dissertação para obtenção do grau de mestre em · dissertação para obtenção do grau de...

Contribuição para o estudo do comportamento de misturas

betuminosas incorporando nanomateriais

Leonor Martins Fróes Burguete

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em

Engenharia Civil

Júri

Presidente: Professor Doutor João Torres de Quinhones Levy

Orientador: Professor Doutor Luís Guilherme de Picado Santos

Vogal: Professor Doutor José Manuel Coelho das Neves

Lisboa, Julho de 2013

https://fenix.ist.utl.pt/homepage/ist11400

Agradecimentos

i

AGRADECIMENTOS

Ao Professor Doutor Luís Picado Santos, meu orientador, expresso o meu sincero agradecimento,

pela sua disponibilidade, exigência, paciência e profissionalismo. Agradeço ainda as discussões de

caráter futebolístico, tão bem temperadas com o seu vocabulário conimbricense, e pelas conversas

demoradas (ficava pelo menos uma hora no seu gabinete/escritório), mas verdadeiras lições de vida

e de partilha de conhecimento. Com ele aprendi que “um almoço nunca é de graça”.

Ao Professor Doutor João Bordado, Professor do Departamento de Química do IST, por me ter

ajudado a “arrancar” com a dissertação e acompanhado na fase inicial da mesma, pois foi decisivo na

escolha dos nanomateriais, e nos contactos de fornecedores.

Às empresas fornecedoras dos nanomateriais, nomeadamente “Omya” e “Sigma-Aldrich”, por terem

fornecido os nanomateriais utilizados para a produção das misturas betuminosas, bem como às

empresas Repsol e José Marques Gomes Galo, por terem disponibilizado o betume e os agregados,

respetivamente, imprescindíveis para a realização da presente dissertação.

Não há palavras para agradecer ao Rui Garcia e ao João Crucho, que tão amistosamente me

ajudaram na realização dos ensaios laboratoriais no Laboratório de Vias de Comunicação do IST.

Mais do que isso, agradeço por terem sido verdadeiras fontes de motivação ao longo da dissertação,

e fundamentais companhias. Facilitaram muito o convívio de laboratório, tão pouco frequentado por

mulheres. Em breve, será pago o almoço prometido!

Agradeço também ao Engenheiro Fernando Martinho, verdadeiro revolucionário das condições do

laboratório, pela companhia, pela opinião, e por me ter ensinado muito sobre esta área.

À Elaine e à Teresa, que sempre me receberam muito bem. A boa disposição e a compreensão foram

fundamentais para descontrair antes de uma reunião importante.

À minha Família e Amigos, pela inesgotável amizade, pelo acompanhamento, pela preocupação, e

pela paciência, mas sobretudo por acreditarem em mim, e por proporcionarem vários convívios

fundamentais para recarregar baterias.

Ao meu Pai, que mesmo à distância, está sempre em cima do acontecimento.

Ao Zé, por se manter por perto.

Resumo

iii

RESUMO

A procura de alternativas às misturas betuminosas produzidas a quente (MBQ) destinadas à

camada de desgaste tem sido posta em prática. O principal objetivo é encontrar soluções que visam

melhorar determinados requisitos respeitantes à segurança e ao conforto dos utilizadores nas

estradas, sem comprometer a viabilidade económica da solução. É, então, neste contexto que se

aplica a nanotecnologia, tratando-se de uma das soluções mais promissoras dos últimos anos.

A nanotecnologia é conhecida pela sua particularidade em poder dar origem a novos e

melhores materiais, através da alteração à escala nano das propriedades dum material corrente. Esta

é um ramo da ciência que se encontra mais desenvolvida nas áreas da química e física mas com

extensão para a engenharia em geral. Na engenharia rodoviária têm sido realizados alguns estudos,

sendo uma das soluções equacionadas a incorporação de nanomateriais nas MBQ.

No presente trabalho, avaliou-se o comportamento de MBQ, do tipo AC14 Surf 35/50,

incorporando três tipos de nanomateriais: montmorilonite, carbonato de cálcio precipitado (PCC), e

sílica. Foram estudadas três taxas de incorporação de nanomateriais, 2%, 4% e 6% do peso do

ligante, tendo sido também avaliadas duas quantidades de ligante, 5,5% e 6,5%. O estudo das MBQ

foi feito olhando para os resultados da metodologia de formulação Marshall, permitindo avaliar

algumas características que se sabem determinantes na sua composição como a força de rotura, a

deformação, e a porosidade. Foi ainda estudado o comportamento do betume incorporado com

nanomaterial, usando o ensaio de penetração e o ensaio da temperatura de amolecimento.

Os resultados obtidos indicam que as misturas betuminosas incorporadas por nanomateriais

apresentaram, no geral, um comportamento satisfatório em relação às MBQ, destacando-se neste

estudo a nanosílica. Esta apresentou o melhor comportamento para a força de rotura e para a

deformação na rotura, apesar de se ter apresentado como menos interessante do ponto de vista

económico o seu uso nas condições de produção atuais.

PALAVRAS-CHAVE

Misturas betuminosas a quente (MBQ)

Nanotecnologia

Nanomateriais

Caracterização de MBQ incorporadas por nanomateriais

Variáveis da Metodologia Marshall

Características de viscosidade de betume incorporado por nanomateriais

Abstract

v

ABSTRACT

The research for other alternatives to hot mix asphalt (HMA) intended for wearing course has

been put into practice. The main aim is to improve certain requirements related to the safety and

comfort of the road users, without compromising the economic viability of the solution. It is in this

context that nanotechnology is applied, and it can be said that it is one of the most exciting and

promising solutions in recent years.

Nanotechnology is known for its particularity to be able to develop new and better materials,

by changing the properties of a regular material at nanoscale. This is a science branch that is more

developed in chemistry and physics, but with developments for the engineering in general. On road

engineering some studies have been conducted, being the incorporation of nanomaterials in HMA one

of the solutions envisaged.

In this study, it was evaluated the behaviour of HMA, type AC14 Surf 35/50 (EN 13108-1),

incorporating three types of nanomaterials: montmorillonite, precipitated calcium carbonate (PCC) and

silica. Three percentages of incorporation for the nanomaterials were analysed, 2, 4 and 6 by weight

of bitumen, and also two percentages by weight of the bitumen, 5,5 and 6,5. The characterization of

HMA was taken following the methodology of Marshall, allowing the analysis of important

characteristics of the own composition such as stability, deformation, and porosity. It was also studied

the behaviour of bitumen containing nanomaterial, based on two tests: needle penetration and the

determination of the softening point.

The results indicated that the bituminous mixtures incorporating nanomaterials showed, in

general, a satisfactory behaviour compared to HMA, being the nanosilica the most promising

nanomaterial. This one presented the best behaviour for stability and deformation at failure, despite

the fact that it was appraised as being less interesting from the economical point of view for the

present production conditions.

KEYWORDS

Hot mix asphalt (HMA)

Nanotechnology

Nanomaterials

Assessment of HMA incorporating nanomaterials

Marshall methodology indicators

Viscosity characteristics for bitumen incorporating nanomaterials

Índice

vii

ÍNDICE

1. Introdução ........................................................................................................................................ 1

1.1 Enquadramento do Tema ........................................................................................................ 1

1.2 Objetivos do Trabalho ............................................................................................................. 2

1.3 Metodologia ............................................................................................................................. 2

1.4 Estrutura do Documento .......................................................................................................... 3

2. Caracterização de Misturas Betuminosas........................................................................................ 5

2.1 Considerações Iniciais ............................................................................................................. 5

2.2 Caracterização dos Constituintes das Misturas Betuminosas ................................................ 6

2.3 Requisitos para uma Boa Camada de Desgaste .................................................................... 8

2.4 Descrição das Misturas Betuminosas a Quente ................................................................... 10

2.4.1 Considerações Iniciais ........................................................................................................10

2.4.2 Principais Problemas das MBQ e Respetivas Causas .......................................................10

2.5 Nanotecnologia ...................................................................................................................... 13

2.5.1 Considerações Gerais ........................................................................................................13

2.5.2 Papel da Nanotecnologia na Atualidade - Prós e Contras .................................................14

2.6 Nanotecnologia Aplicada à Engenharia Rodoviária .............................................................. 16


2.6.2 Nanomateriais Incorporados nas Misturas Betuminosas a Quente ...................................21

2.6.3 Estudos de Caracterização de Misturas Betuminosas Incorporadas por Nanomateriais

Realizados Noutro Contexto ...........................................................................................................25

3. Descrição dos Trabalhos Experimentais........................................................................................ 33

3.1 Enquadramento ..................................................................................................................... 33

3.2 Composição das Misturas Betuminosas Analisadas ............................................................ 34

3.2.1 Agregados e Ligante ..........................................................................................................34

3.2.2 Nanomateriais .....................................................................................................................35

3.3 Análise de Acordo com a Metodologia Marshall ................................................................... 36

3.3.1 Fabrico das Misturas Betuminosas e dos Respetivos Provetes ........................................36

3.3.2 Baridade Aparente ..............................................................................................................41

3.3.3 Ensaio de Compressão Marshall ........................................................................................42

3.3.4 Baridade Máxima Teórica ...................................................................................................44

viii

3.4 Variação Verificada nas Características de Viscosidade do Betume ................................... 46


3.4.2 Ensaio de Penetração ........................................................................................................47

3.4.3 Ensaio da Temperatura do Ponto de Amolecimento - Método do Anel e Bola ..................48

4. Apresentação e Análise dos Resultados ....................................................................................... 51

4.1 Considerações Iniciais ........................................................................................................... 51

4.2 Análise Crítica do Estudo de Marshall .................................................................................. 51

4.2.1 Resultados da Baridade Aparente......................................................................................51

4.2.2 Resultados do Ensaio de Compressão de Marshall ..........................................................53

4.2.3 Resultados da Baridade Máxima Teórica ..........................................................................59

4.2.4 Indicadores Absolutos de Variação ....................................................................................64

4.3 Análise do Ensaio de Penetração ......................................................................................... 66

4.4 Análise do Ensaio da Temperatura do Ponto de Amolecimento ........................................... 68

4.5 Validação dos Resultados ..................................................................................................... 69

4.6 Análise do Custo de Produção de Misturas Betuminosas Incorporando Nanomateriais...... 71

5. Conclusões ..................................................................................................................................... 75

5.1 Síntese do Trabalho .............................................................................................................. 75

5.2 Principais Conclusões do Trabalho ....................................................................................... 75

5.3 Proposta de Desenvolvimentos Futuros ............................................................................... 76

Referências Bibliográficas ..................................................................................................................... 79

Normas e Especificações .................................................................................................................. 81

WEBgrafia .......................................................................................................................................... 82

Bibliografia ............................................................................................................................................. 83

ANEXOS ............................................................................................................................................... A.1

Anexo A - Montmorilonite.................................................................................................................. A.3

Anexo B - PCC .................................................................................................................................. A.9

Anexo C - Baridade Aparente ......................................................................................................... A.11

Anexo D - Força de Rotura ............................................................................................................. A.12

Anexo E - Deformação na Rotura ................................................................................................... A.13

Anexo F - Porosidade ..................................................................................................................... A.14

Anexo G - Penetração .................................................................................................................... A.15

Índice de Figuras

ix

ÍNDICE DE FIGURAS

Figura 2.1 - Estrutura dum pavimento flexível (LNEC, 2005) ................................................................. 6

Figura 2.2 - Fendilhamento do pavimento (Blades e Kearney, 2004) .................................................. 11

Figura 2.3 - Deformação do pavimento (Blades e Kearney, 2004) ....................................................... 12

Figura 2.4 - Desagregação da camada de desgaste (Blades e Kearney, 2004): a) Covas na camada

superficial; b) desintegração da superfície do pavimento ..................................................................... 13

Figura 2.5 - Demonstração da evolução das diferentes dimensões do pavimento (You et al., 2010) . 16

Figura 2.6 - Nanomaterial montmorilonite ............................................................................................. 21

Figura 2.7 - Estrutura da ligação betume - nanoargila (adaptado de Jahromi e Khodaii, 2009) .......... 22

Figura 2.8 - Nanomaterial PCC ............................................................................................................. 23

Figura 2.9 - Nanomaterial sílica ............................................................................................................ 24

Figura 2.10 - Resultados do ensaio de penetração em função da quantidade incorporada de cloisite-

15A e de nanofil-15 (adaptado de Jahromi e Khodaii, 2009) ................................................................ 26

Figura 2.11 - Resultados do ensaio da temperatura do ponto de amolecimento em função da

quantidade incorporada de cloisite-15A e de nanofil-15 (adaptado de Jahromi e Khodaii, 2009) ....... 27

Figura 2.12 - Resultados do ensaio da ductilidade em função da quantidade incorporada de cloisite-

15A e de nanofil-15 (adaptado de Jahromi e Khodaii, 2009) ................................................................ 27

Figura 2.13 - Resultados da penetração retida em função da quantidade incorporada de cloisite-15A e

de nanofil-15 (adaptado de Jahromi e Khodaii, 2009) .......................................................................... 29

Figura 2.14 - Resultados do aumento do ponto de amolecimento em função da quantidade

incorporada de cloisite-15A e de nanofil-15 (adaptado de Jahromi e Khodaii, 2009) .......................... 29

Figura 2.15 - Resultados obtidos do ensaio da viscosidade em função da variação da temperatura,

para o betume original não modificado, betume envelhecido não modificado, betume modificado com

nanoargila A e betume modificado com nanoargila B (adaptado de You et al., 2010) ......................... 30

Figura 2.16 - Resultados do módulo secante obtidos do ensaio de tração direta, para o betume

original não modificado, betume envelhecido não modificado, betume modificado com nanoargila A e

betume modificado com nanoargila B (adaptado de You et al., 2010) ................................................. 31

Figura 3.1 - Metodologia de Marshall realizada na dissertação em causa (adaptado de Picado-Santos,

2010) ...................................................................................................................................................... 33

Figura 3.2 - Curva granulométrica resultante do enquadramento no fuso da NP EN 13108-1:2011 ... 35

Figura 3.3 - Colocação do PCC aquoso, existente no recipiente branco, dentro do balão volumétrico

............................................................................................................................................................... 35

Figura 3.4 - Equipamento rotavapor, durante o processo de evaporação do PCC aquoso ................. 36

Figura 3.5 - PCC em pó agarrado às paredes do balão, resultante da evaporação do PCC aquoso .. 36

Figura 3.6 - Aquecimento dos agregados na estufa à temperatura de 180ºC ...................................... 37

Figura 3.7 - Aquecimento do betume e dos moldes dos provetes na estufa à temperatura de 130ºC 37

Figura 3.8 - Mistura do betume com o nanomaterial ............................................................................ 37

Figura 3.9 - Fabrico da mistura sobre placa elétrica com ajuda de uma batedeira .............................. 38

Figura 3.10 - Compactador de impacto e respetivo pilão ..................................................................... 39

Figura 3.11 - Aspeto final dos provetes após compactação ................................................................. 39

Índice de Figuras

x

Figura 3.12 - Quantidade de provetes produzidos para a mistura MBQ .............................................. 40

Figura 3.13 - Quantidade de provetes produzidos para a mistura MM ................................................. 40

Figura 3.14 - Quantidade de provetes produzidos para a mistura MP ................................................. 40

Figura 3.15 - Quantidade de provetes produzidos para a mistura MS ................................................. 40

Figura 3.16 - Desmoldagem de um provete .......................................................................................... 41

Figura 3.17 - Provete já desmoldado .................................................................................................... 41

Figura 3.18 - Provetes imersos ............................................................................................................. 42

Figura 3.19 - Medição da massa do provete imerso ............................................................................. 42

Figura 3.20 - Banho termoestático ........................................................................................................ 42

Figura 3.21 - Ensaio de compressão Marshall: a) Equipamento de ensaio; b) Provete em carga ....... 43

Figura 3.22 - Curva força de rotura-deformação obtida do ensaio de compressão Marshall ............... 43

Figura 3.23 - Aspeto visual de um provete após ensaio de compressão ............................................. 44

Figura 3.24 - Amostra desagregada antes de ser colocada no picnómetro ......................................... 44

Figura 3.25 - Picnómetro ligado a uma bomba de vácuo ..................................................................... 45

Figura 3.26 - Aspeto das amostras laboratoriais recolhidas para o ensaio de penetração e da

temperatura do ponto de amolecimento ................................................................................................ 47

Figura 3.27 - Equipamento utilizado no ensaio de penetração ............................................................. 47

Figura 3.28 - Ensaio de penetração com agulha (Branco et al., 2005) ................................................ 47

Figura 3.29 - Medições realizadas no ensaio de penetração ............................................................... 48

Figura 3.30 - Preparação dos anéis de latão ........................................................................................ 48

Figura 3.31 - Nivelamento da amostra .................................................................................................. 48

Figura 3.32 - Comportamento do betume durante a realização do ensaio da temperatura do ponto de

amolecimento ........................................................................................................................................ 49

Figura 4.1 - Variação da baridade aparente para 5,5% de betume com 2%, 4% e 6% de incorporação

de nanomateriais e por comparação com MBQ (0% de incorporação de nanomateriais) ................... 52

Figura 4.2 - Variação da baridade aparente para 6,5% de betume com 2%, 4% e 6% de incorporação

de nanomateriais e por comparação com MBQ (0% de incorporação de nanomateriais) ................... 52

Figura 4.3 - Variação da força de rotura para 5,5% de betume com 2%, 4% e 6% de incorporação de

nanomateriais e por comparação com MBQ (0% de incorporação de nanomateriais) ........................ 54

Figura 4.4 - Variação da força de rotura para 6,5% de betume com 2%, 4% e 6% de incorporação de


Figura 4.5 - Variação da deformação para 5,5% de betume com 2%, 4% e 6% de incorporação de


Figura 4.6 - Variação de Fr/Def para 5,5% de betume com 2%, 4% e 6% de incorporação de


Figura 4.7 - Variação da deformação para 6,5% de betume com 2%, 4% e 6% de incorporação de


Figura 4.8 - Variação de Fr/Def para 6,5% de betume com 2%, 4% e 6% de incorporação de


Índice de Figuras

xi

Figura 4.9 - Variação da baridade máxima teórica para 5,5% de betume com 2%, 4% e 6% de

incorporação de nanomateriais e por comparação com MBQ (0% de incorporação de nanomateriais)

............................................................................................................................................................... 59

Figura 4.10 - Variação da baridade máxima teórica para 6,5% de betume com 2%, 4% e 6% de

incorporação de nanomateriais e por comparação com MBQ (0% de incorporação de nanomateriais)

............................................................................................................................................................... 60

Figura 4.11 - Variação da porosidade para 5,5% de betume com 2%, 4% e 6% de incorporação de


Figura 4.12 - Variação da porosidade para 6,5% de betume com 2%, 4% e 6% de incorporação de


Figura 4.13 - Variação do VMA para 5,5% de betume com 2%, 4% e 6% de incorporação de


Figura 4.14 - Variação do VMA para 6,5% de betume com 2%, 4% e 6% de incorporação de


Figura 4.15 - Variação da penetração do betume das misturas betuminosas com 2%, 4% e 6% de

incorporação de nanomateriais e por comparação com o betume de MBQ (0% de incorporação de

nanomateriais) ....................................................................................................................................... 67

Figura 4.16 - Variação da temperatura de amolecimento do betume das misturas betuminosas com

2%, 4% e 6% de incorporação de nanomateriais e por comparação com o betume de MBQ (0% de

incorporação de nanomateriais) ............................................................................................................ 68

Índice de Quadros

xiii

ÍNDICE DE QUADROS

Quadro 2.1 - Funções e mecanismos de degradação da camada de desgaste (INIR, 2011) ................ 8

Quadro 2.2 - Influência das características de superfície (LNEC, 2005) ................................................ 9

Quadro 2.3 - Designação das misturas betuminosas para a camada de desgaste (EP, 2009) ........... 10

Quadro 2.4 - Objetivos gerais da aplicação de nanomateriais em cada fase de conceção dum

pavimento (adaptado de Partl et al., 2004) ........................................................................................... 20

Quadro 2.5 - Propriedades químicas da montmorilonite (adaptado de Sigma-Aldrich, 2012) ............. 22

Quadro 2.6 - Propriedades químicas do PCC aquoso (adaptado de Omya, 2010).............................. 23

Quadro 2.7 - Propriedades químicas da sílica ...................................................................................... 24

Quadro 2.8 - Propriedades do betume (adaptado de Jahromi e Khodaii, 2009) .................................. 26

Quadro 2.9 - Propriedades das nanoargilas: cloisite-15A e nanofil-15 (adaptado de Jahromi e Khodaii,

2009) ...................................................................................................................................................... 26

Quadro 3.1 - Denominações das misturas betuminosas estudadas..................................................... 34

Quadro 3.2 - Curva granulométrica de estudo adequada ao fuso granulométrico da NP EN 13108-

1:2011 .................................................................................................................................................... 34

Quadro 4.1 - Baridade aparente das misturas betuminosas com 5,5% de betume ............................. 51

Quadro 4.2 - Baridade aparente das misturas betuminosas com 6,5% de betume ............................. 52

Quadro 4.3 - Força de rotura das misturas betuminosas com 5,5% de betume .................................. 53

Quadro 4.4 - Força de rotura das misturas betuminosas com 6,5% de betume .................................. 54

Quadro 4.5 - Deformação obtida para as misturas betuminosas com 5,5% de betume ...................... 56

Quadro 4.6 - Deformação obtida para as misturas betuminosas com 6,5% de betume ...................... 57

Quadro 4.7 - Resultados obtidos do ensaio da baridade máxima teórica ............................................ 59

Quadro 4.8 - Porosidade das misturas betuminosas com 5,5% de betume ......................................... 60

Quadro 4.9 - Porosidade das misturas betuminosas com 6,5% de betume ......................................... 62

Quadro 4.10 - Resultados obtidos do volume de vazios no agregado ................................................. 63

Quadro 4.11 - Indicadores absolutos de variação para as misturas betuminosas com 5,5% de betume

............................................................................................................................................................... 65


............................................................................................................................................................... 66

Quadro 4.13 - Resultados obtidos do ensaio de penetração ................................................................ 67

Quadro 4.14 - Resultados obtidos do ensaio da temperatura do ponto de amolecimento ................... 68

Quadro 4.15 - Limites dos requisitos das misturas betuminosas aplicadas na camada de desgaste

(adaptado de EP, 2009) ........................................................................................................................ 69

Quadro 4.16 - Validação dos resultados obtidos do estudo Marshall para as misturas betuminosas

com 5,5% de betume ............................................................................................................................. 69

Quadro 4.17 - Validação dos resultados obtidos do estudo Marshall para as misturas betuminosas

com 6,5% de betume ............................................................................................................................. 70

Quadro 4.18 - Análise dos custos de produção parciais das misturas betuminosas............................ 72

Simbologia e Abreviaturas

xv

SIMBOLOGIA

B - Conteúdo de ligante do provete (%)

h - Altura do provete

m1 - Massa do provete seco (g)

m2 - Massa do provete imerso, em (g)

m3 - Massa do provete saturado com superfície seca (g)

M1 - Massa do picnómetro e acessórios (g)

M2 - Massa do picnómetro, acessórios, e amostra (g)

M3 - Massa do picnómetro, acessórios, amostra, e água (g)

nm - Nanómetro (símbolo genérico)

rpm - Rotações por minuto (símbolo genérico)

SiO2 - Dióxido de silício

Vm - Conteúdo de vazios do provete (%)

Vp - Volume do picnómetro (m3)

µm - Micrómetro (símbolo genérico)

ρbssd - Baridade do provete saturado com superfície seca (kg/m3)

ρmv - Baridade máxima teórica da mistura betuminosa (kg/m3)

ρB - Baridade do betume (kg/m3)

ρw - Massa volúmica da água à temperatura de ensaio (kg/m3)

ABREVIATURAS

AASHTO - American Association of State Highway and Transportation Officials

AC - Asphalt Concrete

ASTM - American Society for Testing and Materials

BB - Betão betuminoso

BMT - Baridade máxima teórica

Def - Deformação

EN - European Standard

EP - Estradas de Portugal, S.A.

FIB - Fundación de la Innovación Bankinter

Fr - Força de rotura

IPQ - Instituto Português da Qualidade

MBQ - Mistura betuminosa a quente

MM - Mistura betuminosa AC14 Surf 35/50 com montmorilonite

MP - Mistura betuminosa AC14 Surf 35/50 com PCC

MS - Mistura betuminosa AC14 Surf 35/50 com sílica

NP - Norma Portuguesa

PCC - Precipitate Calcium Carbonate

Surf - Surface

VMA - Volume de vazios no agregado

Capítulo 1 - Introdução

1

1. Introdução

1.1 Enquadramento do Tema

A preocupação em ter um pavimento durável, com boas características mecânicas, e que seja

igualmente viável do ponto de vista económico, tem vindo a tornar-se cada vez mais numa prioridade,

particularmente perante a crise económica mundial que se vive nos dias de hoje. Muito embora essa

ideia não tenha surgido há pouco tempo, a preocupação económica obriga a que se estudem outras

soluções, sendo a nanotecnologia uma das hipóteses mais promissoras. Não obstante a falta de

informação sobre o tema, existe suficiente conhecimento que permita a realização da presente

dissertação. Esta vem, portanto, tentar mitigar essa lacuna, aproveitando naturalmente o pouco que

já foi estudado.

