem dos 110 a 130 ºC, pelo que a camada subjacente a esta sofrerá também um aquecimento por simpatia, que se estima chegue aos 50 a 80 º C, o qual é também favorecido pelo alcance dos aquecedores (que atingem facilmente 10 a 15 cm de profundidade). Esta realidade potencia uma ligação térmica entre as duas camadas que resulta num acréscimo de resistência face aos efeitos das condições ambientais e de tráfego. Nalguns pavimentos existentes (por exemplo, nos que contêm betumes modificados com polímeros ou com borracha), ou em zonas mais frias, que requeiram um aquecimento mais efectivo das camadas, poderão ocorrer algumas dificuldades, nomeadamente, pela afinidade que o ligante terá para com os rodados do equipamento de reciclagem e dos compactadores e originarão ainda a emissão de maior quantidade de gases para a atmosfera. Quanto a este último aspecto, os equipamentos mais modernos já dispõem actualmente de sistemas de controlo de emissões poluentes que cumprem a legislação mais exigente nesta matéria. Termo-regeneração: este processo também pode ser executado de uma forma simples ou faseada. Na forma simples (processo desenvolvido nos anos 50 e 60 na América do Norte), a camada existente é aquecida/amolecida, depois toda a espessura a tratar é escarificada de uma só vez e em seguida o último equipamento do conjunto espalha uma outra camada de mistura nova fabricada a quente. Por fim, as duas camadas são compactadas em simultâneo. No método faseado, o pavimento existente é escarificado/amolecido e regularizado com o mesmo equipamento. Em seguida, com recurso a uma pavimentadora separada do trem principal é espalhada uma nova camada de mistura, também fabricada a quente, após o que são compactadas as duas camadas de igual modo em simultâneo. A profundidade do tratamento do pavimento existente varia geralmente entre 2,5 e 5 cm. No total, incluindo a camada de mistura nova, é habitual tratarem-se cerca de 7,5 a 10 cm, sendo mais comum que a camada nova tenha também entre 2,5 e 5 cm. As tarefas a realizar neste processo são essencialmente as seguintes: secagem e aquecimento da camada superficial do pavimento existente; escarificação do pavimento já amolecido ; adição do rejuvenescedor e dos novos materiais; mistura perfeita do material formando uma mistura reciclada homogénea; espalhamento e regularização da camada com mesa vibratória; espalhamento da camada de mistura betuminosa nova e finalmente é realizada a compactação das duas camadas. Os rendimentos, os equipamentos e os procedimentos a seguir neste método, são idênticos aos indicados na reciclagem superficial e na remistura, diferindo apenas no acréscimo duma pavimentadora que será usada no espalhamento da camada final de mistura betuminosa. A sequência construtiva usual no processo mais completo é a referida na Figura 5. 6/10

7 Sentido do avanço Figura 5 Reciclagem in situ a quente com rejuvenescedor / betume Na Figura 6 é apresentada uma outra forma de proceder à reciclagem in situ a quente, que no entanto não tem sido muito utilizada devido a alguns inconvenientes na sua utilização, nomeadamente, a grande dimensão do conjunto principal [5]. Figura 6 Equipamento de reciclagem in situ a quente com betume 4. HORIZONTES DE PROJECTO Será conveniente que a avaliação económica do processo tenha também em conta o horizonte de projecto, o qual logicamente poderá variar conforme a sequência construtiva a utilizar. Como referência, citam-se os seguintes intervalos de tempo que são apontados nos EUA [4]: na reciclagem superficial sem tratamento subsequente: 2 a 4 anos; na reciclagem superficial com tratamento subsequente: 6 a 10 anos; na remistura: 7 a 14 anos; na remistura seguida de camada de mistura a quente: 7 a 15 anos e na termo-regeneração: 6 a 15 anos. Note-se que estes valores, como é natural, dependem muito das condições locais, do clima, do tráfego, dos meios usados e da qualidade dos materiais e da mão-de-obra utilizados. Por outro lado, quer o processo de reciclagem superficial, quer a remistura, não contribuem significativamente para a melhoria da rigidez da estrutura do pavimento [6]. 