prÁticas sustentÁveis nos pavimentos e sua...
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PRÁTICAS SUSTENTÁVEIS NOS PAVIMENTOS E SUA
POSSÍVEL APLICAÇÃO NO MERCADO BRASILEIRO:
PRESENTE E FUTURO
Francisco Guerrero Gómez-Pablo
Projeto de Graduação apresentado ao
Curso de Engenharia Civil da Escola
Politécnica, Universidade Federal do Rio
de Janeiro, como parte dos requisitos
necessários à obtenção do título de
Engenheiro.
Orientador: Sandra Oda
Rio de Janeiro
Novembro de 2017
iii
Guerrero Gómez-Pablo, Francisco
Práticas sustentáveis nos pavimentos e sua possível
aplicação no mercado brasileiro: presente e futuro/
Francisco Guerrero Gómez-Pablo – Rio de Janeiro:
UFRJ/ ESCOLA POLITÉCNICA, 2017.
XI, 67 p.: il.; 29,7 cm
Sandra Oda
Projeto de Graduação – UFRJ / Escola Politécnica /
Curso de Engenharia Civil, 2017
Referências Bibliográficas: 63-67
1. Pavimentos; 2. Sustentabilidade; I. Sandra Oda; II.
Universidade Federal do Rio de Janeiro, Escola
Politécnica, Curso de Engenharia Civil; III. Práticas
sustentáveis nos pavimentos e sua possível aplicação no
mercado brasileiro: presente e futuro
iv
“Yo animo a la gente que merece la
pena intentar hacer realmente lo que
le gusta. Porque esto es una
oportunidad única, la vida, ¿no? Y pasa
rápido. Que en este viaje estés
orgulloso de lo que ha pasado en el
camino y no mires atrás y te de pena
no haber hechos cosas que podrías
haber hecho”. Kepa Acero
v
AGRADECIMENTOS
Aos meus pais, Bartolomé e Elena, sem vocês este caminho não teria sido possível.
A minha irmã, Ana, por dar sempre um sorriso a minha vida.
A minha namorada, Natalia, pela força cada dia e por mostrar que a superação é uma regra na vida.
Aos orientadores deste trabalho, Sandra e Pedro, pelo apoio, paciência e transmissão de conhecimento.
Às Universidades Politécnica de Madri e Federal do Rio de Janeiro, por ter aportado tanto saber nestes anos.
Por último, a este país por me fazer lembrar que a vida, como esta cidade, é maravilhosa.
vi
Resumo do Projeto de Graduação apresentado à Escola Politécnica/ UFRJ como parte
dos requisitos necessários para a obtenção do grau de Engenheiro Civil.
PRÁTICAS SUSTENTÁVEIS NOS PAVIMENTOS E SUA POSSÍVEL APLICAÇÃO
NO MERCADO BRASILEIRO: PRESENTE E FUTURO
Francisco Guerrero Gómez- Pablo
Novembro 2017
Orientador: Sandra Oda
Curso: Engenharia Civil
A atual tendência mundial de consumo de recursos tem seus dias limitados. A falta de
materiais, com sua consequente subida de preços, obrigam a desenvolver novas
técnicas construtivas e reutilizar os materiais presentes. Uma transição em direção à
economia circular, tão defendida nestes últimos anos, mostra-se como a melhor, e
quase única, solução aos problemas ambientais e de disponibilidade de recursos no
futuro. A construção e manutenção de pavimentos, devido ao seu volume, consume
uma grande quantidade de recursos. Na engenharia rodoviária são muitas as
pesquisas que apontam a uma maior sustentabilidade com viabilidade técnica e
econômica. Neste contexto, é procurado principalmente prolongar o ciclo de vida do
pavimento, reduzir o consumo de agregados e ligantes asfálticos mediante a utilização
de materiais recicláveis, reduzir a temperatura de produção, o que implica menor
consumo de combustíveis fósseis e menor poluição, reduzir os tempos de obra e os
deslocamentos, favorecendo as técnicas in situ, e evitar a disposição em aterros.