Os pavimentos rodoviários são o principal intermediário com o terreno natural para permitir a

adequada circulação dos veículos, estando esta muito dependente da forma como a intermediação é

conseguida. Do ponto de vista do condutor, o que se procura num pavimento é segurança e conforto,

ambos diretamente relacionados com a evolução do comportamento estrutural do mesmo, e também

do seu comportamento funcional, relacionado com a qualidade das suas características de superfície.

Estes princípios são o ponto de partida para o uso da nanotecnologia integrada na engenharia

rodoviária, e o desafio da presente dissertação: estudar o comportamento duma camada de

desgaste, constituída por uma mistura betuminosa incorporada por nanomateriais.

Tendo em conta apenas a nanotecnologia, é importante que, em primeiro lugar, se perceba o

seu conceito, e quais as vantagens e desvantagens da aplicação de nanomateriais, de maneira a

fazer-se a ponte de ligação com a engenharia rodoviária. O que se pretende no primeiro passo é

perceber de que forma a nanotecnologia tem sido aplicada em diversas áreas da engenharia ou

outras, bem como salientar quais os nanomateriais mais usados nas mesmas. Com base no

conhecimento adquirido, é possível, então, proceder-se ao uso desse conhecimento, aplicando-o à

engenharia rodoviária. Este segundo passo implica a avaliação da viabilidade, quer seja orgânica

quer seja económica, da utilização dos nanomateriais em pavimentos, procurando atingir orientações

para a sua utilização.

O interesse na nanotecnologia centra-se na procura do controlo da estrutura e do

comportamento quase ao nível molecular, abrindo a possibilidade de influenciar positivamente a

ocorrência de novas propriedades (FIB, 2006). É, então, percetível que esta tecnologia abrange o

campo da química e física, bem como o da engenharia. Esta relação entre ambos apela a que, tanto

os químicos e físicos, como os engenheiros, façam um esforço para diminuir a distância que existe

entre eles, de maneira a promover a nanotecnologia aplicada em áreas apropriadas de engenharia,

que tenham em vista solucionar as necessidades da população (Steyn, 2009). De facto, a

colaboração de ambos os lados ajuda no encontro da solução mais viável.

Tratando-se de uma nova tecnologia, a aplicação de nanomateriais na engenharia rodoviária

tem de ser vista com cuidado, nomeadamente ao nível do impacto que a sua utilização pode trazer

diretamente às pessoas ou ao ambiente. Na linha desta preocupação, o presente estudo selecionou

Contribuição para o estudo do comportamento de misturas betuminosas incorporando nanomateriais

2

para avaliação nanomateriais não agressivos, incorporando-os nas misturas betuminosas para testar

o seu efeito no seu desempenho, e verificar se tem potencial para ser alternativa à mistura

betuminosa convencional.

Sendo potencialmente dispendiosa a aplicação da nanotecnologia nas misturas betuminosas,

e admitindo que no mundo desenvolvido o foco está mais colocado na reabilitação, faz sentido que

sejam as camadas de desgaste dos pavimentos o objeto primeiro do uso de novas formas de

melhorar desempenhos.

Em Portugal, um pouco a par dos restantes países europeus, ainda pouco é conhecido no

campo da nanotecnologia aplicada à engenharia rodoviária. Deste modo, é essencial realizar um

trabalho exploratório das possibilidades como este procura ser. O presente estudo inclui a explicação

da vantagem da utilização de nanomateriais nas misturas betuminosas, e de que forma podem

contribuir para melhorar o desempenho dos pavimentos no contexto que foi descrito.

1.2 Objetivos do Trabalho

Muito da motivação e objetivos do estudo foram enquadrados na secção anterior, mas

especificamente pretende-se:

Definir que nanomateriais têm potencial imediato para serem usados, nomeadamente

através de ensinamentos que se foram buscar a outras áreas da engenharia (engenharia

química);

Usar os nanomateriais definidos no fabrico de misturas betuminosas a quente do tipo

AC14 Surf 35/50, de acordo com a norma NP EN 13108-1 (IPQ, 2011), com diferentes

formulações, e fazer a comparação do seu desempenho com o de uma mistura

convencional do mesmo tipo, de modo a tirar as conclusões possíveis quanto à

viabilidade das misturas betuminosas com nanomateriais.

1.3 Metodologia

A metodologia usada para atingir os objetivos propostos pode resumir-se desta forma:

Definir os nanomateriais com mais potencial para serem usados, com recurso a uma

suficientemente documentada revisão do estado da arte, mas principalmente através do

uso da experiência do Departamento de Engenharia Química do IST;

Tendo sido eleitos três tipos de nanomateriais, tornou-se necessário definir a composição

de quatro misturas betuminosas a quente do tipo AC14 Surf 35/50, uma convencional e

as restantes três misturas produzidas com incorporação de nanomateriais;

Submetendo provetes Marshall (EN 12697-34, CEN, 2004b) das misturas eleitas ao

ensaio de compressão Marshall e caracterizando esses provetes volumetricamente e em

massa, procurar-se-á extrair conclusões sobre o seu desempenho relativo. Para isto

ainda se usou a apreciação dos resultados da penetração (NP EN 1426, IPQ, 2003a) e

da temperatura de amolecimento pelo método do “Anel e Bola” (NP EN 1427, IPQ,

2003b), no sentido de poder inferir algum efeito de modificação destas propriedades no

ligante resultante da adição ao betume de destilação direta dos nanomateriais escolhidos;

Estabelecer as principais inferências atendendo aos condicionalismos usados.

Capítulo 1 - Introdução

3

1.4 Estrutura do Documento

O presente documento é constituído por cinco capítulos, sendo este primeiro o capítulo

introdutório, onde se explica a motivação, onde se faz o enquadramento do tema, realçando a

importância da nanotecnologia no domínio rodoviário, e onde são enumerados os objetivos

propostos, detalhando os métodos seguidos para que estes sejam atingidos.

No Capítulo 2, denominado “Caracterização de Misturas Betuminosas”, faz-se uma revisão

geral dos conhecimentos sobre as misturas betuminosas a quente, com o intuito de fazer a ponte com

as novas misturas betuminosas incorporadas por nanomateriais. Enquadra-se a utilização das

misturas betuminosas a quente, particularmente na camada de desgaste, e evidenciam-se os

requisitos e os problemas a que habitualmente estão associadas. Ainda neste capítulo, descreve-se o

que é a nanotecnologia e o que esta envolve, dando introdução à aplicação desta nova tecnologia na

engenharia rodoviária. Faz-se também a caracterização dos nanomateriais a utilizar, tendo em

atenção o seu propósito de melhorar as características das misturas betuminosas aplicadas na

camada de desgaste. Este capítulo termina com a apresentação de estudos/ensaios semelhantes já

realizados, no sentido de completar a informação que se pode produzir sobre o assunto.

O Capítulo 3 tem o título “Descrição dos Trabalhos Experimentais”. Neste capítulo reúne-se a

informação relativa aos ensaios laboratoriais (nomeadamente ensaio Marshall, ensaio de penetração

e ensaio da temperatura do ponto de amolecimento), e respetivas normas, os quais foram realizados

para as quatro misturas betuminosas produzidas.

O Capítulo 4, com o título “Apresentação e Análise dos Resultados”, é onde se descreve a

avaliação do comportamento das misturas betuminosas produzidas com base nos resultados

laboratoriais, o que permite extrair conclusões sobre o desempenho das mesmas. Complementa-se

este capítulo com um estudo da viabilidade económica da incorporação dos nanomateriais, de modo

a permitir complementar a informação para a avaliação da possibilidade de uso dos nanomateriais

estudados.

No Capítulo 5, “Conclusões”, apresentam-se as principais conclusões do trabalho e

recomendam-se futuros passos para a continuidade do estudo que se desenvolveu.

O documento termina com as “Referências Bibliográficas” e os “Anexos”. Nestes reúnem-se

as fichas informativas dos nanomateriais, indispensáveis para a concretização do estudo e que

ajudam a perceber o contexto em que o estudo foi realizado, bem como apresentam-se os resultados

individuais obtidos para os vários ensaios.


4 Leonor Burguete

Capítulo 2 - Caracterização de Misturas Betuminosas

Leonor Burguete 5

2. Caracterização de Misturas Betuminosas

2.1 Considerações Iniciais

O pavimento, neste caso de estudo indicado para fins rodoviários, define-se como uma

superfície de rolamento destinada à adequada circulação dos veículos. Esta superfície, que necessita

de resistir às tensões e deformações provocadas pelas solicitações climáticas e principalmente pelo

tráfego, deve também garantir que este circula em conformidade com a segurança, comodidade e

economia (Branco et al., 2005). Atendendo a estes fatores, e tendo em atenção o período de vida útil

dum pavimento, compreende-se que seja importante encontrar soluções que consigam não só

melhorar o seu comportamento mecânico, como permitam que a sua realização e manutenção sejam

economicamente mais viáveis.

Para uma boa conceção do pavimento rodoviário, é habitual que seja constituído por diversas

camadas. Na parte superior, sendo a mais solicitada, não só porque se encontra em contacto direto

com as rodas dos veículos, como também porque é a mais vulnerável à agressão ambiental, utilizam-

se os materiais mais resistentes, que garantem o bom desempenho do pavimento e protegem as

camadas inferiores. Devido à exigência da qualidade dos materiais, é natural que estes sejam

também os mais caros. À medida que se desce para camadas inferiores, e uma vez que as

solicitações suavizam progressivamente, a exigência de qualidade dos materiais decresce, e

consequentemente decresce o seu custo. De acordo com Branco et al. (2005), as principais

solicitações a ter em conta aquando da conceção dum pavimento são: cargas do tráfego, que se

caracterizam por determinada intensidade, duração e distribuição espacial, e agressões térmicas, que

afetam a reologia do material betuminoso, e que habitualmente se traduzem em deformações.

É possível distinguir os pavimentos rodoviários em duas categorias principais: pavimentos

flexíveis e pavimentos rígidos, apontando-se a deformabilidade como o parâmetro fulcral na sua

distinção. Também se poderia considerar a existência de pavimentos semi-rígidos que apresentam

comportamentos situados entre os evidenciados pelos dois primeiros tipos. A presente dissertação

diz apenas respeito ao pavimento flexível, mostrando-se na Figura 2.1 as camadas constituintes

deste tipo de pavimento:

Camada de desgaste (com espessura entre 4 e 8 cm);

Camada de regularização (com espessura entre 4 e 10 cm, existindo porque pode

somente existir base betuminosa e camada de desgaste);

Camada de base (com espessura entre 10 e 30 cm);

Camada de sub-base (com espessura entre 15 e 30 cm).

Dentro do pavimento flexível, a camada em estudo é a camada de desgaste, pois é à qual se

exigem os melhores materiais, como já foi referido, sendo que a nanotecnologia lhe pode trazer

benefícios para o cumprimento dum bom comportamento. Observando a Figura 2.1, é possível

verificar que a camada de desgaste encontra-se no topo do pavimento, totalmente exposta aos

diversos agentes de deterioração.


6 Leonor Burguete

Figura 2.1 - Estrutura dum pavimento flexível (LNEC, 2005)

2.2 Caracterização dos Constituintes das Misturas Betuminosas

Em Portugal, as camadas superiores dos pavimentos flexíveis são mais frequentemente

formadas por misturas betuminosas fabricadas a quente (MBQ). Nesta secção, pretende descrever-

se os seus constituintes, sendo os três principais componentes elementares: o betume asfáltico, os

agregados, e ar dos vazios.

O betume asfáltico (designado doravante simplesmente por betume) é um ligante muito

utilizado no fabrico de misturas betuminosas, sendo a sua principal função ligar os agregados. É um

material termoplástico que apresenta cor negra, e caracteriza-se por ter boas propriedades adesivas.

No que diz respeito à viscosidade, o betume apresenta-se mole a elevadas temperaturas, e vai

endurecendo à medida que a temperatura diminui.

A composição química do betume asfáltico é complexa. De um modo geral, as moléculas

constituintes podem ser classificadas em dois grandes grupos: asfaltenos e maltenos. Estes últimos

podem ainda subdividir-se em três grupos, designados por resinas, aromáticos, e saturados.

Atendendo aos quatro grupos referidos, que naturalmente estão relacionados, e de maneira a resumir

a informação mais relevante, importa mencionar que (Jahromi e Khodaii, 2009):

Uma maior quantidade de asfaltenos provoca difícil penetração do betume, bem como

aumenta o seu ponto de amolecimento, o que se traduz numa maior viscosidade;

As resinas são compostas por moléculas polarizadas, o que as torna bastante adesivas;

Os saturados são óleos viscosos, e são constituídos por moléculas apolares. A sua

constituição é responsável pela existência da maior parte dos componentes cerosos no

betume;

Juntamente com os saturados, os aromáticos perfazem o conjunto de óleos integrantes

no betume, e conferem certa plasticidade ao betume.

São estes os principais aspetos que definem a reologia do betume asfáltico, sendo que esta

tem diretamente a ver com a maneira como se comporta quando sujeito a solicitações. Torna-se,


Leonor Burguete 7

assim, relevante a avaliação das propriedades do betume, seguindo um conjunto de normas com

vista a um melhor controlo do seu comportamento.

O tipo de betume a utilizar tem que ver com vários aspetos ligados à sua finalidade, às

condições climáticas, e a questões meramente comerciais, sendo o betume 35/50 o mais usual em

Portugal para o fabrico de MBQ.

Segundo Branco et al. (2005), a quantidade de material agregado integrante nas misturas

betuminosas é da ordem dos 90 a 95% do peso total, o que equivale a valores de 75 a 85% do

volume total da mistura. A sua quantidade dá sentido à sua relevância, uma vez que os agregados

formam um esqueleto sólido, coeso, resistente, e de origem pétrea, possibilitando resistir à

agressividade do tráfego, isto é, ao choque, ao desgaste e ao atrito. Desta forma, a escolha do

material granular exige algumas características, tais como resistência, granulometria, forma das

partículas (preferencialmente cúbicas, e não lamelares ou alongadas), limpeza e adesividade. O

desgaste das partículas demonstra-se particularmente importante quando a mistura betuminosa se

destina para a camada de desgaste, uma vez que esta se encontra diretamente sujeita à ação do

tráfego (Neves, 2010). Assim, quando se projeta um pavimento com base em MBQ, é preciso

assegurar que o agregado é forte e durável, com uma forma angular suficientemente boa para resistir

a determinados condicionalismos.

Nas MBQ, o betume asfáltico deve ser aquecido a uma temperatura entre 120 e 140ºC, e os

agregados devem ser aquecidos a temperaturas entre 175 e 190ºC. O controlo da temperatura,

nomeadamente a do betume, é importante pois influencia a temperatura de mistura e de

compactação das MBQ. Todo o processo de fabrico é geralmente feito numa central com as

condições próprias para medir as quantidades corretas do ligante e dos agregados, assim como

aquecê-los, e seguidamente misturá-los.

O ar presente na mistura corresponde aos vazios existentes, sendo estes muito importantes e

necessários. Um dos objetivos a atingir para uma adequada mistura betuminosa é obter uma

percentagem de vazios suficientemente elevada para evitar a exsudação do betume, mas por outro

lado, não tão elevada, senão corre-se o risco de pós-compactação (Picado-Santos, 2010). Desta

forma, a quantidade de vazios, que se reflete em algumas propriedades como a porosidade ou o

volume de vazios no agregado, é uma variável que tem de ser controlada, de maneira a garantir um

bom comportamento da mistura betuminosa.

Para além destes materiais constituintes, existem outros facultativos, denominados aditivos,

que podem ser adicionados nas misturas betuminosas com o intuito de melhorar as propriedades das

mesmas, e alterar o seu comportamento consoante as características exigidas. Evidencia-se, por

exemplo, a borracha, conhecida por aumentar a durabilidade das MBQ (Skotnicki et al., 2010). É

importante referir que muitas vezes os aditivos são materiais reutilizados, como é o caso da borracha

de pneus, o que significa que em geral reduzem-se custos. Para além disso, e de acordo com

Feiteira-Dias e Picado-Santos (2009), a sua incorporação nas misturas betuminosas ajuda na

resolução de problemas ambientais, pois a eliminação do grande volume de pneus usados constitui

um problema ambiental mundial.


8 Leonor Burguete

Tendo em atenção o material “nanomaterial” que é adicionado à mistura betuminosa, ainda

não se encontra bem definido quanto ao seu papel na mesma. Tanto pode ter o papel de agregado

muito fino que é adicionado ao betume, tendo como resultado uma ligação apenas física, sem dar

origem a um só componente, ou apresentar a função de aditivo, uma vez que pode provocar

mudanças químicas no betume, e consequente alteração das suas propriedades. Esta é uma questão

que será focada nas secções seguintes.

2.3 Requisitos para uma Boa Camada de Desgaste

Após a formulação da granulometria, segue-se a mistura dos agregados com a quantidade de

ligante pré-definida. Só depois dos materiais serem misturados, transportados, espalhados e

compactados é que a realização de uma camada do pavimento fica finalizada.

Na realização das camadas de pavimentos rodoviários são tidas em conta as funções que se

pretende que desempenhem, a par dos critérios, já anteriormente referidos, relativos à economia e

durabilidade. No que diz respeito à camada de desgaste, no Quadro 2.1 apresentam-se as suas

funções, bem como os respetivos mecanismos de degradação. Para que essas funções sejam

cumpridas de forma adequada, é necessário que a camada de desgaste apresente determinados

requisitos que muito têm a ver com as características das misturas betuminosas, sendo elas:

estabilidade, durabilidade, flexibilidade, resistência à fadiga, aderência, trabalhabilidade e

permeabilidade, não estando estas por ordem de relevância (Branco et al., 2005).

Quadro 2.1 - Funções e mecanismos de degradação da camada de desgaste (INIR, 2011)

Na sequência da análise do Quadro 2.1, é possível referir que para uma adequada circulação

do tráfego com conforto e segurança, é necessário garantir boas características geométricas do perfil

transversal e da superfície do pavimento. Em termos gerais, essas características estão relacionadas

com aspetos como a regularidade da superfície, o desempeno e a ausência de deformações

permanentes (Neves, 2010).

Uma outra função da camada de desgaste é proteger as restantes camadas do pavimento da

ação do tráfego, e suportar, redistribuir e transferir para as camadas inferiores as tensões induzidas


Leonor Burguete 9

pelos rodados dos veículos. A escolha dos materiais que têm melhores características demonstra-se

importante para uma boa compactação, assegurando consequentemente a compacidade e

estabilidade da camada de desgaste (Branco et al., 2005).

No que diz respeito às características de drenagem, estas são fulcrais para garantir um rápido

escoamento da água superficial, evitando-se, assim, fenómenos de hidroplanagem, muito prejudiciais

à segura circulação dos veículos. A hidroplanagem pode ocorrer devido à má construção e/ou

funcionamento do pavimento, que por ter insuficientes inclinações transversais e longitudinais ou

apresentar deformações, leva à retenção da água no pavimento por um período de tempo superior ao

recomendável. Deste modo, a quantidade de água retida vai aumentando, aumentando também a

espessura da película de água, provocando a perda da aderência entre os pneus e a superfície do

pavimento (Neves, 2010).

É possível mencionar uma outra característica tão importante como as anteriores, que tem

particularmente em vista a segurança do tráfego, e tem que ver com a resistência à derrapagem. Esta

resistência traduz-se na aderência dos pneus dos veículos à superfície do pavimento, pelo que é uma

característica que deve ser assegurada na camada de desgaste. O que é desejável é ter uma

superfície rugosa, conseguida através da utilização de agregados resistentes ao polimento e com

uma formulação adequada da mistura betuminosa para atingir uma eficiente textura na superfície

(Neves, 2010).

Segundo o que já foi referido sobre os requisitos para uma boa camada de desgaste,

demonstra-se, no Quadro 2.2, qual o nível de influência das características de superfície face às

exigências funcionais da mesma.

Quadro 2.2 - Influência das características de superfície (LNEC, 2005)

Das características apresentadas no Quadro 2.2, é possível afirmar que:

A aderência é fulcral para a segurança da circulação de veículos;

A regularidade da superfície é fundamental para garantir o conforto do utilizador, e muito

importante quanto à economia, que por sua vez está diretamente relacionada com o

consumo de combustível, o desgaste dos veículos e o tempo de viagem (LNEC, 2005);


10 Leonor Burguete

O ruído induzido pela circulação de veículos tem influência determinante quanto às

questões ambientais, tendo também grande influência no conforto do condutor.

De facto, a camada de desgaste é afetada por diversos agentes, tanto atmosféricos como de

tráfego, que se podem refletir em fendilhamento, desgaste e/ou deformações, tal como evidenciado

no Quadro 2.1. O que se pretende é que a camada de desgaste seja não só resistente a essas

ações, como também consiga cumprir adequadamente as suas funções, e assegurar determinadas

qualidades, por exemplo óticas, anti-derrapantes, ou anti-ruído (Branco et al., 2005).

2.4 Descrição das Misturas Betuminosas a Quente

2.4.1 Considerações Iniciais

O termo mistura betuminosa a quente (MBQ), já referido anteriormente, é o mais comum nas

obras de pavimentação, particularmente em Portugal. Este tipo de misturas betuminosas vai desde as

argamassas betuminosas, fabricadas apenas com agregados finos, filer e betume, até aos

macadames betuminosos, nos quais os agregados grossos têm um papel decisivo no comportamento

da mistura (Cepsa, 2007).

Naturalmente que as características que se pretende que a mistura betuminosa tenha

condicionam os diferentes componentes a usar, dando origem a vários tipos de misturas

betuminosas. No que se refere às MBQ, são fabricadas a temperaturas superiores à temperatura

ambiente, o que se traduz por valores à saída da central de fabrico geralmente situados entre os 150

e os 180ºC. Este facto facilita o seu manuseamento, espalhamento e compactação. Quanto aos seus

constituintes, os materiais agregados devem pertencer a várias frações granulométricas, doseadas de

forma equilibrada, e o ligante deve obedecer a determinadas especificações.

No Quadro 2.3 encontram-se as habituais designações dos distintos betões betuminosos

aplicáveis à camada de desgaste. Neste estudo, a MBQ que se vai usar é o Betão Betuminoso (BB),

por ser a de mais comum aplicação em camadas de desgaste. Deste modo, de acordo com NP EN

13108-1 (IPQ, 2011), a designação da mistura betuminosa é “AC14 surf 35/50 (BB)”, sendo a

denominação “AC” referente à designação do produto, cujo o termo em inglês é “asphalt concrete”, e

a denominação “surf” referente à camada de desgaste, cujo o termo em inglês é “surface”.

Quadro 2.3 - Designação das misturas betuminosas para a camada de desgaste (EP, 2009)

2.4.2 Principais Problemas das MBQ e Respetivas Causas

Já se fez uma descrição das agressões que os pavimentos tipicamente sofrem, sobretudo a

camada de desgaste, mas para efeito desta secção vai admitir-se que podem ser distinguidas em

quatro classes (Blades e Kearney, 2004):


Leonor Burguete 11

Fendilhamento;

Deformação;

Desagregação;

Defeitos da camada superficial.

Fendilhamento

O facto do pavimento estar sujeito a variações de temperatura, ou mesmo da mistura

betuminosa sofrer repetidas alterações ao longo do seu tempo de vida, é suficiente para que se

comecem a formar fendas. Normalmente, o aparecimento da primeira fenda leva a que outras surjam,

podendo mesmo provocar a rotura total do pavimento (Blades e Kearney, 2004). Na Figura 2.2

demonstra-se um exemplo de fendilhamento do pavimento.

Figura 2.2 - Fendilhamento do pavimento (Blades e Kearney, 2004)

Quando o tráfego em causa é o pesado, isto é, quando o pavimento sofre variadas deflexões

causadas por repetidas cargas pesadas, dá-se a formação de uma série de fendas muito próximas

umas das outras. Perante esta situação, e passado algum tempo, o mais provável é que se dê a

rotura do pavimento, tendo esta a designação de rotura por fadiga (Zhi et al., 2011).

Um outro agente agressivo diz respeito às baixas temperaturas, uma vez que incitam

constantes contrações que têm início na camada superficial do pavimento, e progridem para o seu

interior. Acontece que o pavimento contrai perante esta situação, e o ligante não consegue aliviar as

tensões, dando-se o seu fendilhamento. Por outro lado, a altas temperaturas também pode ocorrer

fendilhamento, sendo, no entanto, mais usual que ocorram fenómenos de deformação.

Para além dos destacados, a compactação mal executada do pavimento também dá origem

ao aparecimento de algumas fendas, pelo que os vazios preenchidos por ar são muitos, provocando

fendilhamento em blocos. Da mesma forma, o assentamento de terras, ou uma drenagem deficiente,

são outras possíveis causas do fendilhamento dum pavimento (Blades e Kearney, 2004).

