028 2_BETUMES, LIGANTES E MISTURAS BETUMINOSAS José Manuel C. das Neves é Licenciado em Engenharia Civil, pelo Instituto Superior Técnico (IST), Mestre em Mecânica dos Solos, pela Universidade Nova de Lisboa, e Doutor em Engenharia Civil pela Universidade Técnica de Lisboa. É Professor Auxiliar do Departamento de Engenharia Civil e Arquitectura do IST. Desde 1990 que lecciona disciplinas de licenciatura e mestrado nas áreas de Vias de Comunicação, Mecânica dos Solos e Fundações. É investigador do Centro de Sistemas Urbanos e Regionais (CESUR) na área das Infraestruturas de Transportes. Tem desenvolvido trabalhos nas áreas de projecto, construção, manutenção e qualidade de infra-estruturas de transportes, traduzidos na orientação de teses de doutoramento e mestrado, publicações em revistas científicas, comunicações em congressos nacionais e internacionais, cursos de especialização e relatórios técnicos. É membro da Ordem dos Engenheiros, da Sociedade Portuguesa de Geotecnia, da International Society for Soil Mechanics and Geotechnical Engineering, da International Society for Rock Mechanics, da World Road Association e da International Society for Asphalt Pavements. DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA CIVIL E ARQUITECTURA INSTITUTO SUPERIOR TÉCNICO Av. Rovisco Pais, 1049-001 Lisboa Portugal Tel.: + 351 21 8418416 Fax: + 351 21 8474650 E-mail: neves@civil.ist.utl.pt
MATERIAISDECONSTRUÇÃO GUIA DE UTILIZAÇÃO 029 Os materiais de construção abordados neste capítulo são os betumes, ligantes e misturas betuminosas utilizados na construção e manutenção de pavimentos de infra-estruturas rodoviárias. Para cada um dos principais tipos de materiais apresenta-se a sua estrutura, as propriedades físicas, enquadradas em especificações ou normas, e dá-se recomendações e exemplos gerais de aplicação. 1. INTRODUÇÃO 2. BETUMES E LIGANTES BETUMINOSOS 2.1. Estrutura e Propriedades 2.2. Betumes Puros 2.3. Betumes Modificados 3. MISTURAS BETUMINOSAS 3.1. Estrutura 3.2. Propriedades 4. PRODUTOS E APLICAÇÕES 4.1. Regas Betuminosas 4.1.1. Rega Anti-pó 4.1.2. Rega de Aderência 4.1.3. Rega de Impregnação 4.1.4. Rega de Cura 4.2. Revestimentos Superficiais 4.3. Misturas Betuminosas 4.3.1. Macadame Betuminoso 4.3.2. Mistura Betuminosa Densa 4.3.3. Betão Betuminoso 4.3.4. Betão Betuminoso drenante 4.3.5. Microbetão e Betão Betuminoso Rugoso 4.3.6. Mistura Betuminosa de Alto Modulo 4.3.7. Microaglomerado Betuminoso 4.3.8. Lama Betuminosa 4.3.9. Argamassa Betuminosa 4.3.10. Mistura Betuminosa Aberta a Frio 4.3.11. Agregado Britado de Granulometria Extensa Tratado com Emulsão de Betume 4.4. Produtos e Aplicações Especiais 5. CONSERVAÇÃO, REABILITAÇÃO E RECICLAGEM 6. BIBLIOGRAFIA
030 2_BETUMES, LIGANTES E MISTURAS BETUMINOSAS 1. INTRODUÇÃO Em geral, os pavimentos rodoviários são constituídos por camadas sobrepostas, construídas com materiais cujas propriedades devem assegurar uma superfície do pavimento que permita ao tráfego (de peões ou veículos) circular com condições de resistência, segurança, comodidade, eficiência e economia, para um certo período de vida. A estrutura tipo de um pavimento é constituída por camadas de desgaste, regularização ou ligação, base e sub-base. Os materiais de origem betuminosa utilizados na pavimentação são de natureza muito diversa e, consequentemente, com propriedades por vezes muito distintas, pelo que devem ser escolhidos em função de critérios técnicos e económicos (Figura 1). Estes materiais são predominantemente aplicados nas camadas de desgaste, regularização e base dos pavimentos, classificados como pavimentos flexíveis ou semi-rígidos, no caso de também existirem outras camadas com ligantes hidráulicos. Tratam-se de materiais muito utilizados na pavimentação de estradas e auto-estradas, vias urbanas, parques de estacionamento e outros caminhos viários, devido à facilidade de fabrico e colocação em obra, na fase quer de construção quer de manutenção, e às características de conforto e segurança conferidas à circulação dos peões e veículos, face a outros tipos de materiais (Figura 2). Figura 1 Provetes de misturas betuminosas
MATERIAISDECONSTRUÇÃO GUIA DE UTILIZAÇÃO 031 Figura 2 Pavimentação com misturas betuminosas
032 2_BETUMES, LIGANTES E MISTURAS BETUMINOSAS 2. BETUMES E LIGANTES BETUMINOSOS 2.1. Estrutura e Propriedades O betume é, genericamente, considerado um ligante hidrocarbonado de propriedades visco-elásticas, negro, aparentemente não volátil, adesivo e impermeável à água, que é solúvel ou quase solúvel no tolueno. Pelas suas características é um material com largo campo de aplicação na engenharia civil e, em particular, em obras de pavimentação de infra-estruturas de transporte. Os betumes podem ser de origem natural (betumes asfálticos naturais e rochas asfálticas) ou fabricados. Em relação aos betumes fabricados, surgiu inicialmente o alcatrão resultante da destilação da hulha e, posteriormente, o betume asfáltico derivado do petróleo bruto por processo de refinação, sendo este o betume mais utilizado actualmente. A composição química dos betumes é complexa e depende da natureza do petróleo bruto do qual é proveniente e do processo de produção na refinaria. Durante a aplicação em obra, e mesmo posteriormente, a composição do betume sofre modificações. De forma simples, pode considerar-se que o betume é constituído predominantemente por hidrocarbonetos, e a sua configuração física consiste num sistema coloidal caracterizado por uma dispersão de micelas de elevado peso molecular asfaltenos num meio de menor peso molecular maltenos subdividido na fracção saturada, fracção aromática e resinas. O comportamento do betume ao longo do tempo depende da sua constituição inicial, do tipo de aquecimento e da temperatura a que é sujeito durante o seu fabrico, e da temperatura e do grau de exposição às condições atmosféricas, quer durante o processo de aplicação em obra quer em serviço. Nomeadamente, sob a influência das condições atmosféricas, o betume é sujeito ao fenómeno de endurecimento desencadeado principalmente pela oxidação em contacto com o ar e a água das chuvas. O endurecimento do betume, quando não é reversível, conduz ao seu envelhecimento, o que se traduz, essencialmente, numa maior rigidez e menor flexibilidade. A viscosidade é das propriedades reológicas mais importantes do betume e aquela que torna possível a sua utilização em revestimentos superficiais e misturas betuminosas. A viscosidade depende da temperatura: perante um aumento da temperatura, a viscosidade do betume diminui e este adquire um estado de consistência fluido que lhe permite ter a trabalhabilidade e adesividade suficiente para ser aplicado em superfícies ou misturado com outros materiais; a uma diminuição da temperatura corresponde um aumento da viscosidade, o que se traduz em ter o betume num estado semi-sólido que lhe dá a coesão e rigidez suficientes para, quando misturado com outros materiais, conferir capacidade estrutural ao pavimento, sem ocorrerem degradações em condições ideais de solicitações ou deformações. Este é o comportamento típico dos betumes em função da temperatura. Na utilização do betume em outros produtos e aplicações, para além da modificação da viscosidade do betume por aquecimento, a emulsificação e a dissolução em solventes são outras técnicas disponíveis e correntemente utilizadas, que dão origem às emulsões betuminosas e aos betumes fluidificados, respectivamente. Uma emulsão betuminosa asfáltica é uma dispersão estável (emulsão directa) de betume asfáltico (fase dispersa) em água (fase contínua), na qual as partículas de betume estão envolvidas por uma película de emulsionante. Os componentes básicos duma emulsão betuminosa são o betume asfáltico, água, emulsionantes e, também, aditivos. O betume é o componente básico e principal. O emulsionante é a substância química que diminui a tensão interfacial entre as duas fases, tornando a dispersão estável e melhorando a adesividade do betume. Os aditivos são produtos adicionados com o objectivo de melhorar alguma característica da emulsão, tal como a viscosidade e a adesividade, entre outras. Os betumes fluidificados resultam da adição de um dissolvente convenientemente volátil ao betume, denominado fluidificante, com o objectivo de reduzir temporariamente a sua viscosidade.
