2. Reciclagem de Pavimentos (e Estabilização de Solos)

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1 REABILITAÇÃO DE INFRA-ESTRUTURAS RODOVIÁRIAS Casos de Obra Pedro Seixas Instituto Superior Técnico 05 Junho 2008 TEMAS A ABORDAR 1. Microaglomerado Betuminoso a frio Projectamos o melhor, esperamos o pior e aceitamos de ânimo igual o que Deus quiser. 2. Reciclagem de Pavimentos (e Estabilização de Solos)

2 SUMÁRIO 1º Tema: Microaglomerado Betuminoso a frio Definição; Evolução Histórica; Equipamento e Materiais Utilizados; Controlo Projectamos Qualidade; o melhor, esperamos o pior e aceitamos de ânimo igual Análise Técnica / Aplicabilidade; o que Deus quiser. 2º Tema: Reciclagem (e Estabilização do Solos) Princípios da Técnica; Descrição do Processo; Equipamento Utilizado; Vantagens; Experiência de Obras Executadas. Reciclagem in situ com Espuma de Betume Caso de Obra SUMÁRIO 1º Tema: Microaglomerado Betuminoso a frio Definição; Evolução Histórica; Equipamento e Materiais Utilizados; Controlo Projectamos Qualidade; o melhor, esperamos o pior e aceitamos de ânimo igual Análise Técnica / Aplicabilidade; o que Deus quiser. 2º Tema: Reciclagem (e Estabilização do Solos) Princípios da Técnica; Descrição do Processo; Equipamento Utilizado; Vantagens; Experiência de Obras Executadas. Reciclagem in situ com Espuma de Betume Caso de Obra

3 MICROAGLOMERADO BETUMINOSO A FRIO Breve descrição Definição: Microaglomerado betuminoso a frio é uma mistura betuminosa densa, rugosa e impermeável, composta por uma emulsão estável, inerte fino bem graduado, filler, aditivos e água nas proporções certas com uma consistência adequada para uma extensão em camada contínua. MICROAGLOMERADO BETUMINOSO A FRIO Evolução Histórica Anos 20 Nascimento: final dos anos 20, em França, Espanha e Alemanha, onde se procurava encontrar emulsões muito estáveis de forma a permitir a rotura com inertes finos. Objectivo: conseguir uma leitada betuminosa que permitisse a execução de trabalhos de selagem e impermeabilização do pavimento. 1º Desenvolvimento desta tecnologia: Espalhamento contínuo da mistura, utilizando para o efeito camiões betoneira que vertiam o material para o pavimento sendo depois espalhado com a utilização de vassouras.

4 MICROAGLOMERADO BETUMINOSO A FRIO Evolução Histórica Anos 20 MICROAGLOMERADO BETUMINOSO A FRIO Evolução Histórica Anos 60 até hoje Anos 60: desenvolveram-se equipamentos automatizados, que permitem dosificar todos os componentes da mistura, fabricar e aplicar. Na actualidade, com o domínio do equipamento de fabrico e espalhamento dos microaglomerados, bem como das emulsões utilizadas e o encurtamento do tempo de rotura, o microaglomerado torna-se num produto absolutamente normalizado, controlado em laboratório, pelo que a sua utilização se estende desde: Caminhos de reduzido tráfego; Arruamentos urbanos. Vias rápidas tais como IP s e IC s; Auto-estradas; Pistas de aeroportos.