Infelizmente, o Brasil não está na vanguarda em sustentabilidade. O presente trabalho
tem como objetivo mostrar algumas das práticas sustentáveis mais utilizadas e com
maior projeção no mundo. É dada uma ideia da tecnologia aplicada, as vantagens e
desvantagens e na medida do possível sua quota de mercado e seu uso atual no
Brasil. É analisada a atual política de resíduos dentro do país e os atuais manuais de
pavimentação, fazendo uma crítica do pouco conteúdo em sustentabilidade,
principalmente em reciclagem.
Palavras Chave: Sustentabilidade, asfalto, RAP, mistura morna.
vii
Abstract of Undergraduate Project presented to POLI/UFRJ as a partial fulfillment of
the requirements for the degree of Engineer.
SUSTAINABLE PRACTICES IN PAVEMENTS AND THEIR POSSIBLE
APPLICATION IN THE BRAZILIAN MARKET: PRESENT AND FUTURE
Francisco Guerrero Gómez- Pablo
November 2017
Advisor: Sandra Oda
Course: Civil Engineering
The current world trend of resource consumption has its days limited. The lack of
materials, with their consequent rise in prices, pushes us to develop new constructive
techniques and to reuse materials. A transition towards the circular economy, so
defended in the last years, has proven to be the best and almost unique solution to
environmental problems and the availability of resources in the future. The construction
and maintenance of pavements, due to its volume, consumes a great amount of
resources. In road engineering, many studies point to greater sustainability with
technical and economical feasibility. In this context, the objective is to extend the life
cycle of pavements, to reduce the consumption of aggregates and binders by using
recyclable materials, to reduce the production temperature, which implies lower
consumption of fossil fuels and less pollution, shorter work times and displacement,
promoting in-situ techniques, and avoid disposal in landfills. Unfortunately, Brazil is not
at the forefront of sustainability. The present work shows some of the most widely used
and projected sustainable practices in the world. It gives an idea of the technology
applied, the advantages and disadvantages and as far as possible its market share and
potential in Brazil. It is analyzed the current waste policy within the country and the
current paving manuals, criticizing the lack of sustainability content, especially in
recycling.
Key words: Sustainability, asphalt, RAP, Warm Mix Asphalt
viii
SUMÁRIO
1. INTRODUÇÃO AO TRABALHO ............................................................................... 1
1.1. Introdução ......................................................................................................... 1
1.2. Justificativa ........................................................................................................ 1
1.3. Objetivo do projeto ............................................................................................ 5
1.4. Estrutura do trabalho ......................................................................................... 5
2. GENERALIDADES DOS PAVIMENTOS .................................................................. 6
2.1. Materiais ............................................................................................................ 6
2.1.1. Ligantes asfálticos.................................................................................. 6
2.1.2. Agregados ............................................................................................. 7
2.2. Definição e Tipos de pavimentos ....................................................................... 8
2.3. Estrutura dos pavimentos flexíveis .................................................................... 8
2.4. Singularidades de cada camada........................................................................ 9
2.4.1. Revestimento ......................................................................................... 9
2.4.2. Base .................................................................................................... 13
2.4.3. Sub-base ............................................................................................. 15
2.5. Relação com a atual política de gestão de resíduos sólidos ............................ 15
2.6. Atividade de manutenção ................................................................................ 17
2.6.1. Prevenção ou preservação .................................................................. 19
2.6.2. Recuperação ........................................................................................ 19
2.6.3. Reforço ................................................................................................ 20
2.6.4. Reconstrução ....................................................................................... 20
3. SUSTENTABILIDADE NOS PAVIMENTOS ........................................................... 22
3.1. Definição de pavimento sustentável e ciclo de vida ......................................... 22
3.2. Práticas sustentáveis ....................................................................................... 24
3.2.1. Prevenção - A prática mais sustentável ............................................... 24
3.2.2. Fim de vida: a obtenção de agregados e ligante asfáltico .................... 27
3.2.3. Materiais: Agregados e ligantes ........................................................... 28