MATERIAISDECONSTRUÇÃO GUIA DE UTILIZAÇÃO 033 TABELA 1 Betumes de pavimentação. Propriedades, métodos de ensaio, tipos de betumes e correspondentes exigências de conformidade [3] Propriedades [Métodos de ensaio] Penetração (0,1 mm) [25ºC, 100 g, 5 s] Temperatura de amolecimento (ºC) Viscosidade cinemática (mm 2 /s) [135ºC] Solubilidade em tolueno ou xileno (%) Temperatura de inflamação (ºC) Variação de massa (%, ±) Métodos de ensaio ASTM D 5 (pren 1426) ASTM D 36 (pren 1427) ASTM D 2170 (pren 12595) ASTM D 2042 ( 1 ) (pren 12592) EN 22592 (ASTM D 92) Tipos de betumes e exigências de conformidade Tipos 10/20 20/30 35/50 50/70 70/100 100/150 160/220 250/330 Mín. 10 20 35 50 70 100 160 250 Máx. 20 30 50 70 100 150 220 330 Mín. 63 55 50 46 43 39 35 30 Máx. 73 63 58 54 51 47 43 38 Mín. 1000 530 370 295 230 175 135 100 Mín. 99,0 99,0 99,0 99,0 99,0 99,0 99,0 99,0 Mín. 250 240 240 230 230 230 220 220 - Máx. 0,5 0,5 0,5 0,5 0,8 0,8 1,0 1,0 Resistência ao endurecimento (2) Penetração (% p.o.) ( 3 ) [25ºC, 100 g, 5 s] Temperatura de amolecimento (ºC) RTFOT: ASTM D 2872 (pren 12607-1) ou TFOT: ASTM D 1754 (pren 12607-2) ASTM D 5 (pren 1426) ASTM D 36 (pren 12627) Mín. 60 55 53 50 46 43 37 35 Mín. 65 57 52 48 45 41 37 32 Aumento da temperatura de amolecimento (ºC) (4) Máx. 8 10 11 11 11 12 12 12 ( 1 ) Ensaio feito com tolueno ou xileno em vez de tricloroetileno. ( 2 ) Endurecimento por acção do calor e do ar numa película fina de betume, determinado pelos métodos RTFOT ou TFOT. ( 3 ) p.o. penetração do betume original. ( 4 ) Obtido por diferença entre a temperatura de amolecimento pelo método do anel e bola (ASTM D 36 ou pren 1427) antes e após o endurecimento. (pren - ) Embora exista um projecto de Norma Europeia, aguarda-se a sua publicação como EN.
034 2_BETUMES, LIGANTES E MISTURAS BETUMINOSAS Os betumes puros tradicionais apresentam propriedades que podem limitar a sua utilização em certas aplicações. No entanto, a incorporação de certas substâncias agentes modificantes pode originar reacções de natureza química que modificam as propriedades iniciais do betume, tornando-o adequado para determinado aplicação. Obtém-se, assim, os betumes modificados que são classificados em três tipos principais: ligantes modificados, ligantes betuminosos com aditivos e betumes especiais [1, 2]. 2.2. Betumes Puros Os betumes puros são os betumes tradicionais utilizados na pavimentação que resultam directamente da destilação do petróleo puro, sem serem modificados ou sujeitos a processo destinado a alterar qualquer propriedade de origem. A penetração de um betume é uma propriedade importante utilizada na identificação e classificação dos betumes asfálticos puros, pois está relacionada com a consistência do betume. Esta propriedade mede-se em ensaio que consiste em fazer penetrar uma agulha normalizada, sujeita a carga fixa de 100 g durante 5 segundos, num provete de betume à temperatura de 25ºC. A penetração é a medida em décimas de milímetro da profundidade penetrada pela agulha no provete. Outras propriedades são também importantes na caracterização dos betumes, como a temperatura de amolecimento, a viscosidade cinemática, a solubilidade em tolueno ou xileno, a temperatura de inflamação e a resistência ao esmagamento. Segundo a especificação do Laboratório Nacional de Engenharia Civil (LNEC) E 80-1997 [3], os betumes de pavimentação são classificados por tipos definidos pelos limites inferior e superior da penetração. A tabela 1 reproduz o quadro apresentado nessa especificação, que contém não só a classificação dos betumes de pavimentação na gama de penetração, mas também as propriedades, os correspondentes métodos de ensaio e as exigências de conformidade para cada tipo de betume. Os betumes puros têm grande utilização no fabrico dos diversos tipos de misturas betuminosas aplicadas em obras rodoviárias. As emulsões betuminosas são classificadas segundo a sua natureza iónica, o teor em betume e a velocidade de rotura. Quanto à natureza iónica do emulsionante, as emulsões classificam-se em catiónicas e aniónicas, também designadas por ácidas e básicas, respectivamente. Uma emulsão é de natureza catiónica quando as partículas de betume ficam carregadas positivamente. As emulsões aniónicas são aquelas em que o emulsionante confere carga negativa às partículas de betume. A rotura de uma emulsão consiste na separação irreversível das fases constituintes que são o betume e a água. Consoante a velocidade de rotura, as emulsões, quer catiónicas quer aniónicas, são classificadas em emulsões de rotura rápida, média e lenta. A velocidade de rotura depende do tipo de emulsionante, da superfície específica dos agregados e da sua natureza mineralógica. As especificações LNEC E 128-1984 [4] e E 354-1984 [5], relativas às emulsões betuminosas aniónicas e catiónicas, respectivamente, classificam as emulsões segundo a sua velocidade de rotura e, dentro de cada tipo, estabelecem ainda a diferenciação baseada na viscosidade da emulsão e na dureza do betume. As siglas que identificam o tipo de emulsão são EC para as emulsões catiónicas e EA para as emulsões aniónicas, seguidas da letra R, M ou L, consoante a rotura seja rápida, média ou lenta. O subgrupo é atribuído por algarismo e letra adicionais que figuram a seguir à sigla. As características das emulsões betuminosas especificadas são determinadas com base nos ensaios de determinação da viscosidade Saybolt-Furol, sedimentação, peneiração, desemulsibilidade, adesividade, carga eléctrica das partículas, rotura com cimento, destilação, penetração, ductilidade e solubilidade. As emulsões betuminosas clássicas podem ser aplicadas em regas de impregnação, regas de colagem, regas anti-pó, regas de cura, revestimentos superficiais e misturas a frio ou a quente [4, 5]. Os betumes fluidificados são classificados em betumes de presa lenta, de presa média e de presa rápida, consoante o grau de volatilidade do fluidificante empregado. Os betumes fluidificados de presa lenta são fabricados por fluidificação do betume com gasóleo, ou
MATERIAISDECONSTRUÇÃO GUIA DE UTILIZAÇÃO 035 directamente durante o processo de destilação por aproveitamento dos resíduos numa fase anterior à da produção do betume. Os betumes fluidificados de presa média são obtidos por fluidificação do betume com petróleo comercial. Os betumes fluidificados de presa rápida resultam da fluidificação do betume com gasolina. De acordo com a especificação LNEC E 98-1980 [6], as siglas que identificam o tipo de betume fluidificante são a letra C antecedida da letra S, M ou R, consoante se trata de um betume fluidificante de presa lenta, média ou rápida. Dentro de cada um destes tipos, estabelece-se ainda diferenciação baseada no valor da viscosidade cinemática determinada em condições normalizadas. Na especificação LNEC E 98-1980 [6] são apresentadas as características de cada um dos tipos de betumes fluidificados, com base nos ensaios de viscosidade (cinemática e dinâmica), ponto de inflamação (vaso aberto de Cleveland ou vaso aberto de Tag), destilação, resíduo com penetração 100, ductilidade, solubilidade e teor em água. Utilizados em regas de impregnação de bases granulares, os betumes fluidificados são menos utilizados hoje em dia por questões ambientais e de segurança, tendo sido praticamente substituídos pelas emulsões betuminosas. 