5 MICROAGLOMERADO BETUMINOSO A FRIO Equipamento MICROAGLOMERADO BETUMINOSO A FRIO Equipamento (Pormenores) Misturadora Comandos de Doseamento Régua de Espalhamento

6 MICROAGLOMERADO BETUMINOSO A FRIO Materiais Agregados (0/5mm a 0/8mm) 78% Emulsão betuminosa (Aniónicas ou Catiónicas) 11% Filler (cimento ou cal hidratada) 0,5 % Aditivos (controlam a rotura da emulsão) 0,8% Água (A necessária para conferir trabalhabilidade) -aprox 10% Inicialmente usavam-se emulsões de rotura lenta Probigalp desenvolveu a ECPS emulsão de rotura controlada Resultado: Para diferentes condições metereológicas, obtêm-se tempos de rotura iguais. Deste modo, o desenvolvimento da obra e a abertura ao tráfego não estão dependentes das condições climatéricas. MICROAGLOMERADO BETUMINOSO A FRIO Materiais Actualmente utilizam-se emulsões modificadas, (através da adição de polímeros), melhorando as suas características: Menor susceptibilidade térmica Aumento da viscosidade Aumento da coesão Aumento da elasticidade Aumento da resistência ao envelhecimento Com a utilização deste ligante melhorado, obtém-se um microaglomerado com: Menores perdas por abrasão (desgaste) Maior resistência aos agentes climatéricos Melhor adesividade Maior durabilidade

7 MICROAGLOMERADO BETUMINOSO A FRIO Controlo de Qualidade Estudo de formulação / Controlo da Mistura: Ensaio do Cone de Consistência Ensaio de desgaste por abrasão em via húmida Ensaio de Torção MICROAGLOMERADO BETUMINOSO A FRIO Análise Técnica

8 MICROAGLOMERADO BETUMINOSO A FRIO Análise Técnica Alguns problemas que podem surgir durante o fabrico e aplicação: Problemas devido à qualidade dos materiais Problemas devido à fórmula de trabalho Problemas devido ao fabrico e aplicação Problemas devido ao estado do pavimento Problemas devido à climatologia no local da obra. MICROAGLOMERADO BETUMINOSO A FRIO Problemas: Qualidade dos Materiais Agregados com material fino segregado; Agregados com material fino argiloso;

9 MICROAGLOMERADO BETUMINOSO A FRIO Problemas: Qualidade dos Materiais Excesso de finos; MICROAGLOMERADO BETUMINOSO A FRIO Problemas: Qualidade dos Materiais Falta de finos;

10 MICROAGLOMERADO BETUMINOSO A FRIO Problemas: Qualidade dos Materiais Contaminação dos agregados com partículas mais grossas. MICROAGLOMERADO BETUMINOSO A FRIO Problemas: Fórmula de Trabalho Fabrico e Aplicação Defeito ou Excesso de Emulsão.

11 MICROAGLOMERADO BETUMINOSO A FRIO Problemas: Fórmula de Trabalho Fabrico e Aplicação Excesso de Aditivo. MICROAGLOMERADO BETUMINOSO A FRIO Problemas: Estado do Pavimento Pavimentos de Estrutura Superficial Aberta Pavimentos com abatimentos e rodeiras Pavimentos com falta de limpeza Pavimentos com agregado solto Pavimentos com excesso de ligante à superfície.

12 Colaborar na protecção do meio ambiente Futuro: Desenvolvimento Sustentável Protocolo de Quioto (redução das emissões em 8% abaixo do volume de emissões em 1990) Cenário actual: Portugal terá que pagar cotas de emissão Cada instalação: 40 /ton CO2 (2005/2007) e 100 /ton CO2 (2008/2012) Camadas de Desgaste de Pavimentos rodoviários terão que passar por tecnologias eco-eficazes, nomeadamente: Térmico: Misturas Betuminosa a Frio (Ex: Microaglomerados); MICROAGLOMERADO BETUMINOSO A FRIO Análise Tecnico-Ambiental Análise da Eco-Eficácia (K.Takamura ISSA 2001) Comparação do Microaglomerado Betuminoso a Frio com: Misturas Betuminosas Abertas a Frio (MAF); Misturas Betuminosas Descontínuas a Quente (Descontínuas) ; Misturas Betuminosas Drenantes (Drenante); Misturas Betuminosas Convencionais (MBC). Esta análise meio-ambiental encontra-se baseada no estudo de cinco factores: Consumo de matérias-primas; Consumo de energia; Emissões para a atmosfera; Efeitos sobre a saúde; Risco de acidente ou uso indevido.