5. DIMENSIONAMENTO FÓRMULAS DE TRABALHO A escolha do método de dimensionamento e de obtenção das fórmulas de trabalho depende da confirmação da viabilidade da técnica a usar, a qual deve ser previamente validada, de modo a verificar se a origem das patologias não está relacionada com algum dos seguintes factores: aumento de tráfego superior ao previsto; qualidade deficiente dos materiais usados na construção; falhas na transposição da fórmula de trabalho inicial; propriedades das misturas 7/10

8 violando as tolerâncias permitidas, ou redução na espessura e na compactação. A formulação de uma mistura tradicional fabricada a quente inclui habitualmente o estudo de cinco variáveis (a granulometria e a natureza do agregado e o tipo, a origem e a quantidade do ligante), enquanto na reciclagem a quente serão acrescentadas outras quatro: o tipo, a origem e a quantidade do agente de reciclagem e a quantidade de agregado novo. Deste modo, o estudo desta mistura também será mais demorado e consequentemente mais dispendioso. Relativamente ao ligante a utilizar no rejuvenescimento do ligante existente, são várias as sugestões sobre a melhor técnica a seguir: usar apenas um rejuvenescedor (assume que este se mistura efectivamente com o ligante existente); usar preferencialmente um betume mole, com alta penetração (assume que o rejuvenescedor poderá não envolver todo o ligante antigo); usar o rejuvenescedor e o betume mole em conjunto com o agregado novo; ou usar de preferência as propriedades da mistura reciclada (tal como o módulo de deformabilidade, a estabilidade, etc.) para obter a fórmula de trabalho, em vez das propriedades do ligante (devido às incertezas no ajustamento das propriedades do ligante em laboratório e sua transposição para a mistura sujeita ao rejuvenescimento). O processo de obtenção da fórmula de trabalho, deverá comportar alguns, ou todos os seguintes passos intermédios: avaliação da mistura existente incluindo ligante, agregados e propriedades da mistura; verificação da necessidade de uso de rejuvenescedor do ligante existente; selecção do tipo e da quantidade de rejuvenescedor; determinação da necessidade, das quantidades e das características dos materiais novos (agregado, ligante, etc.); preparação de testemunhos do ligante e da mistura para ensaio em laboratório; avaliação dos resultados e apuramento da combinação óptima de materiais novos e rejuvenescedor. O betume mole é mais económico que os rejuvenescedores, mas poderá não ser tão eficaz e deverá ser adicionado previamente ao agregado novo, após o que será então aplicado na reciclagem. Os métodos tradicionais de formulação das misturas betuminosas, por exemplo, os métodos Marshall e Hveem, poderão, com as devidas adaptações mas com grandes restrições, ser utilizados para obter as fórmulas de trabalho para as misturas recicladas. Nos EUA e noutros países, é ainda usado o método de formulação do sistema Superpave produzido pelo programa SHRP, o qual consiste num processo de cálculo volumétrico recorrendo ao SGC - Superpave Gyratory Compactor (compactador giratório ou prensa de corte giratório) suportado por especificações de desempenho apertadas para os agregados e ligante. 6. A SELECÇÃO DO PROCESSO CONSTRUTIVO Em geral, a primeira escolha do processo de reciclagem in-situ a quente mais indicado para um determinado pavimento poderá ser feita com base no esquema preconizado pela ARRA, divulgado em [4] e apresentado no Quadro 1. 8/10