2.3. Betumes Modificados Conforme já referido anteriormente, os betumes modificados são classificados em ligantes modificados, ligantes betuminosos com aditivos e betumes especiais. Os ligantes modificados resultam da utilização de um agente químico que, introduzido no betume puro, modifica a sua estrutura química e/ou as suas propriedades físicas e mecânicas. Tratam-se de ligantes fabricados antes da aplicação em obra, quer em central quer em unidade móvel especial. O efeito do agente modificador pode, portanto, ser avaliado antes da sua aplicação na mistura betuminosa ou revestimento superficial. Os ligantes betuminosos com aditivos são obtidos pela incorporação de aditivos no próprio momento da fabricação da mistura betuminosa ou do revestimento superficial. Por oposição aos ligantes modificados, o efeito do aditivo no ligante betuminoso só pode ser avaliado directamente na mistura betuminosa ou no revestimento superficial já fabricado. Os betumes especiais são resultantes de processo de refinamento especial do petróleo bruto, fabricados para dar resposta a aplicações rodoviárias muito específicas, por vezes ainda não contempladas em normas ou especificações. A caracterização e consequente classificação dos betumes modificados é mais complexa e nem sempre pode ser feita pelos indicadores tradicionais utilizados nos betumes puros convencionais. Não existe ainda normalização portuguesa relativamente aos betumes modificados. Segundo a Associação Portuguesa de Fabricantes de Misturas Betuminosas (APORBET), as especificações deste tipo de betumes baseiam-se nos ensaios de penetração, temperatura de amolecimento, ponto de fragilidade de Fraass (avaliação da sensibilidade do betume modificado a temperaturas baixas), intervalo de plasticidade, viscosidade, estabilidade ao armazenamento e recuperação elástica (avaliação da elasticidade do betume modificado) [7]. No entanto, estão em desenvolvimento normas a nível europeu. Os agentes químicos mais utilizados nos ligantes modificados são os polímeros, o látex e a borracha. Apesar da ampla gama de polímeros procedentes da indústria petroquímica, nem todos são suficientemente compatíveis com o betume. Entre todos eles, podem-se distinguir duas grandes famílias passíveis de utilização: os plastómeros ou polímeros termoplásticos, obtendo-se neste caso um betume modificado com plastómeros; os elastómeros, obtendo-se então um betume modificado com elastómeros. As propriedades do ligante modificado final estão associadas às características do polímero utilizado, assim como às interacções e compatibilidade desenvolvidas entre o betume e o polímero. Em geral, a junção do polímero ao betume dá lugar a um aumento da viscosidade e do ponto de amolecimento e a uma diminuição do
036 2_BETUMES, LIGANTES E MISTURAS BETUMINOSAS ponto de fragilidade Fraas, em relação ao betume original. Tem-se, assim, um betume modificado menos susceptível à temperatura e com características de coesão melhorada. Comparando os efeitos da utilização de plastómeros ou de elastómeros na modificação dos betumes, constata-se que o betume modificado por adição de plastómeros apresenta maior viscosidade à temperatura ambiente, pelo que é um betume mais duro e com temperatura de amolecimento maior que o betume modificado com elastómeros. Por isso, este betume confere uma menor trabalhabilidade nas suas aplicações. O betume modificado por adição de elastómeros confere melhor flexibilidade e ductilidade às misturas onde é aplicado, quer a altas quer a baixas temperaturas. O betume modificado com borracha BMB resulta da adição de granulado de borracha, proveniente da reciclagem de pneus usados, ao betume tradicional aquecido. A produção faz-se em reactores especiais junto das centrais betuminosas, onde se dá a interacção física de difusão entre o solvente orgânico do betume asfáltico e o granulado de borracha, a qual leva a uma dilatação polimérica. Para além do betume e da borracha, o BMB é composto ainda por óleos aromáticos em reduzida percentagem ponderal. A adição de óleos aromáticos e/ou naftalínicos tem como objectivo compensar a absorção, por parte da borracha, das fracções mais leves do betume asfáltico, permitindo um amolecimento do BMB e diminuição da sua rigidez a baixas temperaturas. Os aditivos utilizados nos ligantes betuminosos podem também ser de diversos tipos e naturezas. Os principais aditivos são os polímeros adicionados em central de produção, os materiais plásticos reciclados, o granulado de borracha, as fibras e os betumes e asfaltos naturais [2]. Ao betume podem ser adicionadas fibras orgânicas naturais ou fibras fabricadas. As fibras fabricadas podem ser sintéticas (de poliéster, de polietileno, de polipropileno e acrílicas) ou minerais e metálicas (vidro, mineral e aço). Em geral, os betumes reforçados com fibras têm maior adesividade e flexibilidade, o que lhes confere maior resistência ao envelhecimento. Os betumes especiais mais utilizados na pavimentação rodoviária são os betumes duros, caracterizados por penetração inferior a 25 décimos de milímetro, os betumes e ligantes pigmentados, e as emulsões especiais. De um modo geral, os betumes modificados são utilizados no fabrico de misturas betuminosas aplicadas em obras quer de construção quer de manutenção, que não são possíveis de cumprir com os betumes tradicionais. É o caso da utilização de betumes modificados e de emulsões betuminosas modificadas em revestimentos superficiais, microaglomerados betuminosos a frio, misturas betuminosas de alto módulo, argamassas betuminosas, betões betuminosos drenantes e microbetões e betões betuminosos rugosos. 3. MISTURAS BETUMINOSAS 3.1. Estrutura As misturas betuminosas são materiais constituídos por agregado, betume e ar que preenche os vazios (Figura 3). As principais misturas betuminosas aplicadas tradicionalmente nas camadas dos pavimentos são fabricadas a quente, ou seja, a mistura do agregado com o betume é feita em centrais betuminosas onde os componentes são aquecidos para ser possível a mistura e aderência dos materiais e, posteriormente, a aplicação em obra. Existem, ainda, as misturas betuminosas a frio para as quais não é necessário aquecer previamente os materiais, pois a mistura pode ser colocada à temperatura ambiente devido à utilização de emulsões betuminosas. As propriedades das misturas betuminosas são condicionadas, naturalmente, pela qualidade e quantidade dos seus componentes. No entanto, as condições de fabrico, transporte, aplicação e compactação em obra são também factores muito importantes, com influência na qualidade final da mistura betuminosa e no comportamento em serviço, quando solicitada ao longo do tempo pelo tráfego. Os agregados são os materiais que entram em maior proporção na composição das misturas betuminosas, em termos quer volumétricos quer ponderais. Os agregados mais utilizados são naturais,