13 MICROAGLOMERADO BETUMINOSO A FRIO Análise Tecnico-Ambiental A tecnologia que possui a pegada meio-ambiental de menor superfície e a mais regular é a melhor sob o ponto de vista ecológico e ambiental. Microaglomerado Betuminoso a Frio MICROAGLOMERADO BETUMINOSO A FRIO Análise Tecnico-Económica Por outro lado foram realizados estudos por forma a determinar os valores dos custos/durabilidade de cada uma das tecnologias. Foram adoptados custos médios por metro quadrado e a durabilidade de cada uma, tendo presente que em função da região ambos podem variar, razão pela qual foram adoptados valores médios para Portugal.

14 MICROAGLOMERADO BETUMINOSO A FRIO Eficácia Económico-Ambiental A partir das duas abordagens anteriores, determinou-se a eficácia Económico-Ambiental MICROAGLOMERADO BETUMINOSO A FRIO Conclusão Se forem cumpridas as seguintes condições: Uma correcta execução de uma camada de Microaglomerado Betuminoso a Frio Condições apropriadas da via a pavimentar para recurso a esta tecnologia Excelentes Características Técnicas Excelentes Características Económicas Excelentes Características Ambientais O MICROAGLOMERADO BETUMINOSO A FRIO É A TÉCNICA POR EXCELÊNCIA DE REABILITAÇÃO DE PAVIMENTOS RODOVIÁRIOS

15 PRINCÍPIOS DA TÉCNICA ESTABILIZAÇÃO DE SOLOS Vias de aplicação: Seca Húmida PRINCÍPIOS DA TÉCNICA ESTABILIZAÇÃO DE SOLOS Pormenor da mistura por via seca: Tradicional Moderno

16 PRINCÍPIOS DA TÉCNICA RECICLAGEM EM CENTRAL - Fresagem e transporte do material; - Incorporação do material fresado (<50%) - Transporte e espalhamento como MBQ convencional PRINCÍPIOS DA TÉCNICA RECICLAGEM A quente - equipamento muito complexo - limitada a 6 cm de espessura IN SITU A frio -com cimento - com espuma de betume -com emulsão

17 DESCRIÇÃO DO PROCESSO EQUIPAMENTO UTILIZADO Tambor de fresagem equipado com 216 picas Profundidade máxima: 50 cm

18 EQUIPAMENTO UTILIZADO MISTURADOR DE CALDA DE CIMENTO WM 1000 Silo de 25 m l água Motor Sistema de fabrico Computador para o controlo da dosagem EQUIPAMENTO UTILIZADO MISTURADORA WM 1000 RAMPAS DE INJECÇÃO WR 2500 Báscula misturador rampas Bombas Saída da mistura Sensor do nivel da mistura Alimentação bombas dosificadoras

19 EQUIPAMENTO UTILIZADO VIA SECA DOSIFICADORES DE CIMENTO/CAL EQUIPAMENTO COMPLEMENTAR UTILIZADO COMPACTADOR VIBRATÓRIO DE T MOTONIVELADORA CUBA DE ÁGUA (em função da obra) CUBA DE CIMENTO (em função da obra)

20 EQUIPAMENTO UTILIZADO RECICLADORA-FRESADORA W2100DCR Tambor de fresagem equipado com 166 picas Profundidade máxima: 30 cm EQUIPAMENTO UTILIZADO RECICLADORA-FRESADORA W2100DCR Caudalímetro Bomba dosificadora

21 EQUIPAMENTO COMPLEMENTAR UTILIZADO CILINDRO COMPACTADOR VIBRATÓRIO LISO DE 15 T CILINDRO COMPACTADOR DE PNEUS DE 35 T CUBA DE ÁGUA VARREDORA EQUIPAMENTO UTILIZADO TREM DE RECICLAGEM COM CIMENTO