Deformação

Geralmente, a origem da deformação está associada à instabilidade da mistura betuminosa,

movimento, ou fraqueza, na camada base ou sub-base, que por sua vez afeta a camada de desgaste


12 Leonor Burguete

(Blades e Kearney, 2004). É habitual visualizar-se ondulações à superfície do pavimento, tal como

demonstrado na Figura 2.3, sendo estas resultantes da deformação plástica.

A deformação do pavimento pode também ocorrer devido às altas temperaturas, ou devido à

passagem excessiva de tráfego (INIR, 2011). Tipicamente a camada superficial é a mais vulnerável a

este tipo de fenómeno, pois por vezes acontece as camadas superficiais não serem concebidas para

suportar pressões elevadas.

A resolução deste problema passa por melhorar a qualidade dos agregados e dos ligantes da

mistura betuminosa, bem como executar adequadamente a mistura dos mesmos. Não pode

acontecer, por exemplo, haver demasiado betume, ou pelo contrário muito pouco, ou demasiados

finos, ou agregados sem rugosidade (Blades e Kearney, 2004).

Figura 2.3 - Deformação do pavimento (Blades e Kearney, 2004)

Desagregação

A desagregação do pavimento começa quando a superfície vai-se desintegrando,

nomeadamente os finos, formando cavidades. Essa desintegração da mistura betuminosa tem

tendência a agravar-se ao longo do tempo com a passagem de tráfego, assim como devido à

presença de água (Blades e Kearney, 2004). O que acontece é que os agregados vão-se danificando

devido a estes condicionalismos, e perdem o seu revestimento ligante.

A compactação mal executada também agrava a desagregação superficial da camada de

desgaste, deixando nesta uma grande quantidade de vazios (Blades e Kearney, 2004). Com a

contínua e agressiva decomposição da camada superficial, surge o aparecimento de pequenas

covas, que com o tempo e condições ambientes mais adversas, vão aumentando de tamanho e de

profundidade, como se mostra nos dois exemplos da Figura 2.4.

Este tipo de problema acontece com mais regularidade do que a desejável, afetando

gravemente a condução dos utilizadores, pondo em risco a sua segurança. Esta situação agrava

quando a água das chuvas fica contida nesses buracos, o que se torna demasiado perigoso, uma vez

que a água confere um efeito camuflagem ao buraco existente. Com uma intensiva desagregação da

superfície do pavimento, a camada superficial acaba por desaparecer na totalidade. Para que a

desagregação evolua até este ponto é necessário passar bastante tempo, no entanto, se não se


Leonor Burguete 13

proceder à manutenção do pavimento, nesse caso é natural que se torne difícil corrigir corretamente

este problema.

a)

b)

Figura 2.4 - Desagregação da camada de desgaste (Blades e Kearney, 2004): a) Covas na camada superficial; b) desintegração da superfície do pavimento

Defeitos da Camada Superficial

Perante a circunstância de temperaturas bastante altas, nomeadamente no verão, o betume

da mistura betuminosa pode subir à superfície, resultando num pavimento liso, pegajoso e

escorregadio, de cor preta brilhante, própria do betume aquecido. Deste modo, e como na maioria

das vezes estes defeitos situam-se nas zonas de passagem das rodas dos veículos, é evidente que a

segurança fica comprometida, sendo importante corrigir imediatamente este problema. As causas

mais comuns para a subida do ligante à superfície são, entre outras: compactação excessiva, devido

ao intenso tráfego pesado, ou perda dos agregados que constituem a cobertura da camada superior

(Blades e Kearney, 2004).

Outro ponto a ter em consideração sobre este tipo de agressão tem que ver com a resistência

do pavimento à derrapagem. Quando as superfícies encontram-se secas e limpas, é característico ter

valores de alta fricção. No entanto, quando existe uma pequena quantidade de água, ou mesmo

betume à superfície, a distância de travagem de um veículo, ou a sua capacidade de curvar, podem

alterar drasticamente. Também o polimento dos agregados da superfície do pavimento diminui o

atrito, afetando a segurança da circulação do tráfego. Com polimento e presença de água está-se

perante um pavimento escorregadio, com resistência à derrapagem muito baixa (Neves, 2010).

2.5 Nanotecnologia

2.5.1 Considerações Gerais

Nas secções seguintes faz-se uma introdução à nanotecnologia, tendo em vista a reunião da

informação relativa aos nanomateriais mais utilizados e conhecidos nas diversas áreas de aplicação.

Pretende, ainda, descrever-se as potencialidades das MBQ com incorporação de nanomateriais, de

forma a conseguir fortalecer-se a resposta destas ao resultado do seu uso em camadas de desgaste

que, como se viu nas seções anteriores, podem deteriorar rapidamente a capacidade resistente

inicial.


14 Leonor Burguete

Para melhor compreender o conceito de nanotecnologia, é vital começar pelo esclarecimento

do seu prefixo “nano”. A unidade de medida - nanómetro (nm) - é um bilionésimo de um metro de

distância (equivalente a 1x10-9

metros), ou seja, é uma unidade de medida tão pequena que é

invisível a olho nu. A nanotecnologia refere-se, portanto, à manipulação da estrutura da matéria à

escala do nanómetro (Foresight Institute@, 2012).

No que diz respeito à história da nanotecnologia, Richard Feynman foi o primeiro cientista, em

1959, a sugerir que havia a possibilidade de que um dia os materiais poderiam vir a ser fabricados

com especificações átomo por átomo. Este conceito foi ampliado e popularizado em 1986, sendo K.

Eric Drexler quem aplicou, pela primeira vez, o termo “nanotecnologia” para a visão de Feynman.

Com o contínuo estudo sobre a ciência e tecnologia da nanoescala, e havendo progressos visíveis,

em meados dos anos 80 o termo “nanotecnologia” começou a fazer sentido para os investigadores, e

para o mundo em geral. Esta designação passou a ser reconhecida, dizendo respeito a qualquer

tecnologia que controla a estrutura da matéria à nanoescala (Foresight Institute@, 2012).

Um fator relevante a ter em consideração quando se aborda a temática da nanotecnologia é a

ciência química que se encontra diretamente associada. Esta trata dos átomos que formam

moléculas, e das diversas relações e/ou arranjos que podem haver entre elas, dando origem a

células, tecidos, órgãos e indivíduos. Uma pertinente questão foi levantada por Richard Feynman: “O

que poderá acontecer se colocarmos os átomos, um por um, na forma que desejarmos?” (Foresight

Institute@, 2012). A resposta a esta pergunta passa pela combinação da química com a

nanotecnologia, ou seja, da relação da existência de átomos com a hipótese de serem organizados

de uma forma pensada. Isto significa que se está perante uma grande oportunidade para apostar em

novos e melhores dispositivos e/ou materiais, independentemente da área em causa (química, física,

engenharia, medicina, entre outras). O objetivo é que os novos materiais, ou novos dispositivos,

sejam úteis e com características únicas, bem como sejam solução para determinados problemas.

A nanotecnologia é uma tecnologia que está em constante desenvolvimento, tendo já

produzido produtos altamente sofisticados, como por exemplo robots e nanoprocessadores (Foresight

Institute@, 2012), que demonstram como há influência direta das alterações feitas à escala nano na

escala macro.

2.5.2 Papel da Nanotecnologia na Atualidade - Prós e Contras

Como qualquer tecnologia, é possível destacar algumas vantagens e desvantagens. No que

diz respeito a vantagens, a nanotecnologia tem tido um papel importante na resolução de alguns

problemas atuais. Em seguida, evidenciam-se alguns desses problemas onde a nanotecnologia tem

interferido, apontando-se determinados exemplos de como o tem feito (Foresight Institute@, 2012).

Fornecimento de energia limpa e renovável, através, por exemplo, da criação de uma

nova rede elétrica, e de células de combustível que visam gerar energia elétrica;

Fornecimento de água potável, segundo a deteção à escala nano dos contaminantes da

água e a produção de melhores sistemas de filtração;

Melhoria na qualidade de vida das pessoas, em termos de salubridade, tendo em vista a

alteração do ácido desoxirribonucleico (ADN), de maneira a reparar as células

danificadas, bem como a criação de novos métodos de administração de medicamentos;


Leonor Burguete 15

Preservação do meio ambiente, através da utilização de nanosensores que permitem

controlar os níveis de poluição, assim como da criação de novos materiais, sem afetar a

biodiversidade;

Permitir que a tecnologia de informação esteja disponível para toda a gente, segundo o

desenvolvimento de melhores dispositivos, processadores, e sistemas inteligentes, bem

como mais baratos, promovendo a comunicação a nível global;

Desenvolvimento do setor espacial, produzindo fatos inteligentes, mais fortes e mais

leves, garantindo mais segurança durante a realização das operações espaciais.

Estes problemas existem ao nível mundial, e por essa razão tem-se apostado bastante na

pesquisa e desenvolvimento da nanotecnologia igualmente à escala mundial. A sua presença

evidencia-se nos E.U.A., Europa, Japão, e um pouco no resto do mundo, destacando-se a liderança

dos primeiros (Foresight Institute@, 2012).

No entanto, existem também limitações inerentes à aplicação da nanotecnologia, sendo elas

(Steyn, 2009):

Custo;

Ambiente e saúde pública;

Escala.

O facto dos nanomateriais serem de tecnologia recente, e dos equipamentos utilizados serem

complexos, é natural que o seu custo seja significativamente alto. Esse custo tem vindo a diminuir ao

longo dos anos, sobretudo no que se refere aos nanomateriais, visando desafiar a evolução de

métodos tradicionais, que continuam a ter um custo bastante mais acessível (Gopalakrishnan et al.,

2011).

Quanto à questão ambiental e saúde pública, nomeadamente nos últimos anos, têm surgido

algumas preocupações sobre os seus potenciais efeitos, devido às denominadas “nanopartículas”

(Foresight Institute@, 2012). Pelo facto de não serem visíveis a olho nu, torna-se difícil saber onde se

encontram essas nanopartículas e para onde se dirigem, permitindo que haja contacto direto com o

corpo humano (quer seja por contacto direto na pele, ou por inalação). Levanta-se assim a hipótese

de causarem danos nas células humanas, especialmente se se tratar de nanopartículas que

apresentam alguma toxicidade. Nos E.U.A., o governo e as entidades reguladoras já começaram a

olhar para estas questões, debatendo a necessidade de haver regulação sobre a nanotecnologia.

No que se refere ao problema da escala, este tem que ver com o grande salto dimensional

que existe entre as escalas nano e macro. O que se pretende é aproveitar os benefícios da

nanoescala, não pondo em causa as propriedades quando utilizadas na macroescala (Steyn, 2009).

Este problema está bastante associado aos outros dois, devido à necessidade de se contabilizar os

custos de produção e de energia consumida, que são dependentes da quantidade de nanomaterial

utilizada (Rana et al., 2009), e devido à utilização das referidas nanopartículas tóxicas que coloca em

causa a bondade do seu efeito quando usadas em macro escala.

Como já foi referido anteriormente, a nanotecnologia é uma tecnologia bastante recente, e

portanto, ainda em evolução. O que por um lado pode ser preocupante, devido ao pouco

conhecimento que se tem sobre o assunto, por outro pode ser encarado como um desafio. Pensa-se


16 Leonor Burguete

inclusivamente que esta tecnologia poderá resultar numa nova revolução industrial, constituindo,

então, um tipo de tecnologia revolucionária, transformadora, potente, mas também aliada a diversos

riscos e vantagens, alguns naturalmente ainda desconhecidos (FIB, 2006).

Baseado nesta visão, e pegando no desafio de aplicá-la à engenharia civil, particularmente à

engenharia rodoviária, procede-se, então, ao estudo daquilo que já foi feito relativamente à

pavimentação, destacando-se alguns nanomateriais. Este é o primeiro passo para melhor

compreender em que estado esta área se encontra, de maneira a definir qual o passo seguinte.

2.6 Nanotecnologia Aplicada à Engenharia Rodoviária


O facto de haver um grande desenvolvimento da nanotecnologia nas áreas da engenharia

química, física, e eletrónica, permite pensar que há um forte potencial quando aplicada na engenharia

rodoviária, procurando-se aumentar o nível da qualidade de vida na sociedade. É essencial aproveitar

o desenvolvimento que já foi atingido nas primeiras áreas, de maneira a aplicá-lo à segunda.

A engenharia inicialmente interessava-se pelas propriedades à escala macro e meso, até que

as escalas micro e nano destacaram-se devido à sua potencialidade no desenvolvimento da ciência e

da tecnologia (You et al., 2010). Na Figura 2.5 apresenta-se a evolução do comprimento de escala de

um pavimento, desde a escala macro até à escala quântica.

Figura 2.5 - Demonstração da evolução das diferentes dimensões do pavimento (You et al., 2010)

De acordo com o que tem sido referido, a engenharia rodoviária apoia-se essencialmente em

quatro finalidades: segurança, durabilidade, economia, sustentabilidade. Em seguida é explicado

cada um desses aspetos, enunciando alguns exemplos de progresso:

A segurança é o objetivo primordial, e aquela pela qual os utilizadores naturalmente mais

se preocupam. Os problemas associados às MBQ (rotura, deformação, desagregação e

defeitos da camada superficial) que afetam de forma direta a segurança, têm

necessariamente de ser mitigados. Neste sentido, são aplicadas soluções

nanotecnológicas que visam melhorar o comportamento das misturas betuminosas,

segundo, por exemplo, a alteração das propriedades dos materiais aí utilizados. Um

exemplo com sucesso neste aspeto da segurança é a aplicação de óxido de zinco nas

misturas betuminosas, conferindo um efeito hidrofóbico à superfície do pavimento (Hou

et al., 2007 citado em Steyn, 2008). Outro exemplo é a aplicação de carboneto de silício

nos pneus, de maneira a melhorar a resistência à derrapagem devido à presença de


Leonor Burguete 17

água, e também diminuir a abrasão do pneu até 50% (Wang et al., 2002 citado em

Steyn, 2008);

A durabilidade tem que ver com a capacidade da infraestrutura ser sustentável, e ter um

adequado comportamento em serviço durante o período de vida previsto, sem que para

tal seja necessário despender custos de manutenção e reparação imprevistos. Tal como

no critério da segurança, o melhoramento das propriedades dos materiais existentes, ou

o desenvolvimento de novos materiais, são os principais benefícios que a

nanotecnologia pode proporcionar. É possível apontar um exemplo, e tem que ver com a

resistência à abrasão dum betão de cimento usado em pavimentação, que pode

aumentar entre 90 e 180% devido à introdução de dióxido de silício (SiO2) e dióxido de

titânio (TiO2) (Li et al., 2006 citado em Steyn, 2008). A última evolução apontada diz

respeito ao melhoramento da resistência às forças de flexão e de corte das misturas

betuminosas, através da incorporação de nanomateriais;

O objetivo de ter o menor custo possível utilizando uma solução nanotecnológica diz

respeito à realização de uma manutenção mais apropriada da infraestrutura. Este tipo de

solução visa alterar e melhorar as condições da infraestrutura, prolongando o seu tempo

de vida útil. A economia tem em conta não só o custo que a aplicação de nanomateriais

acarreta, como também os possíveis efeitos prejudiciais para a saúde das pessoas e

para o ambiente, o que pode revelar-se numa solução um pouco dispendiosa. Um

exemplo de progresso é o uso de revestimentos incorporados por nanomateriais que

visam prolongar a vida útil da infraestrutura, pois resistem a mecanismos de deterioração

e a condições de exposição ambientais agressivas. Como exemplo, evidencia-se a

incorporação de nanopartículas de óxido de zinco em revestimentos, atribuindo um efeito

anti-corrosivo e de protecção contra a radiação ultravioleta (UV);

A sustentabilidade de uma infraestrutura tem que ver com sua condição para se manter

ou conservar, nomeadamente perante os efeitos ambientais. Segundo Maher et al.

(2006), um pavimento diz-se sustentável quando minimiza a utilização de recursos

naturais, reduz as emissões dos gases para a atmosfera, limita a poluição (ar, água,

terra, e ruído), reduz o consumo de energia e garante condições de conforto e segurança

para o utilizador. Para esta finalidade, a nanotecnologia procura fazer diferença no que

diz respeito à modificação das propriedades de materiais que apresentam alguma

toxicidade e que são utilizados nas infraestruturas, como por exemplo: modificação do

asbesto (Steyn, 2008).

É percetível que as quatro finalidades estão interligadas. Tendo em atenção a relação entre a

durabilidade e a economia, é possível referir que as operações de manutenção têm influência direta

no custo de vida útil da infraestrutura. Hoje em dia, investigam-se objetivos bastante promissores

para os nanomateriais, procurando que venham a funcionar como sensores da necessidade de

manutenção, através da deteção da alteração das propriedades dos materiais que constituem a

infraestrutura (Rana et al., 2009). Ainda dentro deste contexto, e segundo Birgisson (Birgisson et al.,

2010 citado em You et al., 2010), a nanotecnologia é necessária para desenvolver pavimentos mais


18 Leonor Burguete

seguros e sustentáveis, afirmando ainda que a vida útil dos pavimentos pode aumentar cerca de duas

a três vezes a sua vida útil corrente.

Segundo Steyn (2009), o potencial das propriedades dos nanomateriais nos pavimentos

baseia-se nas necessidades e nos desafios ao nível da engenharia, existindo, assim, duas vertentes

por onde a nanotecnologia pode ajudar:

1) Desenvolvimento de melhores materiais;

2) Caracterização de materiais novos ou já existentes.

Analisando a primeira alternativa, tendo-se em consideração o desenvolvimento de melhores

materiais, é necessário ter em conta que a maioria dos materiais utilizados na construção e

manutenção dos pavimentos rodoviários é de origem natural, podendo depois ser ou não

modificados, como é o caso do betume. Associados a este fenómeno, levantam-se alguns problemas

como a incompatibilidade de certos agregados e ligantes, ou a deterioração dos materiais perante

determinadas condições ambientais (tais como a presença de água ou sensibilidade à temperatura),

bem como perante o seu uso (por exemplo, rotura por fadiga). Alguns exemplos onde a

nanotecnologia tem sido aplicada, com vista à evolução de materiais a usar nas infraestruturas de

transporte, têm que ver com:

O comportamento mais resistente perante o aparecimento de fendas, ou mesmo rotura,

das misturas betuminosas (Steyn, 2009);

Auto-reparação de materiais, tendo a particularidade de reparar os próprios danos do

pavimento, nomeadamente fendilhamento (Balazs, 2007);

Aumento da durabilidade do betão de cimento (Steyn, 2009);

Utilização de camadas autoligáveis - self-assembled monolayers (SAM), constituídas por

nanomateriais que procuram alterar as propriedades da superfície dos agregados. A

principal razão tem que ver com o facto de existirem casos de incompatibilidade na

ligação do ligante com o agregado, pois a sua adesividade ao betume é pouca. De

acordo com Steyn (2008), as camadas autoligáveis são colocadas na superfície dos

materiais, de maneira a melhorar algumas características como a rigidez, a durabilidade,

a resistência à derrapagem, e a resistência à água;

Incorporação de nanofósforo no betume, que devido à sua particularidade de conseguir

torná-lo luminoso, permite uma melhor iluminação de partes do pavimento. Deste modo,

é garantida uma circulação do tráfego mais segura.

Ainda dentro da primeira vertente, e de forma a patentear a diversidade de soluções

nanotecnológicas, é possível evidenciar mais exemplos onde se realça o seu sucesso quando

aplicadas à engenharia rodoviária (Pacheco-Torgal e Jalali, 2010):

Uso de nanotubos de carbono - Carbon Nanotubes (CNT), no betão de cimento, de

maneira a aumentar a sua durabilidade. Os CNT são substâncias constituídas por

carbono com uma nanoestrutura muito resistente em forma de tubo, que se destacam

pelas suas excelentes propriedades mecânicas;

Incorporação de dióxido de titânio, que para além de aumentar a resistência à abrasão

dum betão de cimento, reduz também a poluição do ar. Esta redução é conseguida, de


Leonor Burguete 19

acordo com Poon e Cheung (Poon e Cheung, 2007 citado em Pacheco-Torgal e Jalali,

2010), segundo a redução das emissões de NOx (nome genérico para os compostos

óxido nítrico e dióxido de azoto).

Na sequência daqueles objectivos mais gerais, sabe-se quais as questões que a

nanotecnologia aplicada à engenharia rodoviária visa ajudar. No essencial, essas questões dizem

respeito a (Partl et al., 2004):

Ligação entre agregados;

Ligação entre as camadas do pavimento;

Propriedades da camada de desgaste (repelente de água, auto-limpeza, resistência à

abrasão);

Ligação/adesão entre ligante e agregado;

Superfície anti-aderente durante a compactação.

Relativamente à segunda vertente, a caracterização de materiais novos ou já existentes

passa pela utilização de técnicas para observar os fenómenos de engenharia, que vão desde a

avaliação micro até à macro. O objetivo é compreender o comportamento de alguns materiais mais

comuns nesta área. As técnicas meramente observacionais são técnicas bastante utilizadas à escala

macro, que procuram fazer uma caracterização geográfica e/ou geológica dos pavimentos. Por vezes,

mais do que observar à macroescala, interessa, por exemplo, caracterizar o ligante e respetivas

propriedades de forma mais minudenciada, pois a nanotecnologia é aplicada exatamente a esta

escala. Com isto, pretende-se avaliar a microestrutura dos materiais através de equipamentos de

resolução apropriados, tais como o microscópio de força atómica - Atomic Force Microscopy (AFM).

Segundo Steyn (Steyn, 2009), durante um estudo realizado pelo Council for Scientific and Industrial

Research (CSIR), utilizou-se este tipo de caracterização, em ordem à análise da correlação entre o

envelhecimento do betume e a sua rigidez, fazendo variar, por exemplo, a temperatura. Foram

testados quatro tipos de betume, sujeitos a temperaturas distintas, e denotaram-se as variações

morfológicas da superfície do betume ao longo do tempo. Esta evidência tem sido aprofundada, no

sentido de descobrir de que forma o envelhecimento do betume, nomeadamente na camada

superficial, influencia o seu desempenho.

Tendo em atenção as vantagens e desvantagens anteriormente referidas relativas à

nanotecnologia, e considerando os requisitos e problemas associados à camada de desgaste já

explicados, no Quadro 2.4 encontra-se uma compilação de determinados objetivos que habitualmente

são requeridos em cada fase da conceção dum pavimento, quando constituído por misturas

betuminosas incorporadas por nanomateriais. Naturalmente que é difícil reunir todos estes aspetos,

no entanto, fica claro qual a direção que o estudo dos nanomateriais deve tomar. Importa referir que

estes objetivos não se revelam novidade na boa conceção dum pavimento, contudo face aos

problemas que podem ser resolvidos pela aplicação de nanomateriais é natural que sejam mais

enfatizados.

No geral, os problemas que a nanotecnologia acarreta quando usada noutras áreas são

praticamente os mesmos que quando aplicada à pavimentação. De acordo com o exposto nas


20 Leonor Burguete

secções anteriores, os problemas resumem-se ao fabrico, à saúde pública e ambiente, e aos custos

(Rana et al., 2009).

Quadro 2.4 - Objetivos gerais da aplicação de nanomateriais em cada fase de conceção dum pavimento (adaptado de Partl et al., 2004)

Fase de Conceção Objetivos

Planeamento

Útil para os utilizadores e meio ambiente;

Económico;

Disponível em grandes quantidades.

Construção

Baixo consumo de energia;

Facilidade de execução;

Possível de construir em qualquer altura do ano, independentemente das condições atmosféricas;

Operacional o mais rápido possível;

Não tóxico, isto é, não agressivo para o ambiente e para a saúde pública.

Utilização

Seguro;

Resistente, principalmente à rotura e à deformação;

Durável;

Multifuncional (garantia de visibilidade, conforto, circulação de tráfego pesado).

Reparação/Substituição

Fácil de reparar;

Material “inteligente”, isto é, auto-reparável e/ou sensor de degradação;

Sustentável.

A problemática do fabrico está diretamente relacionada com o fator “dimensão”. A incerteza

que existe devido aos possíveis efeitos dos materiais, que existem numa nanoescala, com

propriedades diferentes quando usados a uma escala maior, levanta preocupações e leva à

necessidade de várias investigações. É fulcral garantir a compatibilidade entre os materiais usados na

construção e manutenção de pavimentos e o meio ambiente envolvente (Steyn, 2009).

Uma vez que a construção de pavimentos requer uma grande quantidade de material, face à

longa extensão de estrada que é necessário geralmente construir ou conservar, é preciso ter em

conta que os nanomateriais não podem ser agressivos, assim como devem proporcionar um custo

acessível. Caso contrário a sua aplicação é posta em causa, tornando-se numa solução muito pouco

viável.