MATERIAISDECONSTRUÇÃO GUIA DE UTILIZAÇÃO 037 sistência do agregado e, consequentemente, da mistura betuminosa dependa directamente da natureza da rocha, a forma das partículas também pode ser condicionante. Esta influência pode ser controlada através da caracterização do agregado relativamente à forma e dimensões das suas partículas. A granulometria dos agregados presente na mistura betuminosa resulta da composição de uma ou mais fracções granulométricas. A cada uma destas fracções é atribuído o conceito de dimensão nominal d/d definido em milímetro pelo peneiro de maior dimensão (D) onde fica retido até 10% do material e pelo peneiro de menor dimensão (d) onde passa até 10% do material, devendo a soma destas duas percentagens ser inferior a 15%. As dimensões nominais utilizadas na prática estão normalmente associadas aos sistemas de classificação dos crivos das instalações de britagem. Figura 3 Estrutura de uma mistura betuminosa provenientes da britagem de blocos de rocha explorados em pedreiras ou seixeiras. Embora com menor expressão na construção, também podem ser utilizados agregados não tradicionais de proveniência industrial nas misturas betuminosas, como por exemplo as escórias. Para além dos principais componentes agregados e betume outros materiais entram normalmente na composição das misturas betuminosas: aditivos especiais e filer comercial. Embora estes componentes sejam em pequenas quantidades, a sua presença é importante no desempenho da mistura betuminosa. Os aditivos especiais são substâncias incorporadas para melhorar as propriedades das misturas betuminosas, como por exemplo a adesividade do betume ao agregado, o tempo de rotura da emulsão betuminosa ou a trabalhabilidade. O filer é um material adicionado com a finalidade de aumentar a fracção fina da mistura que não é proporcionada pelo agregado. O pó de calcário, cimentos, cal hidráulica apagada e cinzas volantes são exemplos de filer correntemente utilizados. Estes produtos deverão obedecer a requisitos de limpeza, humidade, granulometria e homogeneidade, definidos nos cadernos de encargos. A qualidade do agregado é importante nas propriedades da mistura betuminosa. As rochas podem ter diversas proveniências geológicas, mas devem dar origem sempre a agregados limpos, duros, pouco alteráveis sob a acção do clima, com adequada adesividade ao betume, de qualidade uniforme e isentos de materiais decompostos, de matéria orgânica ou outras substâncias prejudiciais. Os agregados aplicados numa mesma obra devem ser homogéneos relativamente às suas propriedades. 3.2. Propriedades Os cadernos de encargos fixam as características dos agregados ao nível da sua composição granulométrica através da definição do fuso granulométrico, resistência ao desgaste, quantidade e qualidade de elementos finos, e absorção de água. Embora a re- As propriedades das misturas betuminosas devem satisfazer requisitos de natureza estrutural e funcional, definidos nos cadernos de encargos consoante as aplicações do material nos pavimentos. Do ponto de vista estrutural, os principais requisitos a satisfazer são a trabalhabilidade
038 2_BETUMES, LIGANTES E MISTURAS BETUMINOSAS (durante a construção), impermeabilidade, durabilidade, resistência e flexibilidade. Para misturas betuminosas aplicadas em camada de desgaste, devem ser exigidos também requisitos de natureza funcional, como por exemplo aderência, ruído e regularidade. A Figura 4 permite comparar o aspecto da superfície do pavimento dado por duas camadas de desgaste em misturas betuminosas de características distintas do ponto de vista da sua funcionalidade: à esquerda, tem-se um betão betuminoso rugoso concebido com betumes modificados com polímeros; à direita, apresenta-se um betão betuminoso tradicional com betume puro. A proporção e as propriedades dos vários componentes e a forma como interagem, quer do ponto de vista físico-químico quer mecânico, influenciam as propriedades das misturas betuminosas. De um modo geral, as principais variáveis com influência nas propriedades das misturas são a granulometria, tipo e textura do agregado, tipo e dosagem de betume, adesividade entre o betume e o agregado, grau de compactação. A definição das propriedades de cada componente e a dosagem de cada um deles é, portanto, um importante objectivo a conhecer previamente. Tal como o betume, também as misturas betuminosas apresentam um comportamento reológico caracterizado essencialmente pela sua viscosidade, na qual a temperatura e o tempo de carga têm influência preponderante. Os resultados do ensaio de compressão diametral representados na Figura 5, para uma mistura betuminosa, mostram a influência típica da temperatura na rigidez da mistura, expressa em termos do módulo de rigidez. A porosidade é a percentagem de volume total da mistura não ocupado pelo agregado revestido de betume, com alguns dos seus poros preenchidos eventualmente por este ligante. Trata-se de uma das propriedades intrínsecas das misturas com muita importância no desempenho estrutural e funcional das misturas nas camadas do pavimento. Esta propriedade é influenciada essencialmente pela granulometria e tipo de agregado, pela dosagem e tipo de betume, e pela energia e temperatura de compactação. Tradicionalmente, a composição das misturas betuminosas é definida, para além de outros critérios, de forma a garantir a menor porosidade possível, mas não inferior a determinado valor mínimo que garanta a durabilidade das misturas quando em serviço. A utilização de betumes modificados e de outros aditivos permite conceber misturas betuminosas não tradicionais caracterizadas por porosidade elevada, sem que a sua estabilidade às deformações e resistência às cargas sejam comprometidas. Consoante a sua porosidade, assim as misturas betuminosas podem ser classificadas em misturas densas, semidensas e abertas. Figura 4 Camadas de desgaste com características de superfície distintas Figura 5 Influência da temperatura na rigidez de uma mistura betuminosa
MATERIAISDECONSTRUÇÃO GUIA DE UTILIZAÇÃO 039 As propriedades iniciais das misturas betuminosas evoluem ao longo do tempo. O endurecimento do betume é um dos fenómenos que se reflecte na alteração das propriedades das misturas betuminosas, com mais significado durante a mistura do betume com o agregado e durante a compactação (na fase de construção) do que em serviço (após a construção). Nas fases de mistura e compactação, o endurecimento depende essencialmente da temperatura. Posteriormente, quando o pavimento está em serviço, o endurecimento do betume apresenta maior complexidade pela multiplicidade de factores intervenientes, como por exemplo a porosidade da mistura, a posição da camada na estrutura do pavimento e as condições climáticas. As alterações sofridas pelo betume são atenuadas quando as misturas são densas e/ou quando estão localizadas em camadas inferiores do pavimento, pois estão protegidas da agressividade das condições climáticas. Em termos genéricos e consoante a aplicação, as principais propriedades a exigir às misturas betuminosas, segundo os cadernos de encargos [7], são relativas a parâmetros físicos, como por exemplo a composição volumétrica da qual a porosidade é uma característica fundamental, e a parâmetros de resistência e deformabilidade. Por sua vez, a mistura de agregados que compõe a mistura deve ter uma composição granulométrica dentro de limites especificados, com características de resistência ao desgaste, qualidade de finos, absorção de água e forma das partículas controladas por valores especificados. O estudo da composição das misturas betuminosas mais correntes tem-se baseado tradicionalmente no ensaio Marshall. Trata-se de um ensaio laboratorial que fornece indicações sobre a resistência à deformação plástica de provetes cilíndricos da mistura betuminosas, quer fabricados de acordo com o mesmo método quer obtidos por