22 EQUIPAMENTO UTILIZADO TREM DE RECICLAGEM COM EMULSÃO EQUIPAMENTO UTILIZADO TREM DE RECICLAGEM COM ESPUMA DE BETUME

23 VANTAGENS GENÉRICAS: - ECONÓMICAS: transporte e equipamentos móveis - ENERGÉTICAS: menor consumo de energia - AMBIENTAIS: extracção e vazadouros - OPERATIVAS: menor influência no tráfego - TÉCNICAS: - evita-se elevar a rasante - pode-se tratar uma só via - a capa seguinte à reciclada apoia-se sobre una base estável EXPERIÊNCIA DE OBRAS EXECUTADAS A quente A 4

24 EXPERIÊNCIA DE OBRAS EXECUTADAS A quente A 4 Reabilitação de bermas EXPERIÊNCIA DE OBRAS EXECUTADAS A quente A-375 WR 2500

25 EXPERIÊNCIA DE OBRAS EXECUTADAS A quente ESCUCHA-PALOMARES EXPERIÊNCIA DE OBRAS EXECUTADAS A quente ESCUCHA-PALOMARES

26 EXPERIÊNCIA DE OBRAS EXECUTADAS ESCUCHA-PALOMARES A quente EXPERIÊNCIA DE OBRAS EXECUTADAS A quente A-222

27 EXPERIÊNCIA DE OBRAS EXECUTADAS A quente A-222 EXPERIÊNCIA DE OBRAS EXECUTADAS A quente IP-4

28 EXPERIÊNCIA DE OBRAS EXECUTADAS A quente IP-4 EXPERIÊNCIA DE OBRAS EXECUTADAS A quente TE-V-1331

29 EXPERIÊNCIA DE OBRAS EXECUTADAS A quente TE-V-1331 EXPERIÊNCIA DE OBRAS EXECUTADAS A quente TE-V-1331

30 EXPERIÊNCIA DE OBRAS EXECUTADAS A quente N-630 EXPERIÊNCIA DE OBRAS EXECUTADAS A quente A10

31 EXPERIÊNCIA DE OBRAS EXECUTADAS A quente PERU RECICLAGEM DE PAVIMENTOS COM ESPUMA DE BETUME Uma experiência a grande altitude na Cordilheira dos Andes, Peru. Pedro Seixas

32 BREVE RESENHA HISTÓRICA INTRODUÇÃO - A ESPUMA DE BETUME não resulta de uma descoberta científica (forte probabilidade). - Betume quente + água = espuma c/ aumento de volume. - Utilização de agentes anti-espumantes para prevenir este fenómeno. BREVE RESENHA HISTÓRICA FACTOS -Tecnologia com 40 anos. -Massificação do uso a partir da década de Patente da MOBIL Austrália expirou em Invenção de 1956 (Universidade Iowa (U.I. EUA)) - Prof. Ladis H. Csanyi (Estação Exp. Eng. Da U.I.) - Observação da possibilidade de utilização de espuma de betume na estabilização de solos. - Espumar betume reduz viscosidade e aumenta propriedades aderentes.

33 BREVE RESENHA HISTÓRICA FACTOS - 1º ESTUDO, NA PRÁTICA: 1957, NUM CAMINHO DE IOWA. - Outras aplicações: projectos no Arizona, 1960, Nipawin (Canadá), PROCEDIMENTOS (PROJECTO ORIGINAL): - Injecção de vapor a alta pressão (temperatura e pressão controladas), sobre betume aquecido. - Pouco prático: requisição de equipamento especial e de caldeira. BREVE RESENHA HISTÓRICA FACTOS - PROCEDIMENTOS (ALTERAÇÃO AO PROJ. ORIGINAL 1968): - Agregação de água fria, em substituição do vapor. - Corrente de asfalto quente, em baixa pressão. - Formação de espuma em câmara de expansão, seguida de dispersão. - Vantagens: processo mais prático e económico.