3.2.4. Ligante asfáltico ................................................................................... 33
3.2.5. RAP: Reciclado de pavimento asfáltico ................................................ 34
3.2.6. RAS: Recycled Asphalt Shingles .......................................................... 42
3.2.7. Borracha de pneu ................................................................................ 43
3.2.8. WMA: Warm Mix Asphalt. Mistura Morna ............................................. 45
3.2.9. Reciclagem in situ ................................................................................ 56
4. CONCLUSÕES ...................................................................................................... 61
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ............................................................................ 63
ix
LISTA DE FIGURAS
Figura 1. Distribuição da malha rodoviária no Brasil. Pesquisa CNT 2016. ................... 2
Figura 2. Gráfico comparativo da densidade da malha rodoviária pavimentada por pais
(valores em km/1000km2). (CNT, 2016) ............................................................ 2
Figura 3. Gráfico do aumento do custo operacional conforme o estado do pavimento
das rodovias – Brasil (%). (CNT, 2016) ............................................................. 3
Figura 4. Toneladas de asfalto produzido no Brasil até o ano 2014. (United Nations)... 4
Figura 5. Pavimento flexível (esquerda) e Pavimento rígido (direita) ............................ 8
Figura 6. Seção transversal típica do pavimento flexível. (1) Revestimento asfáltico; (2)
Base granular; (3) Sub-base; (4) Reforço do subleito; (5) Regularização do
subleito (DNIT, 2006). ....................................................................................... 9
Figura 7. Classificação dos revestimentos (DNIT, 2006). ........................................... 10
Figura 8. Representação esquemática de uma usina asfáltica por batelada ou
gravimétrica (BERNUCCI, et al., 2010)............................................................ 12
Figura 9. Representação esquemática de uma usina asfáltica contínua ou drum mixer
(BERNUCCI, et al., 2010). ............................................................................... 13
Figura 10. Classificação das bases e sub-bases flexíveis e semirrígidas (DNIT 2006).
........................................................................................................................ 14
Figura 11. Britas graduadas simples (esquerda) e agregado reciclado de resíduo sólido
da construção civil (direita) (BERNUCCI, et al., 2010). .................................... 15
Figura 12. Sistema de Pavimento (DNIT, 2011). ........................................................ 18
Figura 13. Fluxograma de Gerenciamento de Pavimentos (DNIT, 2011). ................... 19
Figura 14. Ciclo de vida do pavimento (VAN DAM, et al., 2015). ................................ 22
Figura 15. Ciclo de vida com atividade de preservação. [1] Preservação; [2]
Reabilitação; [3] Reconstrução; [4] Atividades de preservação. (VAN DAM, et
al., 2015) ......................................................................................................... 25
Figura 16. Fresagem do Pavimento (Kamilla Vasconcellos). ...................................... 27
Figura 17. Etapas na construção de pavimentos e consumo de combustível associado
a cada etapa (VAN DAM, et al., 2015). ............................................................ 29
Figura 18. Reciclado de pavimento asfáltico.
http://www.aggbusiness.com/categories/quarry-products/features/increased-
use-of-recycled-asphalt-pavement-technology/ ............................................... 30
Figura 19. RCA agregados. Transportation Applications Of Recycled Concrete
Aggregate ........................................................................................................ 32
Figura 20. Telhas antes e depois de ser processadas para seu uso como material para
pavimento. https://jndavis.com/recycled-shingles/ ........................................... 33
Figura 21. Comparação de toneladas de RAP aceitas e toneladas de RAP usadas ou
dispostas em aterros. Milhões de toneladas 2009-2015. (HANSEN, et al.,
2017) ............................................................................................................... 35
x
Figura 22. Número de Estados dentro de USA e a porcentagem de RAP nas misturas
de HMA/WMA. (HANSEN, et al., 2017) ........................................................... 35
Figura 23. Operação de usina “drum mixer”. ............................................................... 37
Figura 24. Comparação de toneladas de RAS aceitas e toneladas de RAS usadas ou
dispostas em aterros. Milhões de toneladas 2009-2015 (HANSEN, et al.,
2017). .............................................................................................................. 42
Figura 25. Esquema da fabricação da mistura asfáltica com asfalto-borracha pelo
processo de via úmida (BERNUCCI, et al., 2010)............................................ 44
Figura 26. Classificação das misturas asfálticas em função da temperatura de
produção, valores aproximados (MOTTA, 2011). ............................................ 45
Figura 27. Gráfico da porcentagem de WMA sobre o total de toneladas de misturas
asfálticas produzidas nos Estados Unidos. 2009-2015 (HANSEN, et al., 2017).