carotagem de pavimentos ou preparados por outros métodos. Este ensaio consiste, genericamente em submeter provetes, previamente aquecidos em condições especificadas, à compressão lateral numa prensa por meio de um estabilómetro até atingirem a rotura (Figura 6). Desde a norma NP 142 (1968), que estabeleceu inicialmente este ensaio em Portugal, que o método de ensaio tem vindo a ser actualizado por sucessivas revisões quer nacionais quer internacionais, nomeadamente a nível da normalização europeia. Os cadernos de encargos têm-se baseado predominantemente neste método de ensaio. As limitações que têm vindo a ser reconhecidas ao estudo Marshall, nomeadamente na aplicação a misturas betuminosas ditas não tradicionais, têm permitido o desenvolvimento de outras metodologias de abordagem à formulação destes materiais, baseadas em ensaios de avaliação do desempenho que reproduzam de forma mais realista as solicitações do tráfego e os processos construtivos. Estes ensaios, realizados quer em laboratório quer em obra, permitem uma caracterização racional do comportamento mecânico das misturas betuminosas sujeitas à fadiga e às deformações permanentes. Como exemplo, refere-se o equipamento desenvolvido na Universidade de Nottingham (NAT) que permite a realização em laboratório de ensaios de caracterização do comportamento de materiais à fadiga e deformações permanentes (Figura 7). 4. PRODUTOS E APLICAÇÕES A combinação dos vários componentes das misturas betuminosas, implicando por vezes processos construtivos distintos, resulta em diferentes tipos de produtos com a possibilidade de satisfazer, hoje em dia, múltiplas aplicações na construção e manutenção dos pavimentos. 4.1. Regas Betuminosas A utilização simples do ligante betuminoso, sem a conjugação do agregado, dá origem a produtos que podem ser aplicados com diferentes finalidades, designados genericamente por regas betuminosas, como por exemplo rega anti-pó, rega de aderência, rega de impregnação e rega de cura. Nas regas betuminosas são utilizadas, em geral, emulsões betuminosas. No caso das regas de aderência, é corrente actualmente a utilização de emulsões betuminosas modificadas. Nas regas de impregnação podem ser utilizados betumes fluidificados. As superfícies de aplicação das regas devem ser regulares e estar livres de material solto, sujidades, detritos e poeiras.
040 2_BETUMES, LIGANTES E MISTURAS BETUMINOSAS Também designada por rega de colagem, consiste na aplicação de uma película de ligante betuminoso sobre a superfície de uma camada de material betuminoso, com o objectivo de conferir aderência à aplicação de uma nova camada de material betuminoso. O ligante é aplicado sobre o pavimento antes do espalhamento da camada betuminosa seguinte. 4.1.3. Rega de Impregnação Consiste na rega superficial do ligante betuminoso, suficientemente líquido, sobre a camada de base em material granular de granulometria extensa compactado. Este tratamento favorece a adesão entre a base e a camada superior, e aglutina e impermeabiliza a parte superior da camada. 4.1.4. Rega de Cura Consiste na aplicação de um ligante betuminoso sobre uma base tratada com ligante hidráulico, por exemplo solo-cimento. Tem como objectivo impedir ou retardar a evacuação de água da mistura, o que favorece o desenvolvimento dos mecanismos de cura e endurecimento e evita o aparecimento de fissuras. 4.2. Revestimentos Superficiais Figura 6 Ensaio Marshall 4.1.1. Rega Anti-pó Solução simples e económica utilizada normalmente em pequenas vias de comunicação com a superfície não tratada, a fim de proteger o pavimento das condições climáticas, principalmente da água, e de eliminar o levantamento de pó à passagem dos veículos. 4.1.2. Rega de Aderência Os revestimentos superficiais são camadas de desgaste de reduzida espessura e consistem na sobreposição alternada de camadas de ligante betuminoso e de agregado. Este tipo de revestimentos proporciona camadas com características funcionais adequadas à circulação dos veículos, mas não tem nenhuma contribuição estrutural para o pavimento. O desempenho funcional depende essencialmente do número de camadas, do tipo e dosagem de ligante e da dimensão e dosagem de agregado. Consoante as diferentes combinações das camadas de agregado e de ligante betuminoso, assim se obtêm diferentes tipos de revestimentos betuminosos superficiais, como por exemplo, entre os mais correntes, os revestimentos simples e múltiplos (duplos ou triplos). Como ligante betuminoso pode ser utilizado betume puro ou mesmo betume modificado, eventualmente na forma de emulsão betuminosa. De facto, a utilização de emulsões betuminosas modificadas permite ter uma boa coesão com o agregado,
MATERIAISDECONSTRUÇÃO GUIA DE UTILIZAÇÃO 041 o que aumenta a resistência ao tráfego. As características do agregado também são importantes e a sua escolha depende essencialmente das características do tráfego e das características superficiais que se pretendem para o pavimento. A mistura de agregados pode ser obtida a partir das fracções 4/6 (revestimentos simples), 6/10 e 2/4 (revestimentos duplos). Outras fracções podem ser consideradas nas soluções de revestimentos superficiais consoante a intensidade do tráfego e o tipo de suporte [8]. Os revestimentos superficiais são económicos e apresentam boa rugosidade e boa impermeabilização. No entanto, a elevada rugosidade conduz a maior ruído, desgaste dos pneus e consumo de combustível na circulação dos veículos. De um modo geral, os revestimentos múltiplos e com agregados de maiores dimensões apresentam períodos de vida mais longos. Os revestimentos superficiais são soluções de pavimentação adequadas para camadas de desgaste de pavimentos novos com níveis de tráfego baixo a médio, ou na reabilitação das características de impermeabilização e de rugosidade de pavimentos antigos mas com razoáveis características estruturais. 4.3. Misturas Betuminosas 4.3.1. Macadame Betuminoso O macadame betuminoso é uma mistura betuminosa fabricada a quente, de uso muito generalizado em camadas de base de pavimentos de tráfego médio a elevado, no âmbito quer da construção de pavimentos novos quer da reabilitação das características estruturais de pavimentos antigos. É uma mistura que pode ser utilizada também em camadas de regularização. A mistura de agregados pode ser obtida a partir de diversas fracções, sendo correntes as fracções 0/40, 4/10 e 10/20 (Fuso A), e 0/4, 4/20 e 20/40 ou 0/6, 6/20 e 20/40 (Fuso B). São utilizados betumes puros, nomeadamente os betumes do tipo 35/50 ou 50/70 (Tabela 1) [7]. 4.3.2. Mistura Betuminosa Densa A mistura betuminosa densa é uma mistura betuminosa fabricada a quente, de uso muito generalizado em camadas de regularização, contribuindo para a capacidade de carga do pavimento. A mistura de agregados pode ser obtida a partir das fracções 0/40, 4/10 e 10/20. Nestas misturas são também utilizados betumes puros, nomeadamente os betumes do tipo 35/50 ou 50/70 (Tabela 1) [7]. 4.3.3. Betão Betuminoso O betão betuminoso é uma mistura betuminosa de porosidade baixa, fabricada a quente, de grande aplicação em camadas de desgaste de pavimentos e com contributo estrutural importante. A mistura de agregados deve ser obtida a partir das fracções 0/4, 4/10, 10/14, com 100% de material britado. Podem ser utilizados betumes puros de acordo com os tipos apresentados na Tabela 1 [7]. Contudo, a necessidade de aumentar a durabilidade das misturas betuminosas, face à acção agressiva do tráfego e das condições atmosféricas, determinou o desenvolvimento de novos materiais recorrendo quase sempre a ligantes modificados. Entre estes materiais, figuram as misturas betuminosas drenantes, as misturas betuminosas rugosas e os microaglomerados betuminosos a frio. 4.3.4. Betão Betuminoso Drenante O betão betuminoso drenante é uma mistura betuminosa fabricada a quente caracterizada essencialmente pela sua elevada porosidade, quando comparada com as misturas betuminosas tradicionais, que permite à água circular entre os vazios comunicantes. Os processos de fabrico e colocação em obra são idênticos aos das misturas betuminosas tradicionais. As camadas destes materiais apresentam reduzida espessura e reduzida capacidade estrutural. A mistura de agregados deve ser obtida a partir das fracções 0/10 ou 0/14, com descontinuidade na fracção 2/6 ou na fracção 2/10. São utilizados betumes modificados com polímeros adequados,