34 A OBRA REABILITAÇÃO DE 60 KM DA ESTRADA CONOCOCHA/ YANACANCHA Cordilheira dos Andes Técnica aplicada pela 1ª vez a grande altitude: metros Sinergias com o Grupo Mota-Engil: Translei Mota-Engil, Pavimentações: Wirtgen WR Know-how Tempo de execução: 3 meses O PRINCÍPIO

35 CONOCOCHA/YANACANCHA Cordilheira dos Andes O PRINCÍPIO RECICLAGEM COM ESPUMA DE BETUME - Processo de reabilitação de pavimentos que envolve a mistura de Espuma de Betume com o pavimento existente, produzindo um pavimento de alta qualidade, durável e flexível com uma performance excepcional e resistente aos efeitos de climas extremos.

36 O PRINCÍPIO PROCESSO DE CRIAÇÃO DE ESPUMA DE BETUME - Injecção controlada por computador de uma predeterminada quantidade de água fria (normalmente cerca de 2,5%) ao betume quente, na câmara de expansão de um determinado equipamento de reciclagem de pavimento. BASE DO PRINCÍPIO - O betume encontra-se a uma temperatura tal que, quando uma pequena quantidade de água fria lhe é adicionada, esta instantaneamente se vaporiza formando uma espuma de betume, que se expande até 15 vezes relativamente ao seu volume inicial. O PRINCÍPIO EXPANSÃO DE ESPUMA DE BETUME - Ocorre na câmara de expansão, a partir da qual a espuma de betume é injectada e misturada com o material do pavimento que se está a reciclar. Nota: Somente as propriedades físicas do betume são temporariamente alteradas.

37 O PRINCÍPIO AGLUTINAÇÃO DO MATERIAL DO PAVIMENTO A espuma de betume subsiste entre 10 e 20 segundos: - Ocorre a mistura com o material a reciclar. - Há uma afinidade pelas partículas finas (75 microns ou menos), formando um mastic aglutinador. O PRINCÍPIO CARACTERIZAÇÃO DA ESPUMA DE BETUME - Razão de expansão (Ex) Razão entre o volume da espuma de betume e o volume inicial do betume. - Vida média (T1/2) Tempo, em segundos, que demora a espuma de betume a reduzir o seu volume à metade do volume expandido.

38 O PRINCÍPIO CARACTERIZAÇÃO DA ESPUMA DE BETUME O PRINCÍPIO CARACTERIZAÇÃO DA ESPUMA DE BETUME - PAVIMENTOS DE ELEVADA PERFORMANCE (visco-elasticidade) Motivo: excelentes propriedades de dispersão - Similares a pavimentos com misturas betuminosas - Vantagens económicas, energéticas e ambientais.

39 O PROCESSO PRINCIPAIS VANTAGENS DA TÉCNICA - Eficaz em pavimentos deteriorados. - Processo economicamente competitivo. - Produz pavimento flexível, resistente e durável. - Reduzidos custos de manutenção. - Diminui volumes de escavação - Reduz importação de materiais.

40 PRINCIPAIS VANTAGENS DA TÉCNICA - Solução de reabilitação ambiental responsável. - Minimiza impactes na circulação rodoviária. - Permite abertura imediata ao tráfego. - Resistente à humidade e bombagem de finos. - Não apresenta riscos de fissuração por retracção. PRINCIPAIS VANTAGENS DA TÉCNICA

41 RESULTADOS OBTIDOS Ensaios de Compactação RESULTADOS OBTIDOS Deflectometria

42 RESULTADOS OBTIDOS Tracção Indirecta (Resistências) RESULTADOS OBTIDOS Tracção Indirecta (ITR)

43 OBRIGADO PELA VOSSA ATENÇÃO