A direção desta dissertação aponta para a resolução dos desafios agora apontados, próprios

do início da aplicação duma nova tecnologia. É necessário ser realista e definir estratégias ante as

ditas limitações. Naturalmente que é difícil satisfazer todas as necessidades, no entanto, o que se

pretende é encontrar soluções que otimizem as misturas betuminosas, reunindo tantos requisitos

quanto for possível. Não obstante, You et al. (2010) garante que a nanomodificação tem grande

potencial no melhoramento da resistência à fadiga, à rotura, e à deformação das misturas

betuminosas.

Segundo todos estes aspetos, é claro como a ciência química e física são fulcrais na

otimização dos recursos utilizados na engenharia rodoviária. A nanotecnologia, independentemente

da área onde é aplicada, resume-se à alteração das ligações químicas, e/ou da sua disposição,

elaborando estruturas estáveis com elas.


Leonor Burguete 21

2.6.2 Nanomateriais Incorporados nas Misturas Betuminosas a Quente

Segundo Jahromi e Khodaii (Jahromi e Khodaii, 2009), nas misturas betuminosas modificadas

com nanomateriais, o peso destes pode variar entre 3 e 7% do peso do betume asfáltico, ao passo

que os filers variam aproximadamente entre 20 e 40% do peso do mesmo.

A incorporação dos nanomateriais nas misturas betuminosas prevê-se que seja feita

diretamente no betume. Este é o método, à partida, mais sugestivo, pois o betume é também ele

classificado como um nanomaterial (Gopalakrishnan et al., 2011), estando, assim, facilitada a relação

entre os dois à nanoescala. Contudo, Gopalakrishnan et al. (2011) refere que, ao nível mundial, as

reservas de petróleo têm vindo a diminuir, daí que o preço do betume deva aumentar de forma

acentuada, sugerindo que a aplicação de técnicas desenvolvidas no campo da nanotecnologia pode

promover novas e sustentáveis alternativas.

Por razões que se prenderam com a revisão efetuada e, principalmente, com a orientação

recebida da engenharia química do IST (Prof. João Bordado), nomeadamente relacionada com a

disponibilidade comercial dos materiais e com alguma experiência da sua utilização que indiciava

uma modificação do comportamento das misturas com potencial de poder assegurar uma melhoria da

resistência, o estudo admitiu o uso de 3 tipos de nanomateriais:

Montmorilonite;

Carbonato de Cálcio Precipitado (PCC - Precipitate Calcium Carbonate);

Sílica.

Montmorilonite (nano-H2Al2O6Si)

A nanoargila mais comum denomina-se montmorilonite, e é um mineral composto por silicato

de alumínio, magnésio, e cálcio hidratado. É reconhecido por ser o constituinte principal da bentonite,

sendo este um produto proveniente das cinzas vulcânicas (Sigma-Aldrich, 2012). Apresenta uma cor

bege, tem aspeto granulado, como se pode comprovar na Figura 2.6, e de acordo com o

Regulamento (CE) No. 1272/2008 (JOUE, 2008) não é uma substância tóxica.

Figura 2.6 - Nanomaterial montmorilonite

As propriedades químicas da montmorilonite encontram-se definidas no Quadro 2.5.


22 Leonor Burguete

Quadro 2.5 - Propriedades químicas da montmorilonite (adaptado de Sigma-Aldrich, 2012)

Propriedades Químicas nano-H2Al2O6Si

Peso molecular 180,1 (g/mol)

pH 6,0 - 9,0

Peso específico 2400 (kg/m3)

O Quadro 2.5 chama à atenção das propriedades que devem ser destacadas sobre a

montmorilonite, apresentando esta um peso molecular significativo, em comparação com o peso

molecular da água, que toma o valor de 18,05 g/mol. Apresenta também um pH aproximadamente

neutro, com uma variação próxima do pH da água, sendo este último equivalente a 7,0 (EPAL@,

2013). O peso específico da montmorilonite é semelhante ao peso específico do alumínio que se

caracteriza por um valor de cerca de 2600 kg/m3. Para melhor compreender esta comparação, é

importante referir que o alumínio é dos metais com menor peso específico.

Este material é tipicamente usado na indústria do petróleo, sendo também usado como

aditivo de solo, para conservar a água dos solos com tendência a serem secos (Papke, 1969). Outra

finalidade a ter em conta é o seu comportamento catalisador, pelo que tem sido extensivamente

usado em processos catalíticos (Lloyd, 2011), de modo a obter novas ou diferentes substâncias.

A utilização de montmorilonite na produção de misturas betuminosas, deve-se à sua

particularidade em melhorar a resistência química do ligante, e de, consequentemente, melhorar a

sua reologia (Jahromi e Khodaii, 2009). De acordo com You et al. (2010), as moléculas de nanoargila

têm tendência para se ligarem umas às outras, devido à força eletrostática que se faz sentir entre

elas.

Na Figura 2.7 apresenta-se a estrutura de ligação do betume com a montmorilonite. O

principal problema deste tipo de nanomaterial tem que ver com a sua dificuldade em se dispersar,

associada ao fenómeno de esfoliação, pelo que pode acontecer a nanoargila não interligar de forma

adequada com o betume.

Figura 2.7 - Estrutura da ligação betume - nanoargila (adaptado de Jahromi e Khodaii, 2009)

Como exemplos de outras nanoargilas aplicadas em MBQ, tem-se a nanoargila cloisite-30B e

o nanomer-1.28E, que melhoram as propriedades mecânicas do ligante. O segredo está na dispersão

da nanoargila que, quando incorporada num material termoplástico, provoca o aumento da rigidez e

da resistência à tração, módulo de elasticidade, e resistência à flexão (Jahromi e Khodaii, 2009).


Leonor Burguete 23

A ficha informativa relativa à montmorilonite pode ser consultada no Anexo A.

Carbonato de Cálcio Precipitado (nano-CaCO3)

O material é constituído por átomos de cálcio, carbono e oxigénio, sendo que podem

organizar-se de diversas maneiras, dando origem a diferentes PCC (Specialty Minerals@, 2012a).

Apresenta uma cor esbranquiçada, como se pode comprovar na Figura 2.8, bem como tem aspeto

granulado.

Figura 2.8 - Nanomaterial PCC

Geralmente, o PCC é tratado como uma suspensão aquosa, e como tal é necessário um

conjunto de procedimentos em ordem à obtenção do PCC em pó. De forma pragmática, o que

acontece é que a água da suspensão pode ser evaporada numa estufa, num evaporador, ou mesmo

por evaporação solar, sendo o produto final, já seco, o PCC em forma de pó. Este procedimento só é

possível porque se trata de uma suspensão, e não de uma solução. No capítulo seguinte, referente à

descrição dos trabalhos experimentais, serão explicados os processos laboratoriais realizados para a

obtenção do PCC em pó.

No Quadro 2.6 encontram-se as propriedades químicas mais relevantes do PCC.

Quadro 2.6 - Propriedades químicas do PCC aquoso (adaptado de Omya, 2010)

Propriedades Químicas nano-CaCO3 (aquoso)

Teor em sólidos 19,0 (%)

pH 8

Peso específico 1136 (kg/m3)

No Quadro 2.6 é possível visualizar que o PCC tem um teor em sólidos bastante baixo, com

apenas 19%, implicando que o tempo de evaporação seja bastante moroso. O seu pH é neutro,

estando muito próximo do valor de referência de neutralidade. Quanto ao seu peso específico, o seu

valor está bastante próximo do peso específico da água destilada (1000 kg/m3).

O PCC desde sempre que foi usado exclusivamente como matéria-prima na indústria de

fabrico do papel e cartão, com a finalidade de atingir o brilho elevado e a opacidade dos mesmos

(Omya, 2010). A utilização do PCC expandiu-se para outras áreas, tais como a indústria automóvel

ou o setor da construção. O facto das partículas de PCC serem ultrafinas, permite que sejam


24 Leonor Burguete

adicionadas a selantes, tais como silicones ou polímeros de cloreto de polivinila (PVC), com o intuito

de melhorar o desempenho físico destes (Specialty Minerals@, 2012b).

A ficha informativa relativa ao PCC pode ser consultada no Anexo B.

Sílica (nano-SiO2)

O nome corrente para este material é sílica, mas o nome técnico correto é dióxido de silício.

Tem um aspeto amorfo, constituído por grãos esféricos de cor branca, como se pode observar na

Figura 2.9, encontrando-se as suas propriedades mais pertinentes no Quadro 2.7. Importa referir que

a maior parte da informação referente às características e aplicabilidade da nanosílica foi retirada

com base na sua ficha técnica, tendo esta sido disponibilizada pela empresa fornecedora que pediu

reserva de identificação.

Figura 2.9 - Nanomaterial sílica

Com base no Quadro 2.7, é possível confirmar que a área de superfície específica da sílica é

significativa, sendo esta propriedade de uma relevância tal, que é decisiva quanto à razão da escolha

de um nanomaterial. Para que este consiga ter um efeito significativo nas misturas betuminosas,

propõe-se a utilização daquele que tiver maior área de superfície específica. A razão desta escolha

prende-se com o efeito maior no mastique (betume + nanomaterial), relacionado com o aumento da

sua resistência às deformações e tensões. Neste caso, o pH não é conclusivo pelo facto de não ser

aplicável. Quanto ao peso específico, apresenta um peso específico idêntico ao da montmorilonite.

Quadro 2.7 - Propriedades químicas da sílica

Propriedades Químicas nano-SiO2

Área de superfície específica 64,0 (m2/g)

pH Não se aplica

Peso específico 2200 - 2600 (kg/m3)

A sílica é a matéria-prima básica para a produção do vidro. A sua aplicabilidade tem que ver

com a sua dureza, o que permite a produção de superfícies não riscáveis, e tem sido também cada

vez mais utilizada de maneira a obter superfícies hidrofóbicas. A sua adição nos polímeros tem

variados objetivos, tais como aumentar a rigidez e a resistência ao impacto. De acordo com Pacheco-

Torgal e Jalali (Pacheco-Torgal e Jalali, 2010), as partículas de nanosílica aumentam a tensão de


Leonor Burguete 25

compressão do mastique. Isto acontece devido ao composto de sílica que contribui para uma

microestrutura mais densa, ou seja, mais forte.

De acordo com o Regulamento (CE) No. 1272/2008 (JOUE, 2008), este material é

classificado como não agressivo. Não obstante, são exigidos alguns cuidados no seu manuseamento,

tais como evitar o contacto com a pele, com os olhos, inalação, entre outros, sendo mesmo evitável a

exposição prolongada com esta substância. Quanto à reação ao fogo, classifica-se como não

inflamável. Habitualmente, a sílica tem um comportamento inerte.

O problema da toxicidade é de grande importância, como se referiu anteriormente. O facto de

não se ter certeza sobre a toxicidade da partícula obriga a que o uso da mesma seja cauteloso. A

cautela diz respeito à prevenção da inalação, e ao uso de luvas para evitar o contacto direto com a

pele. Caso contrário, há a possibilidade de danificação do ADN, resultando no desenvolvimento de

cancro no futuro. No entanto, este risco não é para a generalidade dos nanomateriais, pois alguns

autores defendem que a toxicidade depende do tipo de nanopartículas, e da sua concentração em

volume (Pacheco-Torgal e Jalali, 2010).

Atualmente, e desde há poucos anos para cá, têm vindo a ser desenvolvidos e utilizados

nanomateriais para a produção de MBQ, sendo ainda de difícil definição qual o seu papel nas

misturas betuminosas, ou seja, se são aditivos ou agregados. Contudo, e como foi possível verificar

aquando da caracterização dos nanomateriais, particularmente a montmorilonite e a sílica, estes

estabelecem uma ligação química com o ligante, proporcionando alterações nas propriedades

químicas do betume e modificando o seu comportamento. Esta interação resulta na obtenção de um

só componente, indicando que o nanomaterial atua como um aditivo.

2.6.3 Estudos de Caracterização de Misturas Betuminosas Incorporadas por

Nanomateriais Realizados Noutro Contexto

Nesta secção descrevem-se dois estudos/ensaios experimentais (designados por Estudo I e

Estudo II) realizados sobre a incorporação de nanomateriais no ligante. Como se verá, os ensaios

realizados são recentes, o que sublinha o caráter inovador do presente assunto.

Estudo I

Este estudo foi apresentado num artigo denominado “Effects of nanoclay on rheological

properties of bitumen binder” (Jahromi e Khodaii, 2009).

O principal objetivo deste estudo foi observar a modificação da reologia do betume devido à

introdução, à escala nanoscópica, de determinada quantidade de nanoargila. A análise da

modificação do betume passou pela realização de alguns testes laboratoriais que permitiram

comparar o betume não modificado com o betume modificado com dois tipos de nanoargila, sendo

estas a cloisite-15A e a nanofil-15. Ambas as nanoargilas são substâncias orgânicas, que apresentam

cor esbranquiçada, e têm como composto base a montmorilonite.

Neste estudo, o betume de pavimentação utilizado foi o de penetração 50/70, segundo a

norma EN 12591 (CEN, 2009), caracterizado pelas propriedades referidas no Quadro 2.8. Quanto aos

nanomateriais incorporados, cloisite-15A e nanofil-15, as suas propriedades estão definidas no

Quadro 2.9.


26 Leonor Burguete

Quadro 2.8 - Propriedades do betume (adaptado de Jahromi e Khodaii, 2009)

Propriedades Valores

Ponto de amolecimento 54°C

Penetração aos 25 °C 6,3 mm

Índice de penetração 0,4

Ductilidade aos 25 °C >100 cm

Peso específico 1035 kg/m3

Quadro 2.9 - Propriedades das nanoargilas: cloisite-15A e nanofil-15 (adaptado de Jahromi e Khodaii, 2009)

Propriedades Cloisite-15A Nanofil-15

Tamanho das partículas 13 µm 25 µm

Índice de plasticidade 88% 85%

Peso específico 1660 kg/m3

1880 kg/m3

O processo de fabrico implicou a mistura direta do betume com as nanoargilas, a uma

temperatura próxima dos 150°C. Para que essa mistura fosse feita de forma adequada, isto é, para

garantir-se que a nanoargila era bem espalhada pelo betume, e conseguir-se estabelecer uma

ligação química com o mesmo, utilizou-se um agitador mecânico (a uma velocidade angular de 550

rotações por minuto (rpm) durante 30 min) próprio para esse efeito.

No que diz respeito à campanha experimental, os testes efetuados em ordem à determinação

das propriedades reológicas do betume, e que se revelaram de maior importância, foram: penetração,

de acordo com a norma ASTM D5 - 06 (ASTM, 2006a), ponto de amolecimento, de acordo com a

norma ASTM D36 - 06 (ASTM, 2006b), e ductilidade, correspondente à norma ASTM D113 - 07

(ASTM, 2007). A quantidade de nanoargila incorporada foi de 2%, 4% e 7% do peso de betume.

Os resultados obtidos do ensaio da penetração encontram-se na Figura 2.10, os do ponto de

amolecimento na Figura 2.11, e os da ductilidade na Figura 2.12.

Figura 2.10 - Resultados do ensaio de penetração em função da quantidade incorporada de cloisite-15A e de nanofil-15 (adaptado de Jahromi e Khodaii, 2009)

Importa referir que os resultados apresentados correspondem a valores obtidos dos ensaios

realizados para o betume virgem, isto é, acabado de ser produzido, tanto não modificado como


Leonor Burguete 27

modificado com a incorporação de nanomaterial. A percentagem de incorporação de 0 diz respeito ao

betume não modificado.

Atendendo à Figura 2.10 relativa à penetração, é visível que a incorporação de nanofil-15

resulta num ligeiro aumento da penetração, sendo a percentagem de 4 a correspondente à maior

penetração obtida. A cloisite-15A teve um efeito contrário, apresentando uma significativa diminuição

da penetração com o aumento da percentagem de incorporação.

Quanto ao ponto de amolecimento, apresentado na Figura 2.11, é possível verificar que a

nanofil-15 tem pouca influência na variação desta propriedade, aludindo a um aumento máximo de

apenas 3% respeitante à incorporação de 7% de nanofil-15. Já a cloisite-15A provoca significativas

mudanças, sendo que o ponto de amolecimento aumentou continuamente de 54 para 61ºC com o

aumento da incorporação de nanomaterial.

Figura 2.11 - Resultados do ensaio da temperatura do ponto de amolecimento em função da quantidade incorporada de cloisite-15A e de nanofil-15 (adaptado de Jahromi e Khodaii, 2009)

Figura 2.12 - Resultados do ensaio da ductilidade em função da quantidade incorporada de cloisite-15A e de nanofil-15 (adaptado de Jahromi e Khodaii, 2009)

O ensaio da ductilidade do betume, demonstrado na Figura 2.12, demonstra que ambas as

nanoargilas provocam uma redução da ductilidade, sendo mais evidente para a cloisite-15A. Segundo


28 Leonor Burguete

Ghile (Ghile, 2005 citado em Jahromi e Khodaii, 2009), a explicação destes resultados tem que ver

com a reação química originada entre o betume e o nanomaterial, e consequente alteração da

estrutura química do nanocomposto resultante.

Com base nos resultados obtidos, foi possível calcular outros parâmetros que permitiram

conhecer uma outra característica do betume, igualmente importante, relacionada com o seu

envelhecimento. Este foi avaliado segundo a determinação da penetração retida (PR) e aumento do

ponto de amolecimento (APA), calculados pelas expressões (2.1) e (2.2), respetivamente. Ambos os

parâmetros fazem a comparação entre os resultados obtidos dum betume virgem com um betume

envelhecido. A obtenção do betume envelhecido, modificado e não modificado, foi simulado através

da realização do ensaio de envelhecimento denominado Rotating Cylinder Ageing Test (RCAT), de

acordo com a norma EN 15323 (CEN, 2007), concebido para medir o efeito de envelhecimento no

betume devido ao contacto com o calor e ar. O envelhecimento do betume está relacionado com o

facto dos voláteis evaporarem imediatamente após a sua produção e compactação, endurecendo-o.

Esta característica é particularmente importante pois visa determinar e controlar o comportamento do

betume em serviço, sendo natural que este apresente propriedades diferentes das propriedades do

betume virgem. Após o ensaio de envelhecimento do betume, foram realizados os ensaios de

penetração, temperatura do ponto de amolecimento e ductilidade no betume envelhecido.

( )

(2.1)

A PR foi calculada com base no rácio entre a penetração realizada no betume envelhecido e

a penetração no betume virgem, e o APA foi obtido segundo a diferença entre o ponto de

amolecimento do betume envelhecido e o ponto de amolecimento do betume acabado de ser

produzido. Na Figura 2.13 demonstram-se os resultados obtidos da penetração retida, estando na

Figura 2.14 os resultados referentes ao aumento do ponto de amolecimento.

A obtenção de um valor baixo de PR e um valor elevado do APA reflete a evolução do

envelhecimento do betume. Assim, a incorporação de nanofil-15 no betume, que apresenta um

aumento significativo de RP e uma diminuição também ela significativa de APA, resulta numa maior

resistência ao envelhecimento do betume. A cloisite-15A também demonstrou melhorias na

resistência ao envelhecimento do betume, mas não de forma tão acentuada como a nanofil-15.

Em todas as camadas dum pavimento, mas sobretudo na camada de desgaste, é importante

retardar o envelhecimento do betume, por forma a aumentar a durabilidade da mistura betuminosa.

Para além destes aspetos, também o facto do betume ser mais resistente ao envelhecimento, influi

positivamente na trabalhabilidade da mistura betuminosa a quente pois evita que endureça de forma

tão instantânea.

Através dos ensaios realizados foi possível confirmar que a presença das nanoargilas afetou

positivamente as propriedades reológicas do betume, havendo uma elevada compatibilidade na

ligação entre este e a nanoargila (Jahromi e Khodaii, 2009). A nanoargila adicionada, mesmo que em

pequena quantidade, mantem-se ligada às macromoléculas do betume, assegurando, dessa forma,

uma ligação estável e forte.

( ) ( ) (2.2)


Leonor Burguete 29

Figura 2.13 - Resultados da penetração retida em função da quantidade incorporada de cloisite-15A e de nanofil-15 (adaptado de Jahromi e Khodaii, 2009)

Figura 2.14 - Resultados do aumento do ponto de amolecimento em função da quantidade incorporada de cloisite-15A e de nanofil-15 (adaptado de Jahromi e Khodaii, 2009)

Estudo II

Este estudo foi apresentado num artigo denominado “Nanoclay-modified asphalt materials:

Preparation and characterization” (You et al., 2010).

Segundo Zhanping You et al. (2010), a nanomodificação tem grande potencial no

melhoramento do desempenho das misturas betuminosas utilizadas na construção de pavimentos

rodoviários. Desse modo, o objetivo deste estudo foi perceber quais as alterações efetivamente

provocadas pela aplicação dos nanomateriais nas propriedades do ligante, com base em alguns

ensaios laboratoriais. Os ensaios efetuados permitiram avaliar a viscosidade do betume, e

caracterizar a sua rigidez.

Foram testados três tipos de betume, sendo o betume original 64-28, de acordo com a norma

AASHTO MP1 (AASHTO, 1998), e usualmente utilizado nas misturas betuminosas nos E.U.A., tendo

características semelhantes ao betume asfáltico 50/70 (Claxton e Green, 1999), de acordo com a

norma EN 12591 (CEN, 2009).


30 Leonor Burguete

A campanha experimental teve início com o fabrico do mastique. A adequada preparação

deste foi um processo fundamental, de modo a garantir que a ligação do betume com a nanoargila

fosse conseguida tanto quanto possível, levando à dispersão da nanoargila no betume. Para isso,

ambos os materiais foram misturados dentro de um aparelho rotacional, a uma velocidade angular de

2500 rpm durante 3 h. Este procedimento foi realizado para dois tipos de nanoargila, com as

diferentes quantidades de 2% e 4% do peso do ligante, denominando-se respetivamente de

nanoargila A e nanoargila B. Tal como no caso de estudo anterior, Estudo I, ambas as nanoargilas

tiveram como base a montmorilonite, com estruturas químicas bastante similares.

Após o fabrico do mastique, foram realizados os ensaios laboratoriais, apresentando-se na

Figura 2.15 os resultados obtidos do ensaio da viscosidade, realizado conforme as especificações

indicadas na norma ASTM D4402 (ASTM, 2002), e na Figura 2.16 os resultados obtidos do módulo

secante (quanto maior, maior a rigidez), sendo este o cociente entre a tensão e a deformação na

rotura do provete aquando da realização dum ensaio de tração de direta, de acordo com a norma

AASHTO TP3 (2000).

O ensaio da viscosidade visa medir a viscosidade dinâmica de um ligante a altas

temperaturas. A grandeza referida é definida de acordo com Branco et al. (2005) como a capacidade

de um corpo para sofrer deformações permanentes sob a ação de uma solicitação, sendo as tensões

funções lineares da velocidade de escoamento. Assim, e pela observação da Figura 2.15, é visível

que a introdução de 2% de nanoargila A induziu ao aumento da viscosidade do betume, e que a

introdução de 2% de nanoargila B provocou um aumento ainda mais significativo dessa viscosidade.

Figura 2.15 - Resultados obtidos do ensaio da viscosidade em função da variação da temperatura, para o betume original não modificado, betume envelhecido não modificado, betume modificado com nanoargila

A e betume modificado com nanoargila B (adaptado de You et al., 2010)

Variando a temperatura de ensaio desde 80, 100, 130, 135, 150 até 175ºC, a viscosidade

aumentou em média 41% e 112%, respetivamente para a nanoargila A e nanoargila B, em

comparação com o betume original. Também o betume envelhecido não modificado apresentou um

aumento médio da viscosidade de aproximadamente 102% (You et al., 2010).


Leonor Burguete 31

Neste estudo, a obtenção de um betume envelhecido, ou seja, endurecido devido ao efeito do

calor e do ar, foi conseguida através da realização do ensaio denominado Rolling Thin Film Oven

Test (RTFOT), de acordo com a norma ASTM D2872 (ASTM, 2004). Deste modo, a incorporação das

nanoargilas tiveram como resultado o aumento da viscosidade do betume original, melhorando as

propriedades do betume a altas temperaturas, o que permite concluir que a trabalhabilidade da

mistura betuminosa é assegurada, facilitando a sua colocação e compactação.

Figura 2.16 - Resultados do módulo secante obtidos do ensaio de tração direta, para o betume original não modificado, betume envelhecido não modificado, betume modificado com nanoargila A e betume

modificado com nanoargila B (adaptado de You et al., 2010)

A caracterização da rigidez do betume foi feita com base no ensaio de tração direta, segundo

as especificações da norma AASHTO TP3 (2000), donde se extraiu o módulo secante. Da análise da

Figura 2.16, é possível denotar que a incorporação tanto de 2%, como de 4%, de nanoargila A

provocou um aumento significativo da rigidez do betume (original e envelhecido). A nanoargila B

também aumentou o módulo secante, apresentando resultados semelhantes tanto para a

incorporação de 2% como de 4%. Deste modo, a incorporação de ambas as nanoargilas no betume

proporciona um comportamento mais rígido.