042 2_BETUMES, LIGANTES E MISTURAS BETUMINOSAS em conta certas disposições construtivas, nomeadamente com objectivos de drenagem em zonas de transição com outras misturas betuminosas ou outros materiais de diferente natureza. A camada subjacente que serve de suporte deve ter a superfície regular e desempenada e, ainda, boa capacidade resistente. A aplicação do betão betuminoso drenante não é aconselhável em zonas de fácil colmatação dos vazios, em zonas de esforços tangenciais elevados e em locais do traçado de grandes inclinações [8]. 4.3.5. Microbetão ou Betão Betuminoso Rugoso Em geral, uma mistura betuminosa rugosa é uma mistura betuminosa fabricada a quente, constituída por um ligante modificado. O microbetão distingue-se do betão betuminoso rugoso por ser aplicado em camadas de desgaste delgadas com espessuras compreendidas entre 2,5 e 3,5 cm, devido à presença de agregados de menores dimensões. A mistura de agregados deve ser obtida a partir das fracções 0/2, 6/10 e 10/14, no caso de betão betuminoso rugoso, e 0/2 e 6/10, para microbetão betuminoso rugoso. São utilizados betumes modificados com polímeros adequados, em geral elastómeros, de forma a conferir à mistura menor susceptibilidade térmica e maior flexibilidade, entre outras propriedades [7]. Figura 7 Ensaio NAT em geral elastómeros, de forma a conferir à mistura menor susceptibilidade térmica e maior flexibilidade, entre outras propriedades [7]. Estas misturas betuminosas são utilizadas na construção e manutenção de camadas de desgaste de pavimentos em que se exijam qualidades de segurança e conforto conferidas pela aderência, diminuição de projecção de água e baixo nível de ruído que proporciona ao tráfego, mesmo a elevadas velocidade. Devem ser tidas O microbetão ou betão betuminoso rugoso têm aplicação na manutenção de camadas de desgaste de pavimentos sujeitos a tráfego elevado e com grandes velocidades. A superfície das camadas deste produto apresenta, regra geral, muito boas características de regularidade e aderência, o que confere a este tipo de pavimentos excelentes qualidades de conforto e segurança para a circulação dos veículos. No entanto, estas camadas podem apresentar deficientes características de impermeabilização, pelo que pode ser recomendável a sobredosagem da rega de colagem. 4.3.6. Mistura Betuminosa de Alto Módulo As misturas betuminosas de alto módulo são misturas fabricadas a quente caracterizadas por terem excelentes qualidades mecânicas, nomeadamente módulo de rigidez e resistência à fadiga e às
MATERIAISDECONSTRUÇÃO GUIA DE UTILIZAÇÃO 043 deformações permanentes superiores às misturas betuminosas tradicionais. A mistura de agregados é obtida a partir das fracções 0/4, 4/10 e 10/20 (camada de base) ou 0/4, 4/10 e 10/14 (camadas de regularização e de desgaste). As propriedades destas misturas são devidas principalmente ao facto de serem constituídas por betumes especiais bastante mais duros que os tradicionais, em geral, do tipo 10/20 (consultar a Tabela 1) [7]. A mistura betuminosa de alto módulo tem sido utilizada na construção e manutenção de camadas de pavimentos que se pretende que tenham capacidade de carga elevada, normalmente sujeitos a tráfego bastante elevado e pesado, e susceptibilidade térmica significativamente baixa. 4.3.7. Microaglomerado Betuminoso Os microaglomerados betuminosos são materiais especiais fabricadas a quente ou a frio, que constituem uma técnica de tratamento superficial com o principal objectivo de conferir características essencialmente funcionais às camadas de desgaste. As camadas são de reduzida espessura: cerca de 1,5 a 3,0 cm, em misturas fabricadas a quente; cerca de 1,0 cm, em misturas fabricadas a frio. A mistura de agregados é obtida a partir das fracções 0/4, no caso de aplicações simples, e 0/4 e 4/8, para aplicações duplas. São utilizados ligantes modificados com polímeros, em geral elastómeros [7]. Este tipo de material é recomendado na conservação e reabilitação de camadas de desgaste de pavimentos, nomeadamente de vias urbanas, com tráfego predominante de veículos ligeiros e de baixa velocidade, em que haja necessidade de renovar as características superficiais das camadas de desgaste antigas (textura, impermeabilização, deformações), dificuldades de elevar as cotas do pavimento e problemas na obtenção de agregados de boa qualidade. As principais vantagens da utilização dos microaglomerados betuminosos em pavimentos são os elevados rendimentos de execução, a eliminação dos riscos de desprendimento de gravilhas, a homogeneidade na distribuição do ligante, a maior impermeabilidade em virtude da sua elevada compacidade, a boa aderência às camadas de suporte, o maior conforto e segurança, o baixo nível de ruído e os menores custos. Esta técnica é uma boa alternativa aos revestimentos superficiais tradicionais. 4.3.8. Lama Betuminosa A lama betuminosa consiste num tratamento superficial semelhante ao microaglomerado betuminoso fabricado a frio mas constituída por agregado de menores dimensões, originando camadas muito delgadas. A mistura de agregados é obtida a partir das fracções 0/4 e/ou 0/6, consoante se trate de tratamentos simples ou duplos. Na sua composição são utilizadas emulsões betuminosas, puras ou modificadas, especialmente formuladas tendo em conta os agregados a utilizar [7]. Trata-se de uma técnica indicada na conservação e reabilitação de camadas de desgaste de pavimentos, nomeadamente no tratamento prévio de pavimentos fendilhados. Embora actualmente pouco utilizada face a outras opções, trata-se de uma técnica com bom rendimento de execução. As camadas apresentam macrotextura e microtextura muito lisa, o que diminui muito a aderência em situações de piso molhado, para velocidades de tráfego médias a elevadas. 4.3.9. Argamassa Betuminosa A argamassa betuminosa é uma mistura betuminosa fabricada a quente, recomendada na reabilitação das características superficiais de camadas de desgaste. A mistura de agregados é obtida a partir da fracção 0/4 ou, em alternativa, da fracção 0/6. Podem ser utilizados betumes puros ou modificados [7]. No caso de serem utilizados betumes modificados, a elevada deformabilidade destas misturas torna-as também especialmente indicadas para a construção de camadas de interface para retardar a propagação de fendas para as novas camadas.
