materiais betuminosos eficientes: sustentabilidade e desempenho · 2020. 1. 25. · solo de...

Materiais betuminosos eficientes: Sustentabilidade e desempenho

Pavimentos betuminosos permeáveisFormulação e Aplicação

Márcia Isabel Lopes Afonso

Marisa Sofia Dinis de Almeida

Cristina Maria Sena Fael

Enquadramento

15 de maio de 20192

Pavimentos betuminosos permeáveis – Formulação e Aplicação

Alterações climáticas

Crescimento urbano

ImpermeabilizaçãoImpactos

Pavimentos betuminosos permeáveis


Crescimento urbano



Enquadramento

3

As alterações climáticas têm conduzido a padrões

de precipitação mais elevados e frequentes,

causando um aumento instantâneo das águas

pluviais que acarretam riscos como inundações.

• Qualidade da água superficial e subterrânea;

• Biodiversidade e ecossistemas territoriais;

• Solos para a agricultura.


15 de maio de 2019


Crescimento urbano



Enquadramento

4

Nas últimas décadas, a construção excessiva como

consequência do crescimento demográfico tem

levado ao aumento do número de edificações e de

vias rodoviárias.

Consequência: Inundações

Lisboa, 2014 Lisboa, 2016

Consequência: Diminuição da quantidade de água no solo

• Menos água disponível

para as plantas

• Maior probabilidade de

secas

• Necessidade de irrigação


15 de maio de 2019


Crescimento urbano



Enquadramento

5

Propriedades de elevada permeabilidade e porosidade (16-25%) na sua

estrutura → permitem reduzir a taxa de escoamento superficial e aumentar

da infiltração da água para o solo.

Infraestruturas verdes


15 de maio de 2019

Enquadramento

6

✓ Parques de estacionamento

✓ Estradas residenciais e

comerciais, zonas de

descanso

✓ Acessos e caminhos

pedonais

✓ Trilhos de BTT

✓ Percursos dos carros de

golfe e equestres

Tipos de aplicação

Grey Towers National Historic Site

Pensilvânia

Maine Mall Road in South Portland

Oregon

Universidade de Rhode Island

Kingston

Upper Darby,

Pensilvânia


15 de maio de 2019

Áreas de investigação

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Objetivo: Analisar o desempenho de um pavimento betuminoso permeável,

na mitigação às alterações climáticas, com aplicação em zonas urbanas.

Materiais – Pavimentos

Formulação das misturas

betuminosas e ensaios de

desempenho mecânico e

funcional.

Hidrologia Qualidade da água

Estudo hidrológico da

capacidade de infiltração e

análise da qualidade da

água.


15 de maio de 2019

Metodologia

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Apreciação da área

Estudo de formulação

das misturas betuminosas

Caracterização mecânica e hidrológica

das misturas betuminosas em

laboratório

Construção do troço

experimental

Estudo de desempenho

do troço experimental

Tra

balh

o labora

tori

al

Tro

ço e

xperim

enta

lPavimentos betuminosos permeáveis – Formulação e Aplicação

15 de maio de 2019

9

Com dupla camada betuminosa drenante (DLPA)

Solo de

fundação

Tubo de

drenagem

Reservatório

Camada de

regularização(opcional)

DLPA

Pavimento betuminoso permeável

Mistura betuminosa

drenante com

agregados finos (MF)

Mistura betuminosa

drenante com agregados

grossos (MG)


15 de maio de 2019

Estrutura dos pavimentos permeáveis

10

Pavimento betuminoso denso Pavimento betuminoso permeável

Solo de

fundação

Tubo de

drenagem

Brita 15/25

(25cm)

Brita 5/15

(9cm)

Mistura drenante

PA 12,5 (4cm)Mistura drenante

PA 8 (3cm)

Solo de

fundação

Tout-venant

(20cm)

Mistura densa AC

20 Base (9cm)

Mistura densa AC

14 Surf (5cm)


Flexível convencional vs Permeável


15 de maio de 2019

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O desempenho da superfície dos pavimentos é um dos fatores mais importantes

para os utilizadores, a saber:

✓ Resistência ao atrito

✓ Redução do ruído

✓ Boa visibilidade à noite

✓ Boa visibilidade durante períodos de chuva

Algumas vantagens conhecidas das

misturas betuminosas drenantes estão

relacionadas com:

✓ Boa resistência ao atrito

✓ Redução do ruído pelo contacto

pneu/pavimento

✓ Redução dos efeitos de pulverização

e spray sob condições húmidasMisturas

betuminosas

densas

Misturas

betuminosas

drenantes


Flexível convencional vs Permeável


15 de maio de 2019

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Ensaio NormaBetume

tradicional 50/70

Betume modificado

PMB 45/80

(Elaster 13/60, CEPSA)

Penetração (0,1 mm)

25 oC, 100g, 5 sEN 1426 53 53

Temperatura de

amolecimento (oC)EN 1427 49,7 63,2

Recuperação elástica (%)

25 oCEN 13398 __ > 70

Caracterização dos materiais

Betumes

Misturas

betuminosas

densas

Misturas

betuminosas

drenantes

Misturas

betuminosas

drenantes


15 de maio de 2019

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Características do granulado

AspetoGrânulos

cilíndricos

Conteúdo de fibras 87 a 93 %

Comprimento médio dos

grânulos2 a 8 mm

Diâmetro médio dos grânulos 5 ± 1 mm

Densidade aparente 440 a 520 g/l

Análise granulométrica, # < 4,5

mmmáx. 10 %

Características do betume incluído no granulado

Penetração (EN 1426) a 25 oC 50/70 (0,1 mm)

Temperatura de amolecimento (EN

1427)46/54 oC

Características da fibra

Composição básicaFibra de celulose

técnica

Conteúdo em celulose 80 ± 5 %

Valor do pH (5 g/100 ml) 7,5 ± 1,0

Comprimento médio da fibra 1100 μm

Diâmetro médio da fibra 45 μm

Viatop Premium, JRS


Fibras celulósicas

Misturas

betuminosas

drenantes


15 de maio de 2019


14

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0,01 0,1 1 10 100

% P

ass

ados

Diâmetro das partículas (mm)

Pó de pedra 0/4 Brita 5/10

Brita 5/15 Brita 15/25

Brita 5/10 Brita 5/15 Pó de pedra 0/4 Cal hidráulica

Agregados


15 de maio de 2019

15

Misturas betuminosas densas Misturas betuminosas drenantes

MaterialMD

(AC 14 Surf)MB

(AC 20 Base)

Betume 50/70 5,3 % 4,8 %

Cal hidráulica 3 % 3 %

Pó de pedra 0/4 35 % 35 %

Brita 5/15 62 % 37 %

Brita 15/25 __ 25 %

Material MF-BE MF MG-BE MG

Betume Elaster PMB 45/80-60

5,2 % __ 5,1% __

Betume 50/70 __ 5,2 % __ 4,6 %

Cal hidráulica 2 % 2 % 2 % 2 %

Pó de pedra 0/4 8 % 8 % 4 % 4 %

Brita 5/15 __ __ 94 % 94 %

Brita 5/10 90 % 90 % __ __

Fibras ViatopPremium

0,5 % 0,5 % 0,5 % 0,5 %

Porosidade 16,6 % 16,6 % 18,6 % 19,0 %

Trabalhos laboratoriais

Formulação das misturas betuminosas – Composição das misturas


15 de maio de 2019

Wheel tracking e lajetas antes e depois do ensaio

Deformação máxima das lajetas

16

0,0

2,0

4,0

6,0

8,0

10,0

12,0

14,0

16,0

0 2000 4000 6000 8000 10000

Def

orm

açõ

es

(mm

)

Número de ciclos (rpm)

MF-BE MFS-BE MG-BE MGS-BE


Desempenho mecânico – Ensaio de deformação permanente


15 de maio de 2019

Molde desenvolvido para ensaio de infiltração

Hidrograma de infiltração para uma precipitação de 200 mm/h

17

0

50

100

150

200

250

0 5 10 15 20 25 30 35

Inte

nsi

dade (

l/h)

Tempo (min)

Intensidade Intensidade de infiltração


Desempenho hidrológico – Ensaio de infiltração


15 de maio de 2019

18

0

5

10

15

20

25

30

0 10 20 30 40 50 60

Caudal de infi

ltra

ção (

l/h)