Como já se mencionou nas conclusões do Estudo I, a explicação para estes resultados tem

mais uma vez que ver com o facto das nanoargilas estabelecerem ligações químicas bastante fortes

com o betume, endurecendo-o (You et al., 2010). Importa explicar que a variação expressa no gráfico

(pelas barras) diz respeito à dispersão dos resultados em relação à média, sendo notável que essa

variação é maior para as misturas com nanomaterial. Segundo You et al. (2010), tal facto justifica-se

pelo modo como a mistura entre a nanoargila e o betume é feita, sugerindo que é necessário

melhorar a maneira como se distribui a nanoargila pelo ligante.


32 Leonor Burguete

Capítulo 3 - Descrição dos Trabalhos Experimentais

Leonor Burguete 33

3. Descrição dos Trabalhos Experimentais

3.1 Enquadramento

A presente dissertação pretende comparar o comportamento entre misturas betuminosas

convencionais e misturas betuminosas com incorporação de nanomateriais. Importa referir que o

presente tema encontra-se ainda numa fase bastante inicial, pelo que a ideia central deste trabalho é

desbravar terreno quanto à aplicação da nanotecnologia nas misturas betuminosas destinadas à

camada de desgaste dos pavimentos.

Na Figura 3.1 mostra-se o fluxograma explicativo do trabalho experimental realizado, baseado

na metodologia Marshall, de acordo com a norma EN 12697-34 (CEN, 2004b), para a formulação de

misturas betuminosas, e onde se apresentam as grandezas que acabaram por se comparar quanto

aos diferentes tipos de misturas betuminosas. É possível inferir que o conjunto de ensaios seguiu

apenas a parte inicial da metodologia de Marshall, não sendo o objetivo final a determinação da

percentagem ótima de betume, mas sim a realização de uma análise comparativa entre misturas

betuminosas com percentagens de betume previamente definidas. Deste modo, neste capítulo serão

apresentados e descritos os ensaios laboratoriais executados.

Figura 3.1 - Metodologia de Marshall realizada na dissertação em causa (adaptado de Picado-Santos, 2010)

Antes de se prosseguir à análise das misturas, importa definir qual o tipo de mistura em

causa. A mistura estudada é designada por AC14 surf 35/50, sendo constituída por agregados de

origem basáltica. Com base nesta mistura convencional, foram produzidos mais 3 tipos de misturas,


34 Leonor Burguete

com a variante da incorporação de 3 nanomateriais diferentes, sendo estes a montmorilonite, o PCC,

e a sílica. Por motivos práticos, as quatro misturas betuminosas fabricadas a quente serão, daqui em

diante, designadas de acordo com as denominações adotadas no Quadro 3.1.

Quadro 3.1 - Denominações das misturas betuminosas estudadas

Nanomaterial Incorporado Tipo de Mistura Denominação

- AC14 Surf 35/50 MBQ

Montmorilonite AC14 Surf 35/50 MM

PCC AC14 Surf 35/50 MP

Sílica AC14 Surf 35/50 MS

Dos nanomateriais escolhidos, a nanoargila (montmorilonite) é o nanomaterial mais

conhecido no mundo da nanotecnologia aplicada à pavimentação, encontrando-se os restantes dois

(PCC e sílica) ainda numa fase de estudos bastante preliminar. Visa-se, com isto, encontrar e testar

outras possíveis soluções para o melhor desempenho da camada de desgaste, bem como avaliar a

viabilidade económica dessas soluções.

3.2 Composição das Misturas Betuminosas Analisadas

3.2.1 Agregados e Ligante

No que diz respeito aos agregados das misturas, é constituída por quatro frações de

agregados basálticos, que se diferenciam em basalto 10/16, basalto 4/10, pó basalto 0/6, e filer

comercial. Estes foram produzidos pela empresa José Marques Gomes Galo, S.A., situada em

Sesimbra, que também forneceu o estudo granulométrico (Quadro 3.2 e Figura 3.2) para um AC14.

A escolha das frações deve garantir uma granulometria contínua e extensa, com agregados

finos e grossos, que perfaçam uma curva granulométrica que respeite os limites previamente

definidos na norma NP EN 13108-1 (IPQ, 2011), ajustando-se tão bem quanto possível ao fuso

definido pela mesma. No Quadro 3.2 mostra-se o fuso granulométrico da mistura eleita para estudo,

onde se indicam igualmente as percentagens finais de cada agregado, estando o enquadramento da

respetiva curva granulométrica na Figura 3.2.

Importa referir que as granulometrias dos agregados têm de ser definidas de acordo com a

norma NP EN 933-1 (IPQ, 2000).

Quadro 3.2 - Curva granulométrica de estudo adequada ao fuso granulométrico da NP EN 13108-1:2011

Quanto ao ligante betuminoso, e de acordo com as características exigidas nas normas EN

12591 (CEN, 2009) e EN 13924 (CEN, 2006), utilizou-se um betume de pavimentação 35/50, tendo

sido fornecido pela Repsol.

31,5 20 16 10 4 2 0,5 0,125 0,063

min 100,0 100,0 90,0 67,0 40,0 25,0 11,0 6,0 5,0

max 100,0 100,0 100,0 77,0 52,0 40,0 19,0 11,0 8,0

Basalto 10/16 12 100,0 100,0 93,3 16,5 1,9 1,0 0,8 0,6 0,3

Basalto 4/10 50 100,0 100,0 89,8 50,3 12,9 7,2 1,1 0,3 0,1

Pó Basalto 31 100,0 100,0 100,0 100,0 95,2 52,2 13,3 4,1 1,9

Filer 7 100,0 100,0 100,0 100,0 100,0 100,0 95,0 85,0 70,0

Curva Final 100 100,0 100,0 94,1 65,1 43,2 26,9 11,4 7,4 5,6

Abertura das malhas

Caderno

Encargos


Leonor Burguete 35

Na dissertação em causa, foram estudadas duas percentagens de betume previamente

definidas - 5,5 e 6,5. A primeira escolha prende-se com o facto de ser uma percentagem ótima de

ligante bastante usada na formulação de misturas betuminosas destinadas à camada de desgaste. A

segunda percentagem tem que ver com a superfície específica dos nanomateriais, que por ser

elevada pode necessitar de maior quantidade de betume para os envolver.

Figura 3.2 - Curva granulométrica resultante do enquadramento no fuso da NP EN 13108-1:2011

3.2.2 Nanomateriais

Nas misturas betuminosas incorporando nanomateriais, os nanomateriais utilizados foram: a

montmorilonite, fornecida em forma de pó pela empresa Sigma-Aldrich, o PCC aquoso fornecido pela

empresa Omya, e a sílica em forma de pó fornecida por uma empresa que pediu reserva de

identificação. A percentagem de cada nanomaterial incorporado na MBQ variou de 2%, 4% e 6% do

peso do ligante. Estas percentagens foram definidas com base em estudos realizados anteriormente,

bem como em valores assumidos.

O PCC em pó foi produzido no Laboratório de Química do Instituto Superior Técnico (IST),

sendo que a sua origem advém do PCC aquoso. A produção do PCC em pó foi simples, tratando-se

apenas de um processo de evaporação. Em primeiro lugar, a suspensão foi colocada dentro de um

balão volumétrico, como se mostra na Figura 3.3.

Figura 3.3 - Colocação do PCC aquoso, existente no recipiente branco, dentro do balão volumétrico


36 Leonor Burguete

De seguida, esse balão volumétrico foi colocado no evaporador, que, como o próprio nome

indica, procedeu à evaporação da suspensão de PCC. O evaporador, mostrado na Figura 3.4,

também conhecido como rotavapor, ao aquecer o balão dá início à evaporação da parte líquida da

suspensão. O líquido evaporado foi direcionado para um recipiente próprio, podendo ser reutilizado.

No final, o resultado deste processo foi um sucesso, obtendo-se o pó de PCC, totalmente

seco, tal como se pode confirmar na Figura 3.5.

Figura 3.4 - Equipamento rotavapor, durante o processo de evaporação do PCC aquoso

Figura 3.5 - PCC em pó agarrado às paredes do balão, resultante da evaporação do PCC aquoso

A evaporação ainda se revelou um processo simples mas moroso, uma vez que o teor de

sólidos era de cerca de apenas 19%, o que significa que foi necessário evaporar uma grande

quantidade de líquido. Importa referir que o balão tem de ter tamanho adequado, de maneira a caber

no recipiente de água quente, bem como não pode estar muito cheio, pois em caso de contínua

fervura, pode rebentar, perdendo-se, então, a suspensão em causa.

3.3 Análise de Acordo com a Metodologia Marshall

3.3.1 Fabrico das Misturas Betuminosas e dos Respetivos Provetes

Após a decisão sobre a composição da mistura, procedeu-se então ao fabrico dos provetes,

tendo como base a norma EN 12697-35 (CEN, 2004c). Em primeiro lugar, e para a mistura MBQ, os


Leonor Burguete 37

agregados foram aquecidos na estufa, a uma temperatura aproximada de 180ºC, tal como é ilustrado

na Figura 3.6. Ao mesmo tempo que os agregados secavam, o betume atingia, numa outra estufa,

uma temperatura entre 120 e 140ºC, ideal para permitir adequada trabalhabilidade para se

concretizar a mistura com os agregados. Para além do betume, aqueceram-se os moldes dos

provetes na mesma estufa, tal como demonstrado na Figura 3.7, de maneira a que a temperatura de

compactação da mistura não fosse prejudicada.

Figura 3.6 - Aquecimento dos agregados na estufa à temperatura de 180ºC

Figura 3.7 - Aquecimento do betume e dos moldes dos provetes na estufa à temperatura de 130ºC

No caso das misturas MM, MP, e MS, o procedimento foi ligeiramente diferente. Para além

dos agregados e do ligante, importava ainda medir à parte a percentagem de nanomaterial já

definida, a ser adicionada ao ligante. Essa medição foi feita numa balança dotada de muitas casas

decimais, uma vez que as quantidades de nanomaterial são bastantes pequenas, exigindo-se o

máximo de rigor na determinação do seu peso.

Após este passo, e tomando os cuidados necessários relativamente ao manuseamento do

nanomaterial, adicionou-se a quantidade correta deste ao betume, num recipiente próprio que

permitisse o adequado envolvimento do nanomaterial pelo betume. Na Figura 3.8 apresenta-se um

exemplo de que como foi realizada essa mistura, devendo a mesma ficar uniforme, assegurando a

eliminação de todos os possíveis grãos existentes, ou simplesmente de ar.

Figura 3.8 - Mistura do betume com o nanomaterial


38 Leonor Burguete

É de notar que aquando da mistura do betume com o nanomaterial foram originadas algumas

bolhas. As causas associadas a este fenómeno poderão estar relacionadas ou com possíveis

reações químicas entre ambos os materiais, ou devido à possível entrada do ar durante a mistura

manual do nanomaterial com o betume.

A mistura do nanomaterial com o betume foi realizada imediatamente antes de se misturar o

betume (já com o respetivo nanomaterial) com os agregados. Uma vez que o betume deve estar a

uma temperatura entre 120 e 140ºC, no caso do betume com nanomaterial, foi necessário recolocar

algumas vezes na estufa o recipiente onde estes foram misturados, de maneira a que a temperatura

se mantivesse sempre dentro do intervalo referido. Deste modo, a mistura do betume com o

nanomaterial revelou-se um processo moroso.

Após as temperaturas serem atingidas, tanto do ligante como dos agregados, procedeu-se à

mistura manual de ambos com a ajuda de uma batedeira, tal como apresentado na Figura 3.9.

Figura 3.9 - Fabrico da mistura sobre placa elétrica com ajuda de uma batedeira

A utilização da batedeira teve que ver com a garantia da homogeneidade da mistura, durante

o tempo suficiente para que os agregados ficassem totalmente envolvidos pelo betume. Todos os

materiais foram misturados num recipiente de alumínio, apoiado numa placa elétrica, de maneira a

que a temperatura permanecesse constante, não afetando a trabalhabilidade da mistura.

De seguida, a mistura foi colocada num provete cilíndrico, em ordem à sua compactação.

Esta foi realizada segundo o especificado na norma EN 12697-30 (CEN, 2004a).

A compactação foi realizada num compactador de impacto, com 75 pancadas em cada face

do provete, em condições normalizadas, sendo a temperatura de compactação de cerca de 150ºC. As

pancadas resultam da queda livre de um pilão, como se pode verificar na Figura 3.10. O aspeto final

de alguns dos provetes produzidos pode ser observado na Figura 3.11.

Após a compactação de cada provete, este ficou sujeito à temperatura ambiente,

permanecendo ainda dentro do molde, durante o tempo necessário até atingi-la, tal como definido na

norma EN 12697-30 (CEN, 2004a).


Leonor Burguete 39

Figura 3.10 - Compactador de impacto e respetivo pilão

Figura 3.11 - Aspeto final dos provetes após compactação

O processo de fabrico dos provetes, bem como os ensaios Marshall que se seguiram, foram

repetidos diversas vezes, tendo sido realizados 3 provetes para cada tipo de mistura. Deste modo, e

tendo em conta os quatro tipos de misturas betuminosas (MBQ, MM, MP, e MS), foram realizados no

total 60 provetes, variando a percentagem de ligante (5,5 e 6,5) e de nanomaterial (2, 4, e 6). Na

Figura 3.12, Figura 3.13, Figura 3.14 e na Figura 3.15 evidenciam-se os provetes produzidos para

cada mistura betuminosa. Entenda-se que o estudo sugere a realização de apenas 3 provetes para

cada mistura por ser suficientemente representativo do comportamento da mistura, e necessário para

fazer-se uma análise comparativa.


40 Leonor Burguete

Figura 3.12 - Quantidade de provetes produzidos para a mistura MBQ

Figura 3.13 - Quantidade de provetes produzidos para a mistura MM

Figura 3.14 - Quantidade de provetes produzidos para a mistura MP

Figura 3.15 - Quantidade de provetes produzidos para a mistura MS


Leonor Burguete 41

Em conformidade com a norma EN 12697-34 (CEN, 2004b), os provetes compactados devem

arrefecer à temperatura ambiente, de maneira a evitar qualquer risco de deformação. Atingida a

temperatura ambiente, retiraram-se os provetes dos moldes através da utilização do equipamento

apresentado na Figura 3.16, resultando o aspeto visual apresentado na Figura 3.17.

Figura 3.16 - Desmoldagem de um provete

Figura 3.17 - Provete já desmoldado

Seguiu-se, então, a medição da altura de cada provete, dada pelo valor (h), e comparou-se

com os valores estipulados na norma EN 12697-34 (CEN, 2004b). Tipicamente, perante esta

necessidade de verificar a altura do provete e avaliar a conformidade com os valores exigidos,

produziu-se um primeiro provete de teste, em ordem ao acerto da quantidade de material correta em

cada provete.

Seguidamente à desmoldagem de cada provete, foi necessário esperar pelo menos 4 h, até

que os restantes ensaios de Marshall pudessem dar início. Segundo a norma EN 12697-34 (CEN,

2004b), todos os ensaios que se seguem têm de ser realizados obrigatoriamente num período entre 4

e 32 h após a desmoldagem dos provetes.

3.3.2 Baridade Aparente

Fabricados os provetes, seguiu-se a determinação da baridade aparente, que acarreta um

conjunto de passos definidos pelo procedimento B da norma EN 12697-6 (CEN, 2003a).

O primeiro passo foi determinar qual a massa do provete seco, denominada (m1), assim como

a densidade da água (ρw). De seguida, emergiu-se o provete em água, durante 30 min, até que o

mesmo se encontrasse totalmente saturado, tal como demonstrado na Figura 3.18, registando-se

também a temperatura da água. Ao fim desse período de tempo, e tomado o cuidado de não haver

bolhas de ar à superfície do provete, mediu-se a massa do provete imerso, referente a (m2), como é

possível verificar na Figura 3.19. Retirou-se o provete da água, secando-o totalmente, permitindo

assim que a massa do provete saturado com superfície seca fosse determinada, correspondendo a

(m3). Por forma a calcular a baridade aparente, aplicou-se a equação (3.1):

( ) (3.1)


42 Leonor Burguete

sendo que:

ρbssd é a baridade do provete saturado com superfície seca, em kg/m3;

m1 é a massa do provete seco, em g;

m2 é a massa do provete imerso, em g;

m3 é a massa do provete saturado com superfície seca, em g;

ρw é a massa volúmica da água à temperatura de ensaio, em kg/m3.

Figura 3.18 - Provetes imersos

Figura 3.19 - Medição da massa do provete imerso

Para obter resultados mais precisos, foi necessário ter em conta a variação da densidade da

água dependendo da temperatura, pelo que ρw deve ser corrigido por um fator de correção indicado

na EN 12697-6 (CEN, 2003a).

3.3.3 Ensaio de Compressão Marshall

O ensaio de compressão Marshall está associado à norma EN 12697-34 (CEN, 2004b), tendo

como objetivo a determinação da força de rotura e da deformação na rotura de um provete.

Em primeiro lugar, aqueceram-se os provetes e o estabilómetro em banho termostático, como

se pode observar na Figura 3.20, sendo que água deve estar à temperatura de (60 ± 1) ºC.

Figura 3.20 - Banho termoestático


Leonor Burguete 43

Este ensaio de compressão Marshall requer atenção especial quanto à duração do banho

termostático, sendo no mínimo 40 min, e não mais de 60 min. Após os 40 min, retirou-se o

estabilómetro e o primeiro provete a ter sido colocado em banho termoestático, secando as

respetivas superfícies, e colocando-os, de seguida, no equipamento destinado aos ensaios de

compressão Marshall, tal como apresentado na Figura 3.21.

Sujeitou-se o provete a uma carga contínua aplicada à velocidade de (50 ± 2) mm/min, até

que o mesmo atingisse a rotura. Com isto, foram registados os valores da força de rotura, bem como

os da deformação, tendo em atenção a necessidade de corrigir as leituras efetuadas no equipamento,

tal como definido na norma EN 12697-34 (CEN, 2004b). Um exemplo do ensaio de compressão, e

respetiva curva força-deformação, encontra-se demonstrado na Figura 3.22.

a)

b)

Figura 3.21 - Ensaio de compressão Marshall: a) Equipamento de ensaio; b) Provete em carga

Figura 3.22 - Curva força de rotura-deformação obtida do ensaio de compressão Marshall

Após a realização do ensaio de compressão, o provete ficou visivelmente deformado, tal

como exemplificado na Figura 3.23.


44 Leonor Burguete

Figura 3.23 - Aspeto visual de um provete após ensaio de compressão

3.3.4 Baridade Máxima Teórica

A determinação da baridade máxima teórica segue a metodologia do método A da norma EN

12697-5 (CEN, 2002).

Em primeiro lugar, escolheram-se dois provetes, sendo o critério de escolha referente à

média das respetivas baridades aparentes que mais se aproximava da baridade aparente da mistura.

Em seguida, procedeu-se à desagregação dos mesmos, tal como se demonstra na Figura 3.24, antes

de serem colocados no interior do picnómetro. A desagregação dos provetes deve ser total, ou tanto

quanto possível, de maneira a que o cálculo da baridade máxima teórica seja o mais rigoroso

possível.

Figura 3.24 - Amostra desagregada antes de ser colocada no picnómetro

O presente ensaio experimental teve a seguinte metodologia: antes de se colocar a mistura

desagregada no picnómetro, foi necessário pesá-lo, correspondendo o seu peso a (M1).

Seguidamente, a amostra foi inserida dentro do picnómetro, pesando-se, então, o conjunto

picnómetro mais amostra, correspondendo este valor a (M2). Antes de encher o picnómetro com

água, anotou-se o seu volume, denominando-se este de (Vp). Procedeu-se ao enchimento do

picnómetro com água, numa primeira fase até um limite pré-definido de cerca de 50 mm abaixo da

junta superior. Utilizou-se uma bomba de vácuo, de maneira a vibrar o picnómetro de tempos a


Leonor Burguete 45

tempos para que as bolhas de água se libertassem. Numa segunda fase, depois de eliminada

determinada porção de ar, encheu-se com água o volume que restava, e novamente com a ajuda da

bomba de vácuo procurou-se extrair totalmente o ar residual existente, durante um período

aproximado de 30 min. Concluída a total extração de ar, pesou-se a massa do picnómetro,

correspondendo esta a (M3). Este procedimento encontra-se mostrado na Figura 3.25, demonstrando-

se um picnómetro sujeito à ação de uma bomba de vácuo.

Figura 3.25 - Picnómetro ligado a uma bomba de vácuo

Após o registo de todas as grandezas evidenciadas, mediu-se, por fim, a temperatura de

ensaio da água. É de referir que esta última é bastante importante, uma vez que influencia a massa

volúmica da água. Este facto implica que haja um fator de correção aplicado a (ρw), tal como se define

na norma EN 12697-5 (CEN, 2002). Reunidas todas as grandezas necessárias para determinar a

baridade máxima teórica (ρmv), aplicou-se, então, a expressão (3.2):

( ) (3.2)

onde:

ρmv é a baridade máxima teórica da mistura betuminosa, em kg/m3;

M1 é a massa do picnómetro e acessórios, em g;

M2 é a massa do picnómetro, acessórios, e amostra, em g;

M3 é a massa do picnómetro, acessórios, amostra, e água, em g;

Vp é o volume do picnómetro, em m3;

ρw é a massa volúmica da água à temperatura de ensaio, em kg/m3.

De seguida, e com base no valor da baridade máxima teórica, determinou-se a porosidade,

de acordo com a norma EN 12697-8 (CEN, 2003b), utilizando-se a expressão referida em (3.3):

( ) (3.3)


46 Leonor Burguete

onde:

Vm é o conteúdo de vazios do provete, em %;

ρmv é a baridade máxima teórica da mistura, em kg/m3;

ρbssd é a baridade do provete saturado com superfície seca, em kg/m3.

A informação (v/v) diz respeito à divisão de uma resultante de baridade por outra, ou seja, de

um volume por outro volume, sendo o Vm referido em percentagem.

Com base na porosidade, calculou-se o volume de vazios no agregado (VMA), de acordo com

a expressão (3.4) a seguir indicada. Tal como a porosidade, o VMA também foi calculado com base

no especificado na norma EN 12697-8 (CEN, 2003b).

( ) (3.4)

sendo que:

VMA é o volume de vazios no agregado, em %;

Vm é o conteúdo de vazios do provete, em %;

B é o conteúdo de ligante do provete, em %;

ρbssd é a baridade do provete saturado com superfície seca, em kg/m3;

ρB é a baridade do betume, em kg/m3.

Realizados os ensaios Marshall, importa denotar que todos os procedimentos referidos foram

repetidos para os 60 provetes, seguindo sempre os mesmos métodos.

De acordo com a metodologia Marshall, o ensaio que seria realizado em seguida seria a

determinação da percentagem ótima de betume. Contudo, este passo não se aplica neste caso, pois

o objetivo fulcral é a comparação dos resultados obtidos dos ensaios anteriores, segundo duas

percentagens de betume, 5,5 e 6,5, previamente escolhidas.

Em complemento, foram realizados dois ensaios, tendo em vista a avaliação e comparação

das características individuais do betume utilizado nos diferentes tipos de misturas betuminosas. Os

dois ensaios de caracterização do ligante foram: a penetração e a temperatura do ponto de

amolecimento (método do anel e bola). Estes ensaios permitem verificar a variação ocorrida na

viscosidade do betume, embora de forma indireta.

3.4 Variação Verificada nas Características de Viscosidade do Betume


Aquando da mistura do betume com o nanomaterial, ou mesmo na mistura MBQ, foram

recolhidas separadamente amostras laboratoriais. Na Figura 3.26 mostram-se alguns exemplos das

mesmas. Estas destinaram-se ao ensaio de penetração e ao ensaio da temperatura do ponto de

amolecimento, dependendo apenas da percentagem de nanomaterial, e não da percentagem de

ligante. Com isto, foram recolhidas no total 20 amostras laboratoriais, sendo metade destas destinada

para cada ensaio.

Em todas as amostras exigiu-se homogeneidade, assegurando igualmente a não

contaminação das mesmas.


Leonor Burguete 47

Figura 3.26 - Aspeto das amostras laboratoriais recolhidas para o ensaio de penetração e da temperatura do ponto de amolecimento

3.4.2 Ensaio de Penetração

O presente ensaio foi feito segundo as orientações definidas na norma NP EN 1426 (IPQ,

2003a), e tem como principal objetivo determinar a consistência do betume, ou seja, a sua

viscosidade de forma indireta.

O ensaio utiliza o equipamento apresentado na Figura 3.27, sendo este composto pelo fixador

da agulha e pelo penetrómetro. A penetração é tipicamente realizada à temperatura de (25 ± 0,1) ºC.

Uma vez esta estabilizada, colocou-se a agulha na posição exata, isto é, na posição onde a sua

ponta faz contacto com a sua imagem refletida na superfície da amostra. Tal como se exemplifica na

Figura 3.28, e com a agulha inicialmente posicionada corretamente, libertou-se o fixador da mesma,

durante apenas 5 segundos. Estando a agulha sob um peso de 100 gf, registou-se em décimos de

milímetro a respetiva profundidade penetrada no betume.