044 2_BETUMES, LIGANTES E MISTURAS BETUMINOSAS 4.3.10. Mistura Betuminosa Aberta a Frio A mistura betuminosa aberta a frio consiste num material fabricado a frio, possível de ser aplicada em camada delgadas, com espessura inferior a 4 cm, ou em camadas com espessura superior a 6 cm. A mistura de agregados é obtida a partir das fracções 2/4 e 4/10 (camadas com espessura inferior a 4 cm), ou 2/4, 4/10 e 10/14 (camadas com espessura entre 4 e 6 cm) ou 2/4, 4/10 e 10/20 (espessura superior a 6 cm). O ligante utilizado é, na maioria das aplicações, uma emulsão betuminosa de rotura média, quer do tipo catiónico quer do tipo aniónico [7]. Esta última emulsão é recomendada em misturas com agregados calcários. Trata-se de uma mistura betuminosa muito utilizada em trabalhos de conservação corrente, nomeadamente preenchimento de covas. 4.3.11. Agregado Britado de Granulometria Extensa Tratado com Emulsão de Betume O agregado britado de granulometria extensa tratado com emulsão de betume consiste numa mistura betuminosa fabricada a frio. A mistura de agregados é obtida a partir das fracções 0/4, 4/10 e 10/20, ou em alternativa 0/6, 6/10 e 10/20. O ligante utilizado é, na maioria das aplicações, uma emulsão betuminosa de rotura lenta, quer do tipo catiónico quer do tipo aniónico [7]. Utilizado na conservação e reabilitação de camadas de desgaste, regularização e de base de pavimentos, este tipo de mistura não é recomendável em aplicações de grande espessura e a temperaturas baixas. Na Tabela 2 apresenta-se as características dos agregados e mistura de agregados das misturas betuminosas descritas anteriormente. A Tabela 3 contém as características das mesmas misturas betuminosas, utilizando o Método Marshall. TABELA 2 Características dos agregados e mistura de agregados das misturas betuminosas [7] Características Perda por desgaste na máquina de Los Angeles, máxima (Granulometria B) (%) Equivalente de areia, mínimo (%) Absorção de água para cada uma das fracções granulométricas componentes, máxima (%) Índices de lamelação e alongamento, máximos (%) Valor de azul de metileno (material de dimensão inferior a 75 mm), máximo Coeficiente de polimento acelerado, mínimo Percentagem de material britado (%) Percentagem de filer comercial, mínima (%) (a) Em camada de base (b) Em camada de regularização (c) Em camada de desgaste Métodos de ensaio Macadame betuminoso Mistura betuminosa densa LNEC E 237 40 (a)(b) 35 (b) LNEC E 199 50 (a)(b) 50 (b)(1) NP 581 NP 954 BS 812 Part 105 3 (a)(b) 3 (b) 30 (a)(b) 30 (b) NF P 18-592 0,8 (a)(b) 0,8 (b) BS 12 Part 3 - - - - - - - - (1) sem adição de filer. (2) betão betuminoso subjacente a camadas de desgaste drenante ou delgada. (3) caso se utilize como filer a cal hidráulica, limite reduzido para 1%. (4) 26% em granitos. (5) caso se utilize como filer a cal hidráulica, limite reduzido para 2%. (6) caso de betão betuminoso rugoso. (7) 30% em granitos. (8) com adição de filer. (9) granulometria A.
MATERIAISDECONSTRUÇÃO GUIA DE UTILIZAÇÃO 045 Betão betuminoso Betão betuminoso drenante Microbetão ou betão betuminoso rugoso Mistura betuminosa de alto módulo Microaglomerado betuminoso Lama betuminosa Argamassa betuminosa Agregado britado de granulometria extensa tratado com emulsão de betume Mistura betuminosa aberta a frio 35 (b)(2) 20 (c) 20 (c)(4) 20 (c)(4) 40 (a)(9) 35 (b) 20 (c)(7) 20 (c)(7) 20 (c)(7) 35 (b) 20 (c)(7) 40 (a)(9) 40 (b)(9) 35 (a)(b) 50 (b)(1)(2) 60 (c)(1) 60 (c)(1) 60 (c) 50 (a)(b) 60 (c)(1) 60 (c)(1) 40 (c)(8) 60 (c)(1) 40 (c)(8) 50 (b) 50 (c) (1) 40 (a)(b) 40 (a)(b) 2 (b)(2) 2 (c) 2 (c) 2 (c) 3 (a)(b) - - 2 (c) 3 (a)(b) 3 (a)(b) 30 (b)(2) 25 (c) 15 (c) 15 (c) 25 (c) (6) 30 (a)(b) 25 (c) - - 30 (b) 25 (c) - - 0,8 (b)(2) 0,8 (c) 0,8 (c) 0,8 (c) 0,8 (a)(b)(c) 0,8 (c) 0,8 (c) 0,8 (b)(c) - - 0,50 (c) 0,50 (c) 0,50 (c) 0,50 (c) 0,50 (c) 0,50 (c) 0,50 (c) - - 100 (c) 100 (c) 100 (c) - 100 (c) 100 (c) - - - - 2 (c)(3) 3 (c)(5) - - - - - 4.4. Produtos e Aplicações Especiais A vasta diversidade de betumes e misturas betuminosas disponíveis no mercado, proporcionada sobretudo pela utilização generalizada de betumes modificados, torna difícil a sua sistematização. No âmbito das características superficiais dos pavimentos, são múltiplas as opções de escolha para trabalhos de pavimentação, quer em trabalhos novos quer em trabalhos de conservação, reabilitação e reciclagem de pavimentos degradados. Relativamente à retardação da propagação de fendas em pavimentos, existem também técnicas associadas a materiais betuminosos. É o caso de argamassas betuminosas aplicadas em camadas delgadas, constituídas por mistura betuminosa com agregados de pequenas dimensões e ligantes puros de penetrações elevadas ou com betumes modificados com elastómeros [7]. No caso de pavimentações de superfícies com trânsito ligeiro, como por exemplo garagens, ciclovias, passeios de peões, pistas
046 2_BETUMES, LIGANTES E MISTURAS BETUMINOSAS desportivas, áreas recreativas e naves industriais, dispõe-se de soluções à base de emulsões betuminosas, lamas asfálticas e argamassas asfálticas especialmente destinadas à pavimentação de superfícies exteriores e interiores, em que algumas permitem obter acabamentos coloridos. 5. CONSERVAÇÃO, REABILITAÇÃO E RECICLAGEM Ao longo do tempo, as solicitações do tráfego e as condições climáticas conduzem à degradação das características dos materiais betuminosos. As manifestações de degradação mais importantes são o fendilhamento, as deformações e as desagregações. No caso das misturas betuminosas, os principais mecanismos de ruína são: - fendilhamento provocado pela passagem repetida dos veículos, associado ao fenómeno de fadiga; - fendilhamento devido a variações térmicas; - fendilhamento resultante da propagação de fendas de camadas inferiores; - deformações permanentes resultantes da aplicação repetida de cargas devidas ao tráfego, designadas correntemente por rodeiras; - desagregações devidas a várias causas, entre as quais o envelhecimento do betume. A Figura 8 mostra o fendilhamento duma camada de desgaste do tipo pele de crocodilo. Este tipo de fendilhamento, que resul- TABELA 3 Características das misturas betuminosas utilizando o Método Marshall [7] Características Resistência conservada, mínima (%) Percentagem de betume, mínima (%) Número de pancadas em cada extremo Força de rotura (N) Deformação, máxima (mm) VMA, mínimo (%) Porosidade (%) Relação ponderal filer/betume (a) Em camada de base (b) Em camada de regularização (c) Em camada de desgaste Macadame betuminoso 70(a) 75(b) Mistura betuminosa densa 75 (b) Betão betumin 75 (b)(2) 75 (c) - - - 75 (a)(1) 75 (b) 8000 a 15000 (a)(1) 8000 a 15000 (b) 4 (a)(1) 4 (b) 13 (a)(1) 13 (b) 4 a 6 (a)(1) 4 a 6 (b) 1,1 a 1,5 (a)(1) 1,1 a 1,5 (b) 75 (b) 8000 a 15000 (b) 4 (b) 13 (b) 3 a 6 (b) 1,1 a 1,5 (b) 75 (b)(2) 75 (c) 8000 a 15000 ( 8000 a 15000 4 (b)(2) 4 (c) 14 (b)(2) 14 (c) 3 a 6 (b)(2 4 a 6 (c) 1,1 a 1,5 (b) 1,1 a 1,5 (c (1) fuso A. (2) betão betuminoso subjacente a camadas de desgaste drenante ou delgada. (3) caso de betão betuminoso rugoso. Figura 8 Fendilhamento tipo pele de crocodilo