9 Quadro 1 Patologias e técnicas de reabilitação sugeridas pela ARRA [4] PATOLOGIAS TÉCNICAS DE REABILITAÇÃO: RECICLAGEM IN-SITU A QUENTE: Resistência, capacidade de carga Qualidade na circulação Depressões, assentamentos Bases Abatimentos Irregularidades Elevações As duas assoc. são possív. Rotura descontinuada Propag. de fiss. em juntas Propagação de fissuração Fendilhamento Não associado às cargas Fendas transversais Fendas longitudinais Placas Associado às cargas Deslizamento, f. parabólicas Fendas longit. nas bermas Fadiga (pele de crocodilo) Deformações Escorregamentos Ondulações Rodeiras Defeitos superficiais Desagregação Ninhos, covas ou buracos Exsudação, refluimento Falta de aderência Bermas baixas RECICL. SUPERFICIAL REMISTURA TERMO- REGENERAÇÃO LEGENDA: Maior adequação da técnica Conforme recentemente concluído, em dissertação sobre a selecção dos processos de reciclagem com recurso a métodos de apoio à decisão [7], poderá também apostar-se sem receios na [RISQ] em pavimentos com uma espessura de misturas betuminosas superior a 15 cm, sem grandes cavados de rodeira, com baixa deformabilidade e sem contaminações. Por outro lado, a análise económica prévia poderá basear-se na referência extraída de [8], apresentada no Quadro 2, no qual se apresenta a relação entre o custo de cada tipo de trabalho, tomando-se como base o processo mais económico (que se julga inferior a 2 /m 2 ). Quadro 2 Relação de preços nos vários tipos de [RISQ] TIPO DE RECICLAGEM ESP. MIST. NOVA "PREÇO " RECICL. SUPERFICIAL 2,5 cm - [1] 2,5 cm 2,5 cm [1] x 2,64 REMISTURA 2,5 cm % [1] x 2,29 5,0 cm % [1] x 2,71 TERMO-REGENERAÇÃO 2,5 cm 2,5 cm [1] x 2,92 7. CONCLUSÕES O conhecimento e a experiência já divulgados no domínio da reciclagem in-situ a quente permitem qualificar, em especial o processo de reciclagem superficial como um dos que apresenta maior potencial no tratamento das degradações manifestadas em camadas de 9/10

10 desgaste com patologias não associadas à falta de capacidade resistente do pavimento. O investimento em equipamentos neste caso, não é significativo e as vantagens são enormes. De entre os benefícios aparentes com este tipo de reabilitação, destacam-se os seguintes: a interrupção do trânsito acontece apenas uma vez e em pequenos intervalos de tempo (máximo 15 minutos), não é necessária central fixa de mistura, o consumo de ligantes é reduzido, não são necessárias regas de impregnação ou colagem, a emissão de Dióxido de Carbono é reduzido até 55 %, o consumo de agregados britados novos é quase anulado e deste modo o impacto da circulação de veículos pesados nas estradas circundantes é muito minimizado. As vantagens económicas e ambientais são, como se pode perceber, enormes. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS [1] Martinho, F. e Clérigo, V. - Reciclagem in-situ a Frio, 10º Congreso Ibero- Latinoamericano del Asfalto. AEC - Asociación Española de la Carretera. Vol. II, pp Sevilha (Espanha), (ISBN: ). [2] Hosokawa, H. et al - Hot In-Place Recycling of Porous Asphalt Concrete. Martec@ (2006). Canadá. (em Inglês). [3] Martinho, F. e Picado-Santos, L. - A Selecção do Processo Construtivo de Reciclagem de Pavimentos Rodoviários, 13º Congreso Ibero-Latinoamericano del Asfalto. LANAMME Laboratorio Nacional de Materiales y Modelos Estructurales. San José (Costa Rica), (ed. em CD). [4] ARRA - Asphalt Recycling and Reclaiming Association (& FHWA - Federal Highway Administration) - Basic Asphalt Recycling Manual. Maryland (Estados Unidos da América), (Pub.: NHI=1-022) (em Inglês). [5] EAPA - Directivas Ambientais Sobre as Melhores Técnicas Disponíveis (BAT) Para a Produção de Misturas Betuminosas. EAPA (APORBET). Breukelen - Holanda (e Portugal), (ISBN: ). [6] Chen, Dar-Hao e Bilyeu, J. - Assessment of a Hot-in-Place Recycling Process. Tamkang Journal of Science and Engineering, Vol. 4, No. 4, pp , (em Inglês). [7] Martinho, F. - Reciclagem de Pavimentos - Estado da Arte, Situação Portuguesa e Selecção do Processo Construtivo. Tese de Mestrado. Universidade de Coimbra. Coimbra (Portugal), (SIIB/UC: UCDEC B-36-6-MAR). [8] NHI - Hot In-Place Recycling. U. S. DOT - Federal Highway Administration. Arlington (EUA), ( - PTL03T07.ppt). (em Inglês). 10/10