Figura 3.27 - Equipamento utilizado no ensaio de penetração

Figura 3.28 - Ensaio de penetração com agulha (Branco et al., 2005)


48 Leonor Burguete

Neste ensaio, foram feitas três medições em três pontos diferentes da superfície da amostra,

como se demonstra na Figura 3.29, sendo o valor final a média desses valores arredondada à

unidade.

Figura 3.29 - Medições realizadas no ensaio de penetração

3.4.3 Ensaio da Temperatura do Ponto de Amolecimento - Método do Anel e Bola

Para a execução do ensaio foram seguidas todas as exigências preconizadas na norma NP

EN 1427 (IPQ, 2003b).

Em primeiro lugar, prepararam-se os anéis de latão, tal como se observa na Figura 3.30, nos

quais colocou-se determinada quantidade de betume aquecido, deixando-os arrefecer à temperatura

ambiente num período de 30 min. Uma vez atingida a temperatura ambiente, retirou-se o excedente

de betume com o intuito de nivelar a amostra pelo rebordo superior do anel. Este procedimento

encontra-se ilustrado na Figura 3.31.

Figura 3.30 - Preparação dos anéis de latão

Figura 3.31 - Nivelamento da amostra

Aquando da preparação dos anéis, preparou-se a água do banho, apontando o termómetro a

temperatura inicial de (5 ± 1) ºC. Após a montagem do equipamento com os anéis de betume, e

encontrando-se a temperatura estabilizada nos 5ºC, colocaram-se ambas as bolas de aço nos

respetivos dispositivos de centragem, dando início ao aquecimento do líquido do banho. Este

aquecimento foi feito a uma velocidade uniforme de 5ºC/min, devendo ser regular ao longo de todo o

ensaio. Durante este aquecimento, o betume foi amolecendo e, consequentemente, escoando do


Leonor Burguete 49

provete através do anel, até atingir a placa inferior. Na Figura 3.32 demonstra-se uma sequência das

várias posições do betume, desde o momento inicial até ao momento final em que toca na placa

inferior.

Figura 3.32 - Comportamento do betume durante a realização do ensaio da temperatura do ponto de amolecimento

O ensaio finalizou no preciso momento em que o betume atingiu a placa inferior, tendo-se

registado a respetiva temperatura da água indicada pelo termómetro. Segundo a norma NP EN 1427

(IPQ, 2003b), quando a temperatura registada é inferior a 80ºC, como é o caso, resulta que o

arredondamento da mesma é feito a 0,2ºC. Uma vez que foram testados conjuntamente dois

provetes, a temperatura do ponto de amolecimento final foi obtida fazendo a média das temperaturas

registadas em cada um dos provetes.

A campanha experimental encontra-se, desta forma, terminada, tendo sido reunidas todas as

grandezas que permitirão no capítulo seguinte, referente à apresentação e análise dos resultados,

proceder à análise conducente às inferências que serão apontadas.


50 Leonor Burguete

Capítulo 4 - Apresentação e Análise dos Resultados

Leonor Burguete 51

4. Apresentação e Análise dos Resultados

4.1 Considerações Iniciais

Neste capítulo serão descritos e analisados os resultados obtidos para as grandezas

Marshall, bem como para os ensaios de avaliação da modificação do betume (penetração e

temperatura do ponto de amolecimento), tendo em vista inferir o tipo de modificação de

comportamento induzido pelo uso dos nanomateriais descritos.

4.2 Análise Crítica do Estudo de Marshall

4.2.1 Resultados da Baridade Aparente

Os resultados obtidos para a baridade aparente relativa às misturas com 5,5% de ligante

podem ser observados no Quadro 4.1, estando os mesmos representados graficamente na Figura

4.1. Os valores apresentados correspondem à média obtida para cada mistura, ao respetivo

coeficiente de variação (cv) e à variação percentual relativamente à mistura de referência (Δ).

Quadro 4.1 - Baridade aparente das misturas betuminosas com 5,5% de betume

Mistura Taxa de incorporação de nanomaterial (%)

Baridade aparente (kg/m

3)

cv Δ (5,5% betume)

MBQ 0 2547 1,50% -

MM

2 2558 0,80% +0,40%

4 2546 1,10% 0,00%

6 2541 1,10% -0,20%

MP

2 2530 0,70% -0,60%

4 2520 1,00% -1,00%

6 2543 0,50% -0,10%

MS

2 2540 0,50% -0,30%

4 2566 0,70% +0,70%

6 2567 1,20% +0,80%

Tendo em conta os resultados apresentados no Quadro 4.1 e na Figura 4.1, é possível

denotar-se que a baridade aparente obtida para a mistura convencional MBQ é bastante semelhante

à baridade aparente obtida para cada mistura com incorporação de nanomateriais, correspondendo a

variações percentuais de valores iguais ou inferiores a 1%, sendo que a maior parte das misturas

com nanomateriais apresentaram valores inferiores a MBQ. Na realidade deve dizer-se que o efeito

na baridade aparente da introdução de qualquer percentagem de qualquer nanomaterial é

desprezável para uma percentagem de betume alvo de 5,5.

Os resultados obtidos para a baridade aparente relativa às misturas com 6,5% de ligante

podem ser observados no Quadro 4.2, estando os mesmos representados graficamente na Figura

4.2. Os valores apresentados correspondem à média obtida para cada mistura, ao respetivo

coeficiente de variação (cv) e à variação percentual relativamente à mistura de referência (Δ).


52 Leonor Burguete

Figura 4.1 - Variação da baridade aparente para 5,5% de betume com 2%, 4% e 6% de incorporação de nanomateriais e por comparação com MBQ (0% de incorporação de nanomateriais)

Quadro 4.2 - Baridade aparente das misturas betuminosas com 6,5% de betume


Baridade aparente (kg/m

3)

cv Δ (6,5% betume)

MBQ 0 2554 0,70% -

MM

2 2523 0,50% -1,20%

4 2554 0,50% 0,00%

6 2515 0,30% -1,50%

MP

2 2568 0,60% +0,60%

4 2589 0,50% +1,40%

6 2556 1,60% +0,10%

MS

2 2541 1,00% -0,50%

4 2574 0,20% +0,80%

6 2556 0,40% +0,10%

Figura 4.2 - Variação da baridade aparente para 6,5% de betume com 2%, 4% e 6% de incorporação de nanomateriais e por comparação com MBQ (0% de incorporação de nanomateriais)


Leonor Burguete 53

Também nesta situação (misturas com 6,5% de betume) as variações são desprezáveis

(inferiores a 2%) pelo que se pode inferir o mesmo que para a percentagem de 5,5 de betume. A

diferença para a situação de 6,5% de betume é que os valores de baridade aparente são geralmente

superiores aos da MBQ.

Pode concluir-se que a adição deste tipo de nanomateriais no betume não influi a baridade

aparente das misturas betuminosas já que as variações encontradas são desprezáveis e

possivelmente devidas a uma certa variação nas condições de fabrico, apesar do controlo estreito

efetuado.

Os valores individuais da baridade aparente obtidos para cada mistura betuminosa (5,5% e

6,5% de betume) podem ser consultados no Anexo C.

4.2.2 Resultados do Ensaio de Compressão de Marshall

O ensaio compreende a determinação da força de rotura do provete, bem como da respetiva

deformação na rotura. Em primeiro lugar serão analisados os resultados da força de rotura, em

segundo os referentes à deformação, e depois será feita uma análise em conjunto, que se traduz no

cociente Marshall.

Os resultados obtidos para a força de rotura relativa às misturas com 5,5% de ligante podem

ser observados no Quadro 4.3, estando os mesmos representados graficamente na Figura 4.3. Os

valores apresentados correspondem à média obtida para cada mistura, ao respetivo coeficiente de

variação (cv) e à variação percentual relativamente à mistura de referência (Δ).

Quadro 4.3 - Força de rotura das misturas betuminosas com 5,5% de betume


Força de rotura (kN) cv Δ (5,5% betume)

MBQ 0 8,9 13,50% -

MM

2 8,3 9,30% -7,30%

4 8,7 11,60% -2,40%

6 8,6 10,60% -4,00%

MP

2 8,6 6,90% -4,10%

4 9,2 11,80% +2,70%

6 8,5 8,20% -4,70%

MS

2 8,1 10,00% -8,90%

4 8,7 8,50% -1,90%

6 8,6 7,10% -3,50%

No Quadro 4.3 e na Figura 4.3 é possível observar que para a generalidade das misturas, as

forças de rotura diminuíram em comparação com a mistura de referência MBQ, com uma redução

que é sempre inferior a 5% com a exceção de 2 casos: 2% de montmorilonite (mistura MM) e 2% de

sílica (mistura MS).

Pode denotar-se que a incorporação de 4% de nanomaterial é a que conduz a resultados

semelhantes aos da MBQ. Já os resultados mais distantes dizem respeito à adição de 2% de

nanomaterial. Deve ainda assinalar-se que, em qualquer dos casos, a variação é pequena para os

níveis de força de rotura assinalados.


54 Leonor Burguete

Os resultados obtidos para a força de rotura para as misturas com 6,5% de ligante estão

apresentados no Quadro 4.4, estando os mesmos representados graficamente na Figura 4.4,

correspondendo os valores apresentados à média obtida para cada mistura, ao coeficiente de

variação (cv) e à sua variação percentual relativamente à mistura de referência (Δ).

Figura 4.3 - Variação da força de rotura para 5,5% de betume com 2%, 4% e 6% de incorporação de nanomateriais e por comparação com MBQ (0% de incorporação de nanomateriais)

Quadro 4.4 - Força de rotura das misturas betuminosas com 6,5% de betume


Força de rotura (kN) cv Δ (6,5% betume)

MBQ 0 8,1 9,20% -

MM

2 7,8 7,70% -3,50%

4 8,0 7,70% -1,00%

6 7,8 6,30% -3,70%

MP

2 8,2 9,60% +1,10%

4 10,2 5,30% +25,90%

6 7,9 18,00% -2,80%

MS

2 8,5 6,40% +4,80%

4 9,6 6,60% +18,20%

6 8,7 4,30% +7,40%

Observando o Quadro 4.4 e respetiva Figura 4.4, é possível notar que, excluindo as misturas

com montmorilonite, as misturas betuminosas com nanomateriais apresentam uma força de rotura

com valores superiores (significativamente nalguns casos, havendo um valor inferior mas para uma

dispersão elevada, ou seja, pode haver problemas de representatividade com a média) aos da

mistura convencional. A mistura MS teve os melhores resultados em média das diferentes

percentagens de incorporação, embora a MP tenha apresentado o melhor desempenho de todos para

a incorporação de 4% de PCC. Assinale-se que em qualquer caso a incorporação de 4% de

nanomaterial resulta melhor.


Leonor Burguete 55

O comportamento das misturas com 5,5% e com 6,5% de ligante revelou-se diferente,

confirmando que a quantidade de ligante influi significativamente o desempenho das misturas

betuminosas. Aliás, a uma maior percentagem de betume correspondeu uma maior força de rotura

(para MP e MS) para o mesmo esqueleto de agregado quando se adicionou 4% de nanomaterial, o

que mostra que este teve um efeito muito positivo já que seria de esperar o contrário. Seria

expectável que o aumento da quantidade de betume provocasse um aumento da plasticidade da

mistura betuminosa, o que se traduziria em menores forças de rotura. Naturalmente terá de ver-se o

que se passou com a deformação.

Os valores individuais da força de rotura obtidos para cada mistura betuminosa (5,5% e 6,5%

de betume) podem ser consultados no Anexo D.

Figura 4.4 - Variação da força de rotura para 6,5% de betume com 2%, 4% e 6% de incorporação de nanomateriais e por comparação com MBQ (0% de incorporação de nanomateriais)

No que diz respeito à deformação, interessa referir que foi feita a correção no cálculo desta,

de acordo com a norma EN 12697-34 (CEN, 2004b).

Os resultados obtidos para a deformação referente às misturas com 5,5% de ligante estão

apresentados no Quadro 4.5, estando o gráfico comparativo dos mesmos representado na Figura 4.5.

Os valores apresentados correspondem à média obtida para cada mistura, ao respetivo coeficiente

de variação (cv) e à variação percentual relativamente à mistura de referência (Δ).

Fazendo uma análise do Quadro 4.5 e da Figura 4.5, é possível afirmar que as deformações

das misturas betuminosas incorporadas com nanomateriais correspondem, no geral, a valores de

deformação inferiores ao valor referente à mistura convencional. Evidencia-se a exceção da mistura

MM para 4% de incorporação, onde se verifica que o pico da deformação é relativamente elevado (o

que pode ter correspondido a um pior provete deste ponto de vista) quando comparado com a

deformação da MBQ. Pode dizer-se que para 5,5 de percentagem de betume o efeito da adição de

qualquer nanomaterial é muito relevante, sendo que o valor total da deformação é pelo menos inferior

em cerca de 9% ao da MBQ. Enquanto que nos casos de MM e MP as variações desta inferência


56 Leonor Burguete

com a quantidade de nanomaterial são pequenas (mais uma vez tirando o caso de 4% para MM), no

caso de MS são significativas: aumenta a diferença para MBQ com o aumento da % de incorporação.

Quadro 4.5 - Deformação obtida para as misturas betuminosas com 5,5% de betume


Deformação (mm) cv Δ (5,5% betume)

MBQ 0 6,0 14,90% -

MM

2 4,9 2,30% -18,20%

4 6,4 10,20% +6,20%

6 5,0 10,50% -17,20%

MP

2 5,5 18,30% -8,60%

4 5,5 7,10% -8,50%

6 5,5 9,40% -8,60%

MS

2 5,5 14,50% -8,20%

4 5,3 7,80% -12,00%

6 5,0 8,30% -17,10%

Figura 4.5 - Variação da deformação para 5,5% de betume com 2%, 4% e 6% de incorporação de nanomateriais e por comparação com MBQ (0% de incorporação de nanomateriais)

Como no caso da percentagem de 5,5 a variação da força de rotura não foi significativa, os

resultados da deformação informam por si sobre o efeito dos nanomateriais. De qualquer modo como

se tinha assinalado um melhor comportamento (no que à força de rotura diz respeito) para a

incorporação de 4% de nanomaterial, pode dizer-se agora com os resultados da deformação que esta

% também apresenta (para MP e MS) resultados de muito bom nível.

Através da análise da relação força de rotura/deformação (Fr/Def) para uma percentagem de

5,5 de betume, apresentada na Figura 4.6, é então possível confirmar que a mistura MS apresenta

um comportamento tanto melhor quanto maior é a taxa de incorporação de sílica. A mistura MP é

ligeiramente influenciada pela presença dos nanomateriais, revelando um comportamento

semelhante à MBQ, sendo a incorporação de 4% a reveladora de melhores resultados. A mistura MM


Leonor Burguete 57

apresenta um comportamento variável, apresentando um melhor comportamento em relação à MBQ

na incorporação de 2% e na de 6%. Contudo, a sua variabilidade não permite assegurar sobre o seu

bom uso. Tal situação pode ser explicada pelo facto das argilas serem difíceis de dispersar, o que

permite inferir que os melhores resultados relativos à mistura MM justificam-se porque foi conseguida

uma melhor dispersão da nanoargila no betume.

Figura 4.6 - Variação de Fr/Def para 5,5% de betume com 2%, 4% e 6% de incorporação de nanomateriais e por comparação com MBQ (0% de incorporação de nanomateriais)

Os resultados obtidos para a deformação referente às misturas com 6,5% de ligante estão




Quadro 4.6 - Deformação obtida para as misturas betuminosas com 6,5% de betume


Deformação (mm) cv Δ (6,5% betume)

MBQ 0 6,4 10,80% -

MM

2 5,8 11,90% -9,80%

4 6,2 11,90% -3,30%

6 6,2 7,30% -3,20%

MP

2 7,6 3,30% +19,60%

4 7,0 4,20% +9,30%

6 6,7 6,80% +4,70%

MS

2 5,8 9,10% -9,80%

4 5,5 24,00% -13,80%

6 4,5 2,90% -29,30%

Observando o Quadro 4.6 e a respetiva Figura 4.7, há a assinalar o mau comportamento de

MP, que se caracteriza por ter deformações sempre superiores a MBQ, e o excelente comportamento


58 Leonor Burguete

de MS, apresentando uma redução da deformação de aproximadamente 30% para a incorporação de

6% de sílica. A MM apresentou um comportamento positivo, com deformações inferiores às de MBQ.

Pode assim perceber-se duma análise mais abrangente que para uma maior percentagem de

betume o efeito da utilização de nanomateriais é mais significativo. Integrando a força de

rotura/deformação (Fr/Def) e para 6,5 de percentagem de betume, pode afirmar-se que a mistura MS

apresenta resultados significativos para qualquer das percentagens de modificação, não se tratando

só da percentagem de 4. A mistura MP mostrou um bom comportamento para a força de rotura mas

mau à deformação, pelo que não se pode confirmar a bondade da sua utilização. A mistura MM tem

um comportamento que se pode reportar de neutro, uma vez que nada acrescenta de substancial em

relação à MBQ. Ainda para a percentagem de 6,5, e só para uma melhor compreensão da extensão

das inferências feitas apresenta-se na Figura 4.8 a variação do cociente força de rotura/deformação.

Figura 4.7 - Variação da deformação para 6,5% de betume com 2%, 4% e 6% de incorporação de nanomateriais e por comparação com MBQ (0% de incorporação de nanomateriais)

Figura 4.8 - Variação de Fr/Def para 6,5% de betume com 2%, 4% e 6% de incorporação de nanomateriais e por comparação com MBQ (0% de incorporação de nanomateriais)


Leonor Burguete 59

Como se pode verificar pela Figura 4.8, e em relação à MBQ, a mistura MS melhora o

comportamento em todas as taxas de incorporação, a mistura MP melhora com algum significado na

taxa 4% mas piora nas outras, e a mistura MM melhora ligeiramente na taxa 2% mas na realidade

parece não ter efeito.

Os valores individuais da deformação na rotura obtidos para cada mistura betuminosa (5,5%

e 6,5% de betume) podem ser consultados no Anexo E.

4.2.3 Resultados da Baridade Máxima Teórica

A baridade máxima teórica traduz o volume da mistura sem vazios. Através da determinação

desta grandeza, é possível saber qual a porosidade correspondente, e qual o volume de vazios no

agregado compactado.

Os resultados da baridade máxima teórica (BMT) encontram-se demonstrados no Quadro

4.7, e representados graficamente na Figura 4.9 e na Figura 4.10. A Figura 4.9 diz respeito aos

provetes realizados com 5,5% de betume, ao passo que a Figura 4.10 tem que ver com os provetes

produzidos com 6,5% de betume.

Quadro 4.7 - Resultados obtidos do ensaio da baridade máxima teórica

% de betume Taxa de incorporação de

nanomaterial (%)

Baridade Máxima Teórica (kg/m3)

MBQ MM MP MS

5,5

0 2689 - - -

2 - 2634 2696 2660

4 - 2642 2690 2639

6 - 2631 2661 2664

6,5

0 2645 - - -

2 - 2600 2637 2650

4 - 2598 2680 2601

6 - 2584 2627 2616

Figura 4.9 - Variação da baridade máxima teórica para 5,5% de betume com 2%, 4% e 6% de incorporação de nanomateriais e por comparação com MBQ (0% de incorporação de nanomateriais)

Com base no Quadro 4.7 e Figura 4.9, a generalidade dos valores apresentados da BMT que

se referem às misturas com nanomateriais com 5,5% de betume, são pouco inferiores aos valores


60 Leonor Burguete

referentes à BMT da mistura convencional. Verifica-se a exceção da mistura MP com 2% de PCC,

que se caracteriza por uma BMT ligeiramente superior em relação à MBQ, bem como para o caso de

4% de PCC, o qual se manteve constante em relação à MBQ.

Estes resultados eram esperados pois, tal como para a baridade aparente, a introdução de

nanomateriais não poderia alterar com significado o peso específico sem vazios.

No que diz respeito às misturas com 6,5% de betume, é possível verificar na Figura 4.10 que

não houve alteração significativa relativamente a 5,5% de betume, inferindo-se assim o mesmo.

Figura 4.10 - Variação da baridade máxima teórica para 6,5% de betume com 2%, 4% e 6% de incorporação de nanomateriais e por comparação com MBQ (0% de incorporação de nanomateriais)

Quanto à porosidade, os resultados obtidos para as misturas com 5,5% de ligante estão




Quadro 4.8 - Porosidade das misturas betuminosas com 5,5% de betume


Porosidade (%) cv Δ (5,5% betume)

MBQ 0 5,3 26,40% -

MM

2 2,9 26,00% -45,30%

4 3,6 31,30% -31,40%

6 3,4 32,10% -35,20%

MP

2 6,1 10,60% +15,70%

4 6,3 14,50% +18,90%

6 4,4 11,40% -17,00%

MS

2 4,5 9,70% -15,10%

4 2,8 24,10% -47,80%

6 3,6 31,90% -31,40%


Leonor Burguete 61

Figura 4.11 - Variação da porosidade para 5,5% de betume com 2%, 4% e 6% de incorporação de nanomateriais e por comparação com MBQ (0% de incorporação de nanomateriais)

Observando o Quadro 4.8 e a Figura 4.11, denota-se que as misturas MM e MS apresentam

valores de porosidade inferiores a MBQ, na ordem dos 3% e 4%. A mistura MP é a que apresenta as

percentagens mais elevadas de porosidade para as três quantidades de nanomaterial, sendo que a

incorporação de 2% e 4% de PCC resulta em porosidades na ordem dos 6%, equivalente a quase o

dobro da porosidade das restantes misturas betuminosas.

Os resultados obtidos para a porosidade das misturas com 6,5% de ligante estão




Da observação do Quadro 4.9 e da Figura 4.12, é de assinalar os valores reduzidos de

porosidade para a generalidade das misturas produzidas, indicando acentuadas variações

percentuais em relação à mistura convencional. Não obstante, assinala-se uma exceção, relativa à

mistura MS com 2% de sílica, que diz respeito a uma porosidade superior às restantes misturas. Esta

mistura revela-se igualmente exceção no caso de incorporação de 4% de sílica, mas agora

respeitante à porosidade mais baixa, tomando um valor extremamente reduzido, na ordem de apenas

1%, o que não é desejável.

Importa referir que a porosidade das misturas betuminosas com 6,5% de betume baixou

relativamente à MBQ com 5,5%. A razão da redução da porosidade está provavelmente relacionada

com a maior quantidade de ligante, o que implica um maior preenchimento por este dos vazios

existentes. É provável que a utilização de nanomateriais tenha por si só uma influência relativamente

reduzida neste aspeto atribuindo-se a variabilidade verificada a, fundamentalmente, variabilidade

decorrente do processo de fabrico. No entanto, deve assinalar-se que em geral as porosidades são

do mesmo tipo ou mais baixas que a mistura convencional o que poderia traduzir uma pior relação

Fr/Def, a qual de alguma forma traduz a rigidez da mistura. Ora verificou-se que não para a maior

parte das situações. Aliás, MS que tem um melhor comportamento FR/Def com a adição de

0

1

2

3

4

5

6

7

0 2 4 6

Po

rosi

dad

e (

%)

Taxa de incorporação de nanomaterial (%)

MM

MP

MS

MBQ

Misturas com

5,5% betume


62 Leonor Burguete

nanomateriais (tanto melhor quanto maior % de sílica) até apresenta os mais baixos valores de

porosidade, para 4% e 6% de incorporação e para as duas percentagens de betume, o que assinala o

alcance da modificação.

Os valores individuais da porosidade obtidos para cada mistura betuminosa (5,5% e 6,5% de

betume) podem ser consultados no Anexo F.

Quadro 4.9 - Porosidade das misturas betuminosas com 6,5% de betume


Porosidade (%) cv Δ (6,5% betume)

MBQ 0 3,4 18,70% -

MM

2 2,9 15,40% -14,60%

4 1,7 15,40% -50,50%

6 2,7 9,40% -22,30%

MP

2 2,6 23,10% -24,30%

4 3,4 15,60% -1,00%

6 2,7 56,70% -20,40%

MS

2 4,1 23,30% +19,40%

4 1,1 19,50% -68,90%

6 2,3 15,70% -33,00%

Figura 4.12 - Variação da porosidade para 6,5% de betume com 2%, 4% e 6% de incorporação de nanomateriais e por comparação com MBQ (0% de incorporação de nanomateriais)

Quanto ao volume de vazios no agregado (VMA), os resultados obtidos encontram-se

registados no Quadro 4.10, e representados graficamente na Figura 4.13 e na Figura 4.14. A Figura

4.13 diz respeito aos provetes realizados com 5,5% de betume, e a Figura 4.14 tem que ver com os

provetes com 6,5% de betume.

Tomando como base o Quadro 4.10 e a Figura 4.13, a mistura MM apresenta valores

inferiores às restantes misturas betuminosas incorporando nanomateriais, bem como quando

comparada com a mistura de referência. Não obstante, os resultados estão mesmo assim acima de


Leonor Burguete 63

14%, valor mínimo para um AC14 em camada de desgaste, segundo o Caderno de Encargos da EP

(EP, 2009).