MATERIAISDECONSTRUÇÃO GUIA DE UTILIZAÇÃO 047 oso Betão betuminoso drenante Microbetão ou betão betuminoso rugoso Mistura betuminosa de alto módulo Argamassa betuminosa Agregado britado de granulometria extensa tratado com emulsão de betume Mistura betuminosa aberta a frio 80 (c) 80 (c) 80 (c)(3) 70 (a) 75 (b) 80 (c) 75 (c) 60 (a)(b) - 4 (c) 5 (c) 5 (c)(3) 5,3 (a)(b)(c) - 3 (a)(b) 3,5 (a)(b) b)(2) (c) 50 (c) 50 (c) 75 (c)(3) 75 (a)(b)(c) 50 (b)(c) - - - 8000 (c)(3) 16000 (a)(b)(c) 6000 (b) (c) 5000 (a)(b) - - 4 (c)(3) 4 (a)(b)(c) 5 (b)(c) - - ) (2) ) - 14 (c)(3) 22 a 30 (c) 3 a 6 (c) 3 a 5 (c)(3) 13 (a) 14 (b)(c) 2 a 6 (a)(b)(c) 15 (b)(c) - - 3 a 6 (b) 5 a 7 (c) - - - - 1,3 a 1,5 (a)(b)(c) - - -
048 2_BETUMES, LIGANTES E MISTURAS BETUMINOSAS ta da evolução das fendas ramificadas, constitui uma fase muito avançada de degradação do pavimento. As deformações podem ter origem na deficiente compacidade das camadas do pavimento, condições de drenagem e capacidade de suporte da fundação. As desagregações da camada de desgaste têm normalmente origem no envelhecimento do betume e na deficiente ligação que os diferentes componentes da mistura betuminosa passam a apresentar. Os ninhos ou covas são a expressão mais avançada deste tipo de degradação. Nas acções de conservação e reabilitação das camadas dos pavimentos são utilizados alguns dos produtos já referidos anteriormente: revestimentos superficiais, microaglomerado betuminoso a frio, lama asfáltica, argamassa betuminosa, betão e microbetão betuminoso rugoso, betão betuminoso drenante, macadame betuminoso, betão betuminoso de alto módulo. A reciclagem consiste em obter novas misturas betuminosas com a utilização de material retirado das misturas antigas, através de novos materiais (ligante, agregados ou mistura betuminosa). A reciclagem pode ter em vista não só a recuperação das características estruturais, mas também das características funcionais. A vantagem ambiental da reciclagem de pavimentos em misturas betuminosas é de grande importância, pois a reutilização das misturas minimiza o impacte ambiental relacionado com a produção e eliminação de resíduos provenientes das misturas betuminosas retiradas dos pavimentos. De um modo geral, a reciclagem de pavimentos consiste em fragmentar o pavimento existente com equipamento apropriado e reutilizar esse material como agregado para fabricar uma nova mistura betuminosa. A reciclagem de misturas betuminosas pode ser realizada mediante técnicas a frio ou a quente [8]. A reciclagem a frio pode ser realizada em central betuminosa (fixa ou móvel) ou in situ. São utilizadas predominantemente emulsões betuminosas. Os materiais obtidos pela reciclagem in situ com emulsão de betume têm comportamento intermédio relativamente ao das misturas betuminosas tradicionais fabricadas a quente e ao dos materiais de granulometria extensa estabilizados com emulsão. No entanto, outras técnicas têm surgido mais recentemente, como por exemplo a utilização da técnica de espuma em que o betume é disperso em vapor de água. A reciclagem a frio tem sido muito utilizada na reabilitação de camadas de pavimentos, quer delgadas quer espessas, com as vantagens gerais inerentes às técnicas de produção de misturas betuminosas a frio. O período de cura necessário, até ser possível a colocação da camada de desgaste, é uma das principais condicionantes da aplicação desta técnica. A reciclagem a quente é realizada em central, quer em centrais fixas quer em centrais móveis, contínuas ou descontínuas, utilizando-se o betume como ligante. Esta técnica aplica-se em reabilitações de pavimentos com problemas de interfaces de camadas e com fendilhamento, mesmo em vias de tráfego elevado. Relativamente à reciclagem a frio, esta técnica apresenta maior homogeneidade, sem limitações de espessura das camadas, e recorre ao equipamento convencional de produção de misturas betuminosas. Outra técnica possível é a reciclagem semiquente do material betuminoso do antigo pavimento. O material é aquecido no tambor de uma central de produção a quente, contínua ou descontínua, para posteriormente ser misturado com emulsão betuminosa adequada. O aquecimento a que o material é submetido inicialmente permite que a abertura ao tráfego seja imediata, não sendo necessário, portanto, o período de cura característico da reciclagem a frio. A escolha da técnica e dos materiais a utilizar em cada caso deve basear-se no conhecimento adequado da constituição e do estado de degradação do pavimento a reciclar.
MATERIAISDECONSTRUÇÃO GUIA DE UTILIZAÇÃO 049 6. BIBLIOGRAFIA [1] EN 12 597 (2000). Petroleum products, Bitumens and bituminous binders Terminology. European Standard. [2] PIARC (1999). Use of modified binders, binders with additives and special bitumens in road pavements. World Road Association, Routes and Roads, n.º 303, July, ISSN 0004-556 X, p. 9-179. [3] E 80-1997. Betumes e ligantes betuminosos. Betumes de pavimentação. Classificação, propriedades e exigências de conformidade. Especificação LNEC. MEPAT, Laboratório Nacional de Engenharia Civil, Portugal. [4] E 128-1997. Emulsões betuminosas aniónicas para pavimentação. Características e recepção. Especificação LNEC. MEPAT, Laboratório Nacional de Engenharia Civil, Portugal. [5] E 354-1997. Emulsões betuminosas catiónicas para pavimentação. Características e recepção. Especificação LNEC. MEPAT, Laboratório Nacional de Engenharia Civil, Portugal. [6] E 98-1997. Betumes fluidificados para pavimentação. Características e recepção. Especificação LNEC. MEPAT, Laboratório Nacional de Engenharia Civil, Portugal. [7] APORBET (1998). Misturas betuminosas. Contribuição para a normalização do fabrico e da aplicação. Associação Portuguesa de Fabricantes de Misturas Betuminosas. Portugal. [8] Pereira, P. e Miranda, V. (1999). Gestão da conservação dos pavimentos rodoviários. ISBN 972-8533-04-7.