Tempo (min)

Infiltração inicial Infiltração após 2º ciclo de colmatação

i=100mm/h

i=300mm/h

i=200mm/h

5 %

5 %

12 %

0

5

10

15

20

25

30

0 10 20 30 40 50

Caudal de infi

ltra

ção (

l/h)

Tempo (min)Infiltração inicial Infiltração após manutenção

i=100mm/h

i=300mm/h

i=200mm/h

<1 %

1 %

8 %


Desempenho hidrológico – Ensaio de infiltração


15 de maio de 2019

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Pavimento

betuminoso

permeável (12 m2)

Pavimento

betuminoso denso (12

m2)

4 m

3 m

4 m

Caixa 1

Caixa 2

Capinha

Troços experimentais

Apreciação da área – Localização

Boidobra


15 de maio de 2019

20


Solo de fundação – Caracterização in situ

Ensaio in situ com o Permeâmetro de Guelph

Ensaio in situ com o Permeâmetro de carga

variável


15 de maio de 2019

21


Construção do troço experimental 2 na Boidobra

Escavação do terrenoColocação do dreno

Colocação dos tubos de

PVC de ligação à caixa de

recolhas


15 de maio de 2019

22



Aplicação das

camadas de

agregados

soltos

Compactação das camadas de agregados

Aplicação das camadas de

misturas betuminosas

drenantes


15 de maio de 2019

23



Compactação

das camadas

betuminosas

drenantes

Construção da caixa de recolhas de águas

Aplicação de caneleta

com grelha para águas do

escoamento superficial


15 de maio de 2019

24



Vista geral do troço experimental


15 de maio de 2019

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Desempenho em campo do pavimento

Ensaios de resistência ao atrito e textura

Pontos de ensaio nos três

estacionamentos


15 de maio de 2019

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Ensaios de resistência ao atrito e textura

PTV ≥ 60 ✓

65

68

6564

66

68

2,02,1

2,2

1,9

2,2

2,2

1,0

1,6

2,2

2,8

3,4

4,0

50,0

55,0

60,0

65,0

70,0

75,0

Ponto1

Ponto2

Ponto3

Ponto4

Ponto5

Ponto6

MTD

(mm

)

PTV

Pêndulo Britânico Mancha de areia

MTD > 1,2 mm ✓


15 de maio de 2019

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Ensaios de permeabilidade

Permeâmetro EN 12697-40

0,000

0,020

0,040

0,060

0,080

0,100

0,120

1 2 3 4 5 6

HC (

s-1)

Ponto de ensaioset/17 nov/17 mar/18 jul/18

Permeâmetro LCS NLT 327

0,000

0,001

0,001

0,002

0,002

0,003

0,003

1 2 3 4 5 6

K (

m/s)

Ponto de ensaio

set/17 nov/17 mar/18 jul/18


15 de maio de 2019

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Ensaios de qualidade da água

Pontos de recolha Parâmetros analisados

✓ Infiltração do dreno Valor do pH

✓ Escoamento superficial Temperatura

✓ Caixa de recolha A Oxigénio dissolvido

✓ Caixa de recolha B Condutividade

✓ Caixa de recolha CTOC, CQO, N-NH4, N-NO3,

P-PO4, ST, SST E SVT

Metais pesados

Compostos inorgânicos

Hidrocarbonetos totais

Azoto total

Recolha do escoamento superficial

Recolha da água infiltrada


15 de maio de 2019

Valores para descargas de

águas residuais

Decreto-Lei n.o 236/98 de 1

de Agosto (1998)

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Comparação de custos


15 de maio de 2019

Pavimento tradicional Pavimento Betuminoso Permeável

MD MB MFS MF MGS MG

AC14Surf AC20Base PA8 PA8 PA12,5 PA12,5

Espessura (m) 0,05 0,09 0,03 0,03 0,04 0,04

* CUSTO €/m2 6,45 10,83 3,36 3,77 3,85 4,37

Pavimentos aplicados nesta investigação

* Para todas as misturas foram considerados: matéria-prima, mão-de-obra e custos gerais de fabrico.

30

Obrigada pela atenção!

Márcia Isabel Lopes Afonso


15 de maio de 2019

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