Quadro 4.10 - Resultados obtidos do volume de vazios no agregado

Teor de betume

Taxa de incorporação de nanomaterial (%)

Volume de Vazios no Agregado (%)

MBQ MM MP MS

5,5%

0 21,4 - - -

2 - 16,6 19,7 20,5

4 - 17,2 19,8 19,0

6 - 17,0 18,0 19,8

6,5%

0 19,6 - - -

2 - 18,9 18,8 20,1

4 - 17,8 19,7 17,3

6 - 18,5 18,8 18,4

Na realidade não se pensa que a adição de qualquer nanomaterial afete significativamente

esta característica da mistura, como se pode verificar na Figura 4.13. De facto, no presente ensaio do

VMA, o constituinte mais influente é o agregado utilizado e a forma como se distribui o seu esqueleto,

pelo que a incorporação de nanomaterial, realizada diretamente no ligante, não vai afetar aquela

distribuição.

Figura 4.13 - Variação do VMA para 5,5% de betume com 2%, 4% e 6% de incorporação de nanomateriais e por comparação com MBQ (0% de incorporação de nanomateriais)

Quanto aos resultados obtidos para as misturas betuminosas com 6,5% de betume, como se

mostra na Figura 4.14, é possível verificar que os resultados das misturas betuminosas incorporando

nanomateriais são bastante semelhantes aos da MBQ. Realça-se o caso da incorporação de 2% e de

4% de sílica, correspondendo, respetivamente, ao máximo e mínimo dos resultados obtidos. Contudo

essa variação não se revela significativa.

Com isto, pode extrair-se essencialmente as mesmas conclusões que para a percentagem de

5,5 de betume.


64 Leonor Burguete

Figura 4.14 - Variação do VMA para 6,5% de betume com 2%, 4% e 6% de incorporação de nanomateriais e por comparação com MBQ (0% de incorporação de nanomateriais)

4.2.4 Indicadores Absolutos de Variação

Para ajudar a perceção dos resultados recolhidos, e resumir a informação mais importante,

apresentam-se no Quadro 4.11 e no Quadro 4.12 os indicadores absolutos de variação, referentes a

cada grandeza calculada, correspondendo cada quadro à quantidade de 5,5% e 6,5% de betume,

respetivamente. Os indicadores de variação foram calculados somente entre as misturas

betuminosas incorporadas com nanomateriais e a mistura de referência, não contabilizando a

variação das misturas com nanomateriais entre si.

Dos resultados apresentados no Quadro 4.11 ilustram-se os seguintes aspetos:

As misturas MM, MS e MP apresentam um comportamento semelhante (menor força de

rotura em valor absoluto) em relação a MBQ;

As misturas MM, MS e MP apresentam um comportamento melhor (menor deformação

em valor absoluto) em relação a MBQ, resultando melhor a taxa de incorporação de 6%;

A mistura MS é a que apresenta uma relação Fr/Def sensivelmente melhor que para

MBQ;

As misturas MS e MM apresentam uma melhor porosidade em relação à MBQ, pois

encaixam-se nas necessidades habituais duma camada de desgaste (entre 3 e 5% de

acordo com segundo o Caderno de Encargos da EP (EP, 2009)), sendo que a MBQ

apresenta uma porosidade fora desses limites;

As misturas MM, MP e MS apresentam comportamentos bastante semelhantes à MBQ

no que diz respeito à baridade aparente, BMT e VMA, sendo possível afirmar que os

nanomateriais têm pouca influência na consistência das misturas betuminosas;

A mistura MM apresenta, em geral, um comportamento pouco conclusivo, resultando

num bom comportamento para a taxa de 2% de nanomaterial, mau comportamento para

a incorporação de 4% de nanomaterial, e de novo num bom comportamento para a

incorporação de 6%;


Leonor Burguete 65

A mistura MP apresenta, no geral, um bom comportamento para baixas taxas de

incorporação, associado a boas variações absolutas em relação a MBQ para a

incorporação de 2% e de 4% de nanomaterial, embora a taxa de 6% resulte num

comportamento muito semelhante a MBQ;

A mistura MS apresenta, para a generalidade das propriedades, um comportamento

tanto melhor quanto maior é a taxa de incorporação de nanomaterial.


Indicadores absolutos de variação

Misturas com MM

MP

MS

5,5% de betume

% de nanomaterial 2 4 6 2 4 6 2 4 6

Força de rotura -0,6 -0,2 -0,3 -0,3 +0,3 -0,4 -0,8 -0,2 -0,3

(kN)

Deformação -1,1 +0,4 -1,0

-0,5 -0,5 -0,5

-0,5 -0,7 -1,0

(mm)

Fr/Def +0,2 -0,1 +0,2

+0,1 +0,2 0,0

0,0 +0,2 +0,2

(kN/mm)

Porosidade -2,4 -1,7 -1,9

+0,8 +1,0 -0,9

-0,8 -2,5 -1,7

(%)

Baridade aparente +11,0 -1,0 -6,0

-17,0 -27,0 -4,0

-7,0 +19,0 +20,0

(kg/m3)

VMA -4,8 -4,2 -4,4

-1,7 -1,6 -3,4

-0,9 -2,4 -1,6

(%)

BMT -55,0 -47,0 -58,0

+7,0 +1,0 -28,0

-29,0 -50,0 -25,0

(kg/m3)

Da análise do Quadro 4.12 importa referir o seguinte:

As misturas MS e MP apresentam um melhor comportamento (maior força de rotura em

valor absoluto) em relação a MBQ, sendo a taxa 4% a respeitante aos melhores

resultados;

As misturas MM e MS apresentam o melhor comportamento para a deformação na

rotura. A MS mostrou deformações significativamente mais baixas do que as de MBQ, o

que pode ser explicado pela maior rigidez que a sílica proporciona à mistura;

Tendo em conta a Fr/Def, as misturas MM e MP demonstram um comportamento neutro

em relação a MBQ, sem significativa variabilidade. A mistura MS apresenta o melhor

comportamento para todas as taxas de incorporação;

As misturas MM, MP e MS apresentam porosidades mais baixas do que a MBQ. Tal

facto justifica-se pela maior quantidade de ligante, que preenche a maior parte da

quantidade de vazios, e não parece ser pela presença dos nanomateriais;

Tal como se concluiu para a percentagem de 5,5 de betume, as misturas MM, MP e MS

apresentam comportamentos bastante semelhantes à MBQ no que diz respeito à

baridade aparente, BMT e VMA, sendo possível confirmar, também para esta % de

betume, que os nanomateriais não afetam a consistência das misturas betuminosas;


66 Leonor Burguete

A mistura MM apresenta, no geral, um comportamento bastante semelhante a MBQ para

qualquer taxa de incorporação, sendo mesmo a taxa de 4% e de 6% resultantes dum

comportamento praticamente igual a MBQ, com variações em valor absoluto pouco

significativas;

A mistura MP apresenta um comportamento ambíguo para a generalidade das

propriedades, devido a um mau comportamento para a incorporação de 2% de

nanomaterial, bom comportamento para a taxa de 4%, e novamente mau para a taxa de

6%;

A mistura MS apresenta, no geral, um comportamento significativamente melhor quanto

maior a taxa de incorporação, com variações em valor absoluto de deformação e de

força de rotura muito satisfatórios.


Indicadores absolutos de variação

Misturas com MM

MP

MS

6,5% de betume

% de nanomaterial 2 4 6 2 4 6 2 4 6

Força de rotura -0,3 -0,1 -0,3 +0,1 +2,1 -0,2 +0,4 +1,5 +0,6

(kN)

Deformação -0,6 -0,2 -0,2

+1,2 +0,6 +0,3

-0,6 -0,9 -1,9

(mm)

Fr/Def +0,1 0,0 0,0

-0,2 +0,2 -0,1

+0,2 +0,4 +0,6

(kN/mm)

Porosidade -0,5 -1,7 -0,7

-0,8 0,0 -0,7

+0,7 -2,3 -1,1

(%)

Baridade aparente -31,0 0,0 -39,0

+14,0 +35,0 +2,0

-13,0 +20,0 +2,0

(kg/m3)

VMA -0,7 -1,8 -1,1

-0,8 +0,1 -0,8

+0,5 -2,3 -1,2

(%)

BMT -45,0 -47,0 -61,0

-8,0 +35,0 -18,0

+5,0 -44,0 -29,0

(kg/m3)

4.3 Análise do Ensaio de Penetração

A análise dos resultados do ensaio de penetração, segundo a norma NP EN 1426 (IPQ,

2003a), é importante para verificar as alterações proporcionadas pela incorporação dos

nanomateriais no betume.

Os resultados obtidos para o ensaio de penetração estão apresentados no Quadro 4.13,

estando representados graficamente na Figura 4.15. Os valores individuais obtidos da penetração do

betume, modificado e não modificado, podem ser consultados no Anexo G.

Analisando o Quadro 4.13 e a Figura 4.15, é possível observar que os resultados da

penetração do betume utilizado nas misturas incorporadas por nanomateriais foram inferiores à

penetração do betume utilizado na mistura betuminosa de referência. Pode concluir-se que as

variações não são muito significativas com as taxas de incorporação de nanomateriais, mantendo-se

muito próximas no caso de MM e MP e embora variando com significado no caso de MS quando se

considera a taxa de incorporação de 2% em relação às restantes.


Leonor Burguete 67

Em relação ao betume não modificado, ou seja, em relação a MBQ, a penetração varia entre

5 a 20% para baixo do valor apresentado, o que pode considerar-se significativo para o limite superior

que acontece com alguma consistência na MP, sendo certo que considerando a taxa de incorporação

de 2% a variação para todos os nanomateriais está entre 10 e 20% mais baixa, revelando que há

uma tendência de aumento com significado da rigidez do betume a 25ºC para taxas de incorporação

baixas deste tipo de nanomateriais.

Quadro 4.13 - Resultados obtidos do ensaio de penetração

Betume da

mistura Taxa de incorporação de nanomaterial (%)

Penetração (x 0,1mm)

cv Δ

MBQ 0 39 0,00% -

MM

2 35 0,00% -10,26%

4 34 1,70% -12,82%

6 35 1,65% -10,26%

MP

2 32 1,80% -17,95%

4 31 1,86% -20,51%

6 34 2,94% -12,82%

MS

2 33 1,75% -15,38%

4 37 1,56% -5,13%

6 37 1,56% -5,13%

Figura 4.15 - Variação da penetração do betume das misturas betuminosas com 2%, 4% e 6% de incorporação de nanomateriais e por comparação com o betume de MBQ (0% de incorporação de

nanomateriais)

Analogamente à campanha experimental realizada por Jahromi e Khodaii (2009), a redução

da penetração, em comparação com o betume não modificado, significa um aumento da sua rigidez.

Este é um resultado positivo, pois as misturas betuminosas da camada de desgaste têm que exibir

uma boa rigidez, desempenhando melhor o seu papel estrutural. Contudo, é necessário verificar o


68 Leonor Burguete

que acontece com esta rigidificação do betume, pois propriedades como a durabilidade e a

resistência à fadiga poderão ficar mais comprometidas.

É preciso dar nota que houve alguma dificuldade na homogeneização dos provetes de

betume modificados pelo que as conclusões tiradas têm de ser vistas com alguma reserva e deverá

desenvolver-se um processo de modificação que garanta uma forma mais fiável.

4.4 Análise do Ensaio da Temperatura do Ponto de Amolecimento

Os resultados obtidos para o ensaio da temperatura do ponto de amolecimento, segundo o

método do anel e bola, de acordo com as especificações da norma NP EN 1427 (IPQ, 2003b), estão

apresentados no Quadro 4.14, estando representados graficamente na Figura 4.16.

Quadro 4.14 - Resultados obtidos do ensaio da temperatura do ponto de amolecimento

Betume da

mistura Taxa de incorporação de nanomaterial (%)

Temperatura de amolecimento (ºC)

Δ

MBQ 0 56,3 -

MM

2 55,4 -1,60%

4 56,1 -0,36%

6 56,0 -0,53%

MP

2 56,2 -0,18%

4 56,1 -0,36%

6 56,8 +0,89%

MS

2 55,2 -1,95%

4 54,6 -3,02%

6 55,8 -0,89%

Figura 4.16 - Variação da temperatura de amolecimento do betume das misturas betuminosas com 2%, 4% e 6% de incorporação de nanomateriais e por comparação com o betume de MBQ (0% de

incorporação de nanomateriais)


Leonor Burguete 69

Tanto no Quadro 4.14, como na Figura 4.16, é possível visualizar que, no geral, a

temperatura de amolecimento do betume das misturas incorporadas com nanomaterial tem tendência

a diminuir, embora com pouco significado, em relação à temperatura de amolecimento do betume da

MBQ. De qualquer modo, mesmo com menor expressão, este é um resultado inverso ao verificado

para a penetração.

Sinteticamente, para estes resultados, tanto de penetração como da temperatura de

amolecimento, não se pode ser definitivo sobre a influência no comportamento do betume (alteração

da sua viscosidade) devido à presença de nanomaterial, sendo necessário estender mais a análise e

também melhorar os procedimentos.

4.5 Validação dos Resultados

De maneira a que a utilização de misturas betuminosas nas camadas dos pavimentos esteja

de acordo com os requisitos geralmente exigidos, no Quadro 4.15 indicam-se os limites para uma

camada de desgaste tal como definido no Caderno de Encargos Tipo Obra da EP (EP, 2009).

Quadro 4.15 - Limites dos requisitos das misturas betuminosas aplicadas na camada de desgaste (adaptado de EP, 2009)

Requisitos/Propriedades Referência Normativa Valores Limite

Estabilidade mínima Smín EN 12697 - 34 7,5 kN

Estabilidade máxima Smáx EN 12697 - 34 15 kN

Deformação mínima Fmín EN 12697 - 34 2 mm

Deformação máxima Fmáx EN 12697 - 34 4 mm

Cociente Marshall mínimo Qmín EN 12697 - 34 3 kN/mm

Vazios na mistura de agregados VMA EN 12697 - 8 > 14 %

Porosidade mínima Vmín EN 12697 - 8 3%

Porosidade máxima Vmáx EN 12697 - 8 5%

No Quadro 4.16 encontram-se os resultados de todas as misturas betuminosas com 5,5% de

betume, onde é feita a distinção dos que estão dentro dos valores admissíveis apresentados no

Quadro 4.15, e os que estão fora dos mesmos, estando estes últimos destacados a negrito.

Quadro 4.16 - Validação dos resultados obtidos do estudo Marshall para as misturas betuminosas com 5,5% de betume

Mistura % de nanomaterial

Estabilidade Deformação Fr/Def VMA Porosidade

5,5% betume (kN) (mm) (kN/mm) (%) (%)

MBQ - 8,9 6,0 1,5 21,4 5,3

MM

2 8,3 4,9 1,7 16,6 2,9

4 8,7 6,4 1,4 17,2 3,6

6 8,6 5,0 1,7 17,0 3,4

MP

2 8,6 5,5 1,6 19,7 6,1

4 9,2 5,5 1,7 19,8 6,3

6 8,5 5,5 1,5 18,0 4,4

MS

2 8,1 5,5 1,5 20,5 4,5

4 8,7 5,3 1,7 19,0 2,8

6 8,6 5,0 1,7 19,8 3,6

Da observação do Quadro 4.16, é possível constatar o seguinte:


70 Leonor Burguete

Todos os resultados referentes à estabilidade e ao VMA, e apenas esses, cumprem na

totalidade os requisitos impostos;

Para todas as misturas betuminosas, a deformação ultrapassa os 4 mm desejáveis,

havendo mesmo uma diferença média de 1,5 mm entre o valor recolhido e o valor

exigido. Contudo, as misturas MM, MP e MS deram origem a deformações mais

próximas das exigíveis;

Devido ao concluído do ponto anterior relativo à deformação, é natural que o cociente

Marshall seja afetado, não chegando a atingir o mínimo exigido, sendo que as misturas

betuminosas incorporadas por nanomateriais proporcionaram ainda assim resultados

mais próximos dos habituais;

Em todos os tipos de misturas betuminosas, a porosidade revela discrepâncias. As

misturas MM e MS apresentam, para a maior parte das taxas de incorporação, as

porosidades exigidas. A MP apresenta porosidades superiores à referência, e fora dos

limites exigidos.

No Quadro 4.17 encontram-se os resultados de todas as misturas betuminosas com 6,5% de

betume, onde é feita a distinção dos que estão dentro dos valores admissíveis referidos no Quadro

4.15, e os que estão fora dos mesmos, estando estes últimos destacados a negrito.

Quadro 4.17 - Validação dos resultados obtidos do estudo Marshall para as misturas betuminosas com 6,5% de betume

Mistura % de nanomaterial

Estabilidade Deformação Fr/Def VMA Porosidade

6,5% betume (kN) (mm) (kN/mm) (%) (%)

MBQ - 8,1 6,4 1,3 19,6 3,4

MM

2 7,8 5,8 1,4 18,9 2,9

4 8,0 6,2 1,3 17,8 1,7

6 7,8 6,2 1,3 18,5 2,7

MP

2 8,2 7,6 1,1 18,8 2,6

4 10,2 7,0 1,5 19,7 3,4

6 7,9 6,7 1,2 18,8 2,7

MS

2 8,5 5,8 1,5 20,1 4,1

4 9,6 5,5 1,7 17,3 1,1

6 8,7 4,5 1,9 18,4 2,3

Com base no exposto no Quadro 4.17, é possível inferir o seguinte:

Todos os resultados referentes à estabilidade e ao VMA, e apenas esses, cumprem na

totalidade os requisitos impostos;

A mistura MM e MS apresentam deformações fora dos limites, contudo mais próximas

destes do que a MBQ. A mistura MP apresenta porosidades piores do que a MBQ, o que

significa ainda mais afastadas dos limites;

Devido ao concluído sobre a deformação, é natural que o cociente Marshall seja afetado,

não chegando a atingir o mínimo exigido. No entanto, a mistura MS apresenta os

resultados mais próximos dos habituais, e por isso mais satisfatórios;


Leonor Burguete 71

A maior parte das misturas betuminosas apresenta uma porosidade inferior à requerida,

sendo a MP a que apresenta as porosidades mais satisfatórias para qualquer taxa de

incorporação.

Pode concluir-se desta análise que a mistura de referência, ela própria, não cumpre os

requisitos, pelo que teria de ser ajustada para o fazer. Como foi usada para referência uma mistura já

validada (formulada) para AC14 pode inferir-se que ou a análise inicial estava mal estabelecida ou os

agregados fornecidos, em concreto, não permitiriam estabelecer o padrão da formulação inicial.

Embora o que se comparou tenham sido misturas de base iguais (modificada ou não por

nanomateriais) e, portanto, não haver para isso necessidade de cumprimento de nenhum requisito

especial, evidentemente que um aspeto a ser tratado em futuras análises é que as misturas alvo

possam ser consideradas no âmbito da aplicação prática, ou seja, que cumpram os requisitos para

tal. Também se deve assinalar que as percentagens de betume usadas no estudo (a de 6,5% pelo

menos) estão no limite superior daquelas que habitualmente se usam num AC14 (assim escolhidas

porque se tratava de adicionar um material com grande superfície específica, o qual poderia

necessitar duma maior percentagem de betume por razões de consistência), o que também ajudou

num pior comportamento à deformação Marshall.

4.6 Análise do Custo de Produção de Misturas Betuminosas Incorporando

Nanomateriais

A camada de desgaste visa proporcionar as características necessárias para uma adequada

circulação dos veículos durante o seu período de vida útil, em conformidade com os aspetos relativos

a custos, isto é, estes devem ser também adequados à industrialização em causa (Branco et al.,

2005).

Ora, tem sentido fazer uma análise dos custos associados à produção das misturas

betuminosas incorporadas por nanomateriais. Segundo Jahromi e Khodaii (2009), é de extrema

importância atender ao desempenho dos nanomateriais, a par do custo a que estão associados. A

contabilização da competitividade deste tipo de misturas betuminosas neste estudo é feita apenas

com os custos de produção. No entanto, não é demais reforçar a ideia de que a contabilização dos

custos (e benefícios) no ciclo de vida são (ou deveriam ser) determinantes para a validação das

soluções.

Ao nível da produção, as misturas betuminosas com nanomateriais são fabricadas

exatamente nos mesmos moldes que as misturas convencionais. A temperatura de produção, e de

compactação, não se altera, tratando-se, pois, de misturas fabricadas a quente. Logo, no que diz

respeito a este aspeto, não existem ganhos nem perdas, estando a balança económica estabilizada.

No que diz respeito a inconvenientes (custos), é possível evidenciar os seguintes:

A necessidade de se misturar o betume e o nanomaterial em primeiro lugar, antes de se

proceder à sua adição com os agregados, implica que seja necessário a central de

produção integrar este aspeto, implicando, consequentemente, custos de adaptação e,

provavelmente, custos energéticos adicionais;


72 Leonor Burguete

Por se tratar duma nova tecnologia com caráter não usual, é provável que este tipo de

solução acarrete mais custos devido à necessidade de outro tipo de cuidados e até de

licenças e verificação de regulamentação adicional;

Os nanomateriais são materiais em geral caros, para além de exigirem cuidados

especiais para o seu correto manuseamento.

Deste modo, estima-se que o custo final de produção das misturas betuminosas com

nanomateriais seja superior ao das MBQ, o que compromete a competitividade das primeiras.

Como a diferença de custos entre uma MBQ com e sem nanomateriais também depende

muito do custo dos nanomateriais, vai fazer-se uma análise deste aspeto.

Para a realização do presente trabalho, foi necessário procurar empresas fornecedoras de

nanomateriais. Algumas forneceram os nanomateriais sem qualquer custo, como foi o exemplo do

carbonato de cálcio precipitado e da sílica, e no caso da montmorilonite foi necessário comprá-la. No

Quadro 4.18 dispõem-se os gastos referentes somente à parcela do nanomaterial e do betume,

sendo que os custos médios unitários (em 2012) dos materiais foram disponibilizados pelas

respetivas empresas fornecedoras, mesmo nos casos em que foram fornecidos sem qualquer custo.

Importa referir que o Quadro 4.18 representa um exemplo de custos, efetuado para a situação mais

propícia de acontecer, e ao mesmo tempo a mais economicamente desfavorável. Com isto, o

exemplo escolhido diz respeito à taxa de incorporação de nanomaterial de 6, e a uma percentagem

de 6,5 de betume.

Quadro 4.18 - Análise dos custos de produção parciais das misturas betuminosas

Os montantes parciais mostrados no Quadro 4.18 comprovam o que seria de esperar, ou

seja, que o custo parcial de produção das misturas betuminosas incorporadas com nanomateriais é

superior ao custo parcial de produção da mistura convencional, estando em conformidade com a

bibliografia consultada. A diferença de custos é muito acentuada no caso do MM e do MS, como se

pode verificar. No entanto, esta análise foi feita tendo como hipótese de compra a empresas

fornecedoras especializadas em nanomateriais, sendo que o mais provável de acontecer é que uma

comercialização generalizada poderia baixar substancialmente os custos de aquisição.

Extrapolando esta relativamente modesta análise de custos (note-se que só se usou 6% de

incorporação de nanomateriais) para a extensão dum trecho geralmente sujeito a intervenção numa

Constituintes/Custos Unidade MBQ MM MP MS

Betume (MBQ) kg/ton (MBQ) 65 65 65 65

Custo do betume 35/50 euro/ton (betume) 300 300 300 300

Custo do betume (MBQ) euro/ton (MBQ) 19,5 19,5 19,5 19,5

Nanomaterial (ligante) %/ligante - 6 6 6

Nanomaterial (MBQ) kg/ton (MBQ) - 3,9 3,9 3,9

Custo do nanomaterial euro/500g (nanomaterial) - 52,3 0,26 40,0

Custo do nanomaterial euro/ton (MBQ) - 407,9 2,0 312,0

Custo parcial de produção (MBQ)

euro/ton (MBQ) 19,5 427,4 21,5 331,5

Diferença de custos % - 2092 10 1600


Leonor Burguete 73

estrada, é provável que a solução dos nanomateriais seja desadequada. Com isto, tem de se

perceber mais profundamente quais as qualidades específicas das misturas betuminosas que podem

ser efetivamente melhoradas com incorporação de nanomateriais, e o que isso significa no ciclo de

vida dessas misturas, podendo desta forma justificar-se o custo adicional do uso dos tais

nanomateriais.


74 Leonor Burguete

Capítulo 5 - Conclusões

Leonor Burguete 75

5. Conclusões

5.1 Síntese do Trabalho

O presente trabalho seguiu a metodologia definida no capítulo 1 para se tentar atingir os

objetivos também aí definidos.

Começou por fazer-se o enquadramento das misturas betuminosas incorporadas por

nanomateriais, e em consequência da nanotecnologia tratar-se de uma nova tecnologia, abordou-se o

seu significado, funcionalidade, finalidade, e deram-se a conhecer diferentes nanomateriais aplicados

na generalidade das engenharias, e de possível interesse na engenharia rodoviária. Foram

caracterizados os nanomateriais usados neste estudo, sendo eles: a montmorilonite, da família das

nanoargilas, o nano-PCC (carbonato de cálcio precipitado), e a nanosílica. Não só apontaram-se as

suas características, como evidenciou-se a sua utilidade, nomeadamente quando destinadas a outras

áreas. Toda esta informação foi reunida no capítulo 2, tendo sido esta fase de caracterização

essencial para dar introdução à avaliação experimental descrita no capítulo 3.

No capítulo 3, fez-se a descrição dos ensaios laboratoriais realizados para o estudo do

desempenho das misturas betuminosas. Deu-se especial ênfase ao modo de fabrico dos provetes,

uma vez que a mistura do nanomaterial com o ligante é fulcral para o adequado comportamento das

misturas. Foram produzidos no total 60 provetes, servindo de amostras para os diversos tipos de

misturas betuminosas: MBQ, MM, MP, e MS, consoante o nanomaterial incorporado e a sua taxa de

incorporação. A metodologia Marshall usada permitiu reunir diferentes grandezas, nomeadamente as

baridades, a força de rotura e a deformação, a porosidade e os vazios no esqueleto do agregado de

maneira a fazer-se uma análise comparativa do comportamento das misturas betuminosas. A par

destes ensaios, foram realizados o ensaio da penetração e o ensaio de determinação da temperatura

do ponto de amolecimento, como forma de analisar o efeito dos nanomateriais no betume.

A apresentação e análise dos resultados dos ensaios realizados, ambas concretizadas no

capítulo 4, permitiram o cotejo das misturas betuminosas incorporando nanomateriais com as

misturas betuminosas convencionais. Foi também realizada uma avaliação de custos para a

alternativa mais densa com nanomateriais (6,5% de betume incorporando 6% de nanomaterial), de

forma a permitir uma comparação mais completa com a solução convencional.

5.2 Principais Conclusões do Trabalho

A análise comparativa das misturas betuminosas produzidas indicou que a adoção de

nanomateriais promove determinadas mudanças no comportamento das mesmas. No geral, e com

base nos resultados obtidos, é possível inferir as seguintes considerações:

A influência dos nanomateriais é mais evidente quanto maior a sua taxa de incorporação,

nomeadamente para a Fr/Def e porosidade;

Tanto para as misturas betuminosas com 5,5% de betume, como com 6,5%, evidenciou-

se a mistura MS como a respeitante ao melhor comportamento em relação a MBQ, uma

vez que apresentou os resultados mais positivos no que diz respeito ao cociente

Marshall. Tal pode ser justificado pela ligação química do betume com a sílica, que


76 Leonor Burguete

fortalece a reologia do mastique, proporcionando um comportamento mais rígido. As

misturas MM e MP revelaram um comportamento ligeiramente semelhante à MBQ, pelo

que não se revelam alternativas tão interessantes;

Todas as misturas betuminosas com betume modificado com nanomateriais

apresentaram penetrações mais baixas do que o betume não modificado de MBQ,

confirmando o comportamento mais rígido provocado pela presença do nanomaterial;

Em termos de custos, as misturas MM e MS resultaram numa diferença de custos em

relação a MBQ muito elevada, sendo a mistura MP a solução mais barata das misturas

incorporando nanomateriais. Contudo, espera-se que haja um grande desenvolvimento e

consequente expansão do mercado da nanotecnologia a curto prazo, permitindo que os

custos sejam reduzidos, viabilizando este tipo de solução.

No essencial pensa-se que se atingiram os objetivos do trabalho, embora com limitações. De

facto pôde inferir-se que a incorporação de nanomateriais nas misturas betuminosas revelou-se no

caso da MS como prometedora em termos mecânicos (para 6,5% de betume e para qualquer

percentagem de incorporação) já que apresentou uma maior rigidez global sem que isso tivesse

perturbado significativamente as outras características. Deve dizer-se que este é um resultado novo

já que em geral os nanomateriais estudados e aplicados até agora em misturas betuminosas tem sido

as nanoargilas, quase em exclusividade. Evidentemente que a questão de custos leva a que seja

necessário por um lado, com ensaios de desempenho e de apreciação da durabilidade, e ainda com

aplicações reais em trecho experimental, confirmar esta tendência encontrada, e por outro, com estes

resultados fazer uma avaliação de custos no ciclo de vida porque só assim se poderá perceber o que

eventualmente se ganhará com o uso de nanosílica.

5.3 Proposta de Desenvolvimentos Futuros

Futuramente há que desenvolver trabalho que possa conduzir a:

Validação de aspetos relativos à produção de misturas betuminosas com nanomateriais,

seja em laboratório seja em produção real;

Validação do uso de nanosílica em misturas betuminosas fazendo uso duma maior

sofisticação de avaliação do desempenho e da determinação de custos para o ciclo de

vida, como se mencionou na secção anterior. Há que considerar ensaios como o da

sensibilidade à água (ITSR), da deformação permanente (Wheel Tracking), o ensaio por

flexão em quatro pontos, e o de envelhecimento direto das misturas betuminosas por

razões de avaliação da durabilidade, bem como fazer isto diretamente no betume com o

ensaio RTFOT;

Realizar o mesmo trabalho para os outros nanomateriais passíveis de utilização, já que é

necessário perceber em definitivo se a tendência encontrada neste estudo se confirma.

O campo da incorporação de nanomateriais para a melhoria significativa do comportamento

de misturas betuminosas em serviço ainda se encontra no estado inicial do desenvolvimento do

conhecimento, pelo que há que tentar fechar o mais possível as dúvidas e resolver as incertezas que

Capítulo 5 - Conclusões

Leonor Burguete 77

também este trabalho ajudou a sublinhar. Pensa-se que os caminhos apontados são agora aqueles

que devem ser seguidos.


78 Leonor Burguete

Referências Bibliográficas

Leonor Burguete 79


(NOTA: A organização das referências bibliográficas é feita listando todas as citadas no texto mas

colocando em secções próprias as referências a normas ("Normas e especificações") e a consultas

na Web ("WEBgrafia"). Existe ainda uma secção de "Bibliografia" onde se listam as publicações

consultadas mas não citadas, contudo bastante importantes na ajuda da compreensão dos conceitos;

estudos; entre outros.)

Balazs, A. C. (2007). “Modeling self-healing materials”. Materials today, Vol. 10, Issue 9, pp. 18-23

Birgisson, B., Taylor, P., Armaghani, J., Shah, S. (2010). “American Road Map for Research for

Nanotechnology-Based Concrete Materials”. Transportation Research Record, Vol. 2142, pp. 130-

137

Blades, C., Kearney, E. (2004). “Asphalt Paving Principles”. New York LTAP Center Cornell Local.

Roads Program. Ithaca, New York

Branco, E. F., Pereira, P., Picado-Santos, L. (2005). “Pavimentos Rodoviários”. Livraria Almedina,

Coimbra

Claxton, M. J., Green, P. J. (1999). “The Classification of Bitumens and Polymer Modified Bitumens

within the SHRP Performance Grading System”. Institute of Asphalt Technology. Proceedings of

the Asphalt Yearbook 1999, pp. 59-65

Cepsa (2007). “Manual de Pavimentação”. Cepsa Portuguesa Petróleos, S.A.

Dias, J., Picado-Santos, L. (2009). “Avaliação de Desempenho de Misturas Betuminosas Rugosas

com Incorporação de Alta Percentagem de Granulado Borracha de Pneus Usados”. Atas do XV

Congresso Ibero-Latinoamericano do Asfalto, Lisboa (Portugal), vol. 2, pp. 1117-1126

EP (2009). “Caderno de Encargos Tipo Obra. 14.03 - Pavimentação. Características dos Materiais”.

Estradas de Portugal, S.A.

FIB (2006). “NANOTECHNOLOGY The Industrial Revolution of the 21st Century”. Fundación de la

Innovación Bankinter. Disponível em:

http://www.fundacionbankinter.org/system/documents/6591/original/5_nanotechnology_EN.pdf

Ghile D. B. (2005). “Effects of nanoclay modification on rheology of bitumen and on performance of

asphalt mixture”. Delft University of Technology.

Gopalakrishnan, K., Birgisson, B., Taylor, P., Attoh-Okine, N. (2011). “Nanotechnology in Civil

Infrastructure. A paradigm shift”. Springer-Verlag Berlin Heidelberg

Hou, X., Zhou, F., Yu, B., Liu, W. (2007). “Superhydrophobic zinc oxide surface by differential etching

and hydrophobic modification”. Materials Science and Engineering A, 452/453, pp. 732-736


80 Leonor Burguete

INIR (2011). “Diretivas para a Conceção de Pavimentos”. Critérios de Dimensionamento. Instituto de

Infraestruturas Rodoviárias IP, Lisboa

Jahromi, S., Khodaii, A. (2009). “Effects of nanoclay on rheological properties of bitumen binder”.

Construction and Building Materials, Vol. 23, Issue 8, pp. 2894-2904

Li, H., Zhang, M.H., Ou, J.P. (2006). “Abrasion resistance of concrete containing nano-particles for

pavement”. Wear, Vol. 260, Issue 11-12, pp. 1262-1266

Lloyd, L. (2011). “Handbook of Industrial Catalysts”. Springer, New York

LNEC (2005). “Conservação e Reabilitação de Pavimentos Rodoviários”. Curso organizado por

FUNDEC/LNEC/IST

Maher, M., Uzarowski, L., Moore, G., Aurilio, V. (2006). “Sustainable pavements - Making the case for

longer design lives for flexible pavements”. Proceedings of the 51st Annual Conference of the

Canadian Technical Asphalt Association (CTAA), Charlottetown, Prince Edward Island, Canada,

pp. 44-56

Neves, J. (2010). “Características de Superfície dos Pavimentos”. Documento elaborado para apoio

às aulas teóricas e de laboratório da disciplina Construção e Manutenção de Infraestruturas de

Transportes. Departamento de Engenharia Civil, Arquitetura e Georrecursos do Instituto Superior

Técnico, Portugal

Omya (2010). “Omya Syncarb® S270 - ET 20%”. Ficha técnica do produto, fornecida pela empresa

Omya Comital Minerais e Especialidades S.A., Portugal

Pacheco-Torgal, F., Jalali, S. (2010). “Nanotechnology: Advantages and drawbacks in the field of

construction and building materials”. Construction and Building Materials, Vol. 25, Issue 2, pp. 582-

590

Papke, K. G. (1969). “Montmorillonite, Bentonite and Fuller’s Earth Deposits in Nevada”. Clays and

Clay Minerals, Vol.17, pp. 211-222. Nevada Bureau of Mines, University of Nevada-Reno

Partl, M. N., Gubler, R., Hugener, M. (2004). “Nano-science and -technology for Asphalt Pavements”.

1st International Symposium on Nanotechnology in construction. June 23-25, Vol. 292, pp. 343-355

Picado-Santos, L. (2010). “Misturas Betuminosas. Estudo da Composição”. Apontamentos

disponibilizados na disciplina Construção e Manutenção de Infraestruturas de Transportes.

Departamento de Engenharia Civil e Arquitetura do Instituto Superior Técnico, Portugal

Poon, C., Cheung, E. (2007) “NO removal efficiency of photocatalytic paving blocks prepared with

recycled materials”. Construction and Building Materials, Vol. 21, Issue 8, pp. 1746-1753

Rana, A.K., Rana, S.B., Kumari, A., Kiran, V. (2009). “Significance of Nanotechnology in Construction

Engineering”. International Journal of Recent Trends in Engineering, Vol 1, No. 4

http://trid.trb.org/results.aspx?q=&serial=%22PROCEEDINGS%20OF%20THE%20FIFTY-FIRST%20ANNUAL%20CONFERENCE%20OF%20THE%20CANADIAN%20TECHNICAL%20ASPHALT%20ASSOCIATION%20(CTAA)%3A%20CHARLOTTETOWN%2C%20PRINCE%20EDWARD%20ISLAND%2C%20NOVEMBER%202006%22

http://trid.trb.org/results.aspx?q=&serial=%22PROCEEDINGS%20OF%20THE%20FIFTY-FIRST%20ANNUAL%20CONFERENCE%20OF%20THE%20CANADIAN%20TECHNICAL%20ASPHALT%20ASSOCIATION%20(CTAA)%3A%20CHARLOTTETOWN%2C%20PRINCE%20EDWARD%20ISLAND%2C%20NOVEMBER%202006%22


Leonor Burguete 81

Sigma-Aldrich (2012). “Ficha de Dados de Segurança”. Sigma-Aldrich. Disponível em:

http://www.sigmaaldrich.com/portugal.html

Skotnicki, L., Koba, H., Szydlo, A. (2010). “Rubber modified stone matrix asphalts”. Wroclaw

University of Technology. Drogownictwo, No. 11, pp. 374-378

Steyn, W. J. (2008). “Research and Application of Nanotechnology in Transportation”. Proceedings of

the 27th Southern African Transport Conference (SATC), July 7-11, Pretoria, South Africa

Steyn, W. J. (2009). “Potential Applications of Nanotechnology in Pavement Engineering”. Journal of

Transportation Engineering, Vol. 135, No. 10, pp. 764-772

Wang, M.J., Reznek, S.R., Kutsovsky, Y., Mahmud, K. (2002). “Elastomeric compounds with improved

wet skid resistance and methods to improve wet skid resistance”. U.S. Patent 6469089 B2

You, Z., Mills-Beale, J., Foley, J. M., Roy, S., Odegard, G.M., Dai, Q., Goh, S. W. (2010). “Nanoclay-

modified asphalt materials: Preparation and characterization”. Construction and Building Materials,

Vol. 25, Issue 5, pp. 1072-1078

Zhi, S., Gun, W.W., Hui, L.X., Bo, T. (2011). “Evaluation of fatigue crack behavior in asphalt concrete

pavements with different polymer modifiers”. Construction and Building Materials, Vol. 27, Issue 1,

pp. 117-125

Normas e Especificações

AASHTO (1998). “Standard Specification for Performance Graded Asphalt Binder”. MP1, American

Association of State Highway and Transportation Officials

AASHTO (2000). “Standard Test Method for Determining the Frature Properties of Asphalt Binder in

Direct Tension”. TP3, American Association of State Highway and Transportation Officials

ASTM (2002). “Standard Test Method for Viscosity Determination of Asphalt at Elevated

Temperatures Using a Rotational Viscometer”. D4402 - 02, American Society for Testing and

Materials, USA

ASTM (2004). “Standard Test Method for Effect of Heat and Air on a Moving Film of Asphalt (Rolling

Thin-Film Oven Test)”. D2872 - 04, American Society for Testing and Materials, USA

ASTM (2006a). “Standard Test Method for Penetration of Bituminous Materials”. D5 - 06, American

Society for Testing and Materials, USA

ASTM (2006b). “Standard Test Method for Softening Point of Bitumen (Ring-and-Ball Apparatus)”,

D36 - 06, American Society for Testing and Materials, USA

ASTM (2007). “Standard Test Method for Ductility of Bituminous Materials”, D113 - 07, American

Society for Testing and Materials, USA

http://yadda.icm.edu.pl/baztech/element/bwmeta1.element.baztech-journal-0012-6357-drogownictwo


82 Leonor Burguete

CEN (2002). “EN 12697-5 Bituminous mixtures. Test methods for hot mix asphalt - Part 5:

Determination of the maximum density”. Comité Européen de Normalisation

CEN (2003a). “EN 12697-6 Bituminous mixtures. Test methods for hot mix asphalt. Part 6:

Determination of bulk density of bituminous specimens”. Comité Européen de Normalisation

CEN (2003b). “EN 12697-8 Bituminous mixtures. Test methods for hot mix asphalt. Part 8:

Determination of void characteristics of bituminous specimens”. Comité Européen de Normalisation

CEN (2004a). “EN 12697-30 Bituminous mixtures. Test methods for hot mix asphalt. Part 30:

Specimen preparation by impact compactor.”. Comité Européen de Normalisation

CEN (2004b). “EN 12697-34 Bituminous mixtures - Test methods for hot mix asphalt – Part 34:

Marshall test”. Comité Européen de Normalisation

CEN (2004c). “EN 12697-35 Bituminous mixtures - Test methods for hot mix asphalt – Part 35:

Laboratory mixing”. Comité Européen de Normalisation

CEN (2006). “EN 13924 Bitumen and bituminous binders. Specifications for hard paving grade

bitumens”. Comité Européen de Normalisation

CEN (2007). “EN 15323 Bitumen and bituminous binders - Accelerated long-term ageing/conditioning

by the rotating cylinder method (RCAT)”. Comité Européen de Normalisation

CEN (2009). “EN 12591 Bitumen and bituminous binders. Specifications for paving grade bitumens”.

Comité Européen de Normalisation

IPQ (2000). “NP EN 933-1 Ensaios das propriedades geométricas dos agregados. Parte 1: Análise

granulométrica. Método de peneiração”. Instituto Português da Qualidade

IPQ (2003a). “NP EN 1426 Betumes e ligantes betuminosos. Determinação da penetração com

agulha”. Instituto Português da Qualidade

IPQ (2003b). “NP EN 1427 Betumes e ligantes betuminosos. Determinação da temperatura de

amolecimento - Método do “Anel e Bola””. Instituto Português da Qualidade

IPQ (2011). “NP EN 13108-1 Misturas betuminosas. Especificações dos materiais. Parte 1: Betão

betuminoso”. Instituto Português da Qualidade

JOUE (2008). “Regulamento (CE) No.1272/2008 do Parlamento Europeu e do Conselho”, Jornal

Oficial da União Europeia, L 353-1355

WEBgrafia

Foresight Institute @ (2012) http://www.foresight.org/nano/index.html

Specialty Minerals @ (2012a) http://www.specialtyminerals.com/our-minerals/what-is-pcc/


Leonor Burguete 83

Specialty Minerals @ (2012b) http://www.specialtyminerals.com/our-minerals/what-is-nano-pcc/

EPAL @ (2013) http://www.epal.pt/epal/. Empresa Portuguesa das Águas Livres, Lisboa

Bibliografia

Picado-Santos, L. (2010). “Misturas Betuminosas. Pavimentação Rodoviária”. Apontamentos



Picado-Santos, L. (2010). “Agregados. Pavimentação Rodoviária”. Apontamentos disponibilizados na

disciplina Construção e Manutenção de Infraestruturas de Transportes. Departamento de

Engenharia Civil e Arquitetura do Instituto Superior Técnico, Portugal

Picado-Santos, L. (2010). “Ligantes. Pavimentação Rodoviária”. Apontamentos disponibilizados na

disciplina Construção e Manutenção de Infraestruturas de Transportes. Departamento de

Engenharia Civil e Arquitetura do Instituto Superior Técnico, Portugal

Picado-Santos, L. (2010). “Pavimento de Infraestruturas de transportes”. Apontamentos



Sigma-Aldrich (2007). “Advanced Applications of Engineered Nanomaterials”. Material Matters, Vol. 2,

No. 1. Disponível em: http://www.sigmaaldrich.com/content/dam/sigma-aldrich/materials-

science/material-matters/material_matters_v2n1.pdf

Industrial Resources Council @ (2012) http://www.industrialresourcescouncil.org/

NAPA @ (2012) http://www.asphaltpavement.org/. National Asphalt Pavement Association


84 Leonor Burguete

Anexos

Leonor Burguete A.1

ANEXOS


A.2 Leonor Burguete

Anexos

Leonor Burguete A.3

Anexo A - Montmorilonite

“Ficha de Dados de Segurança” (2012), fornecida pela empresa Sigma-Aldrich, em ordem à descrição

da nanoargila Montmorilonite.


A.4 Leonor Burguete

Anexos

Leonor Burguete A.5


A.6 Leonor Burguete

Anexos

Leonor Burguete A.7


A.8 Leonor Burguete

Anexos

Leonor Burguete A.9

Anexo B - PCC

“Omya Syncarb® S270 - ET 20%” (2010), ficha técnica do produto PCC, concedida pela empresa

Omya Comital Minerais e Especialidades SA, Portugal.


A.10 Leonor Burguete

Anexos

Leonor Burguete A.11

Anexo C - Baridade Aparente

% de betume % de nanomaterial Nº do

provete

Baridade Aparente (Kg/m3)

MBQ MM MP MS

5,5 0

1 2530

2547 - - - 2 2519

3 2591

5,5 2

1

-

2537

2558

2532

2530

2544

2540 2 2561 2512 2549

3 2575 2547 2526

5,5 4

1

-

2570

2546

2514

2520

2581

2566 2 2554 2548 2570

3 2514 2499 2546

5,5 6

1

-

2555

2541

2543

2543

2563

2567 2 2508 2531 2539

3 2561 2556 2600

6,5 0

1 2547

2554 - - - 2 2541

3 2574

6,5 2

1

-

2535

2523

2568

2568

2515

2541 2 2525 2585 2544

3 2510 2552 2565

6,5 4

1

-

2554

2554

2584

2589

2576

2574 2 2555 2604 2567

3 2554 2579 2579

6,5 6

1

-

2509

2515

2515

2556

2564

2556 2 2515 2557 2546

3 2522 2596 2559



Anexo D - Força de Rotura

% de betume % de nanomaterial Nº do provete Força de Rotura (kN)

MBQ MM MP MS

5,5 0

1 9,270

8,9 - - - 2 7,569

3 9,900

5,5 2

1

-

8,453

8,3

7,875

8,6

7,951

8,1 2 7,417 8,942 9,005

3 8,923 8,839 7,402

5,5 4

1

-

8,727

8,7

9,205

9,2

9,558

8,7 2 9,689 10,205 8,099

3 7,675 8,052 8,567

5,5 6

1

-

8,936

8,6

9,244

8,5

7,942

8,6 2 7,516 7,860 8,690

3 9,206 8,367 9,159

6,5 0

1 7,328

8,1 - - - 2 8,824

3 8,137

6,5 2

1

-

7,231

7,8

8,889

8,2

7,866

8,5 2 8,426 8,330 8,840

3 7,781 7,331 8,759

6,5 4

1

-

8,981

8,0

10,679

10,2

9,492

9,6 2 7,131 9,614 8,976

3 7,933 10,291 10,232

6,5 6

1

-

7,773

7,8

6,444

7,9

9,069

8,7 2 7,321 7,896 8,692

3 8,304 9,280 8,321

Anexos


Anexo E - Deformação na Rotura

% de betume % de nanomaterial Nº do provete Deformação (mm)

MBQ MM MP MS

5,5 0

1 6,824

6,0 - - - 2 6,108

3 5,046

5,5 2

1

-

4,994

4,9

4,957

5,5

4,859

5,5 2 4,780 4,842 6,397

3 4,937 6,637 5,256

5,5 4

1

-

6,119

6,4

5,928

5,5

5,722

5,3 2 5,876 5,309 4,910

3 7,099 5,217 5,197

5,5 6

1

-

4,994

5,0

5,371

5,5

4,681

5,0 2 5,466 6,038 5,437

3 4,425 5,024 4,78

6,5 0

1 6,735

6,4 - - - 2 5,594

3 6,829

6,5 2

1

-

5,226

5,8

7,350

7,6

6,321

5,8 2 5,518 7,737 5,274

3 6,530 7,826 5,691

6,5 4

1

-

6,148

6,2

6,812

7,0

4,010

5,5 2 7,157 6,819 5,977

3 5,215 7,318 6,526

6,5 6

1

-

5,672

6,2

6,975

6,7

4,621

4,5 2 6,523 6,930 4,555

3 6,348 6,163 4,371



Anexo F - Porosidade

% de betume % de nanomaterial Nº do provete Porosidade (%)

MBQ MM MP MS

5,5 0

1 3,7

5,3 - - - 2 5,9

3 6,3

5,5 2

1

-

3,7

2,9

6,1

6,1

4,3

4,5 2 2,8 6,8 4,2

3 2,2 5,5 5,0

5,5 4

1

-

2,7

3,6

6,5

6,3

2,2

2,8 2 3,3 5,3 2,6

3 4,9 7,1 3,5

5,5 6

1

-

2,9

3,4

4,4

4,4

3,8

3,6 2 4,7 4,9 4,7

3 2,7 3,9 2,4

6,5 0

1 3,7

3,4 - - - 2 3,9

3 2,7

6,5 2

1

-

2,5

2,9

2,6

2,6

5,1

4,1 2 2,9 2,0 4,0

3 3,4 3,2 3,2

6,5 4

1

-

1,7

1,7

3,6

3,4

1,0

1,1 2 1,7 2,8 1,3

3 1,7 3,8 0,9

6,5 6

1

-

2,9

2,7

4,3

2,7

2,0

2,3 2 2,7 2,7 2,7

3 2,4 1,2 2,2

Anexos


Anexo G - Penetração

% de nanomaterial Nº da leitura Penetração (x 0,1mm)

MBQ MM MP MS

0

1 39

39 - - - 2 39

3 39

2

1

-

35

35

32

32

34

33 2 35 32 33

3 35 33 33

4

1

-

34

34

31

31

37

37 2 35 31 38

3 34 32 37

6

1

-

34

35

35

34

36

37 2 35 33 37

3 35 34 37

dissertação para obtenção do grau de mestre em · dissertação para obtenção do grau de...

Documents