........................................................................................................................ 47
Figura 28. Porcentagem em que são reduzidas as emissões mediante o uso de
tecnologias WMA em comparação com mistura asfáltica convencional
(MAZUMDER, et al., 2016) .............................................................................. 52
Figura 29. Condições do Pavimento e metodologia de reciclagem a utilizar (STROUP-
GARDINER, 2011). ......................................................................................... 57
Figura 30. Diferentes metodologias de reciclagem a quente in situ (STROUP-
GARDINER, 2011). ......................................................................................... 59
xi
LISTA DE TABELAS
Tabela 1. Comparação entre consumo de energia. (DNIT, 2006) ............................. 36
Tabela 2. Pesquisas sobre utilização do RAP internacionalmente com diferentes
porcentagens (FONSECA, et al., 2015). .......................................................... 39
Tabela 3. Emissões emitidas durante a usinagem (THIVES, et al., 2017). ................. 44
Tabela 4. Comparação de preço e vida de serviço entre CBUQ com asfalto
convencional e com asfalto borracha. Preços (Catálogo De itens SCO - RIO). 45
Tabela 5. Produtos usados em tecnologias WMA, descrição do produto, dosagem do
aditivo, países onde é usado, e redução de temperatura. (RUBIO, et al., 2012)
........................................................................................................................ 50
Tabela 6. Redução da emissão de poluente durante a fabricação de WMA.
(D´ANGELO, et al., 2008) ................................................................................ 51
Tabela 7. Redução das emissões segundo alguns dos principais aditivos do mercado.
(THIVES, et al., 2017) ..................................................................................... 51
Tabela 8. Redução no consumo energético segundo diferentes estudos................... 53
Tabela 9. Composição de custo CBUQ produzido no Rio de Janeiro. ....................... 55
Tabela 10. Decomposição custo usina de produção de asfalto a quente no Rio de
Janeiro ............................................................................................................ 56
Tabela 11. Redução do preço da tonelada de CBUQ ................................................ 56
1
1. Introdução ao trabalho
1.1. Introdução
A construção de novos pavimentos e a manutenção da rede viária são consideradas
áreas de trabalho de elevada importância devido aos numerosos recursos que
consomem, tanto econômicos como ambientais.
A maior consciência social em preservação da natureza e do meio ambiente obriga a
procurar novas técnicas construtivas e um uso racional dos recursos disponíveis. Além
disso, a legislação mostra uma tendência protecionista que dificulta a obtenção de
agregados e materiais virgens e a disposição de resíduos em aterros. Isto aumenta
consideravelmente o custo das obras, principalmente em áreas urbanas.
No Brasil, o meio principal de transporte para mercadorias e passageiros é o
rodoviário. Em um país com uma elevada quantidade de indústrias e da agricultura, as
grandes cargas transportadas por rodovias causam danos nestas infraestruturas que
tem que ser tratados e corrigidos.
É necessário uma estratégia planejada e um conhecimento das diferentes técnicas
que possam diminuir os custos totais, manter um nível de serviço aceitável para os
usuários e estar em equilíbrio com o meio ambiente.
Em conclusão o que se persegue é que as soluções sejam efetivas no custo,
responsáveis com o meio ambiente e apresentem um bom desempenho funcional.
O Brasil apresenta um claro atraso na utilização de técnicas mais sustentáveis que
possam, não só diminuir a carga poluente, mas também ter um impacto econômico, a
nível geral e local, um desenvolvimento de tecnologia e um avanço na produção. No
inicio toda nova técnica será mais cara, mas com o estabelecimento e
desenvolvimento da tecnologia seu custo mostrará uma clara redução e tornará viável
seu uso.
É uma obrigação dos corpos técnicos da sociedade procurar as melhores alternativas
que respeitem não só o presente, mas também o futuro deste planeta e seus futuros
habitantes. A nova tendência de economia circular pretende mudar o atual modelo
linear, e, mediante a reciclagem e reutilização, retornar os materiais utilizados ao ciclo
produtivo. O objetivo final é criar ciclos fechados ou abertos, onde tudo que for
produzido seja reutilizado quando sua vida funcional acabe, seja na sua função
anterior ou em uma nova.
1.2. Justificativa
O sistema rodoviário brasileiro é o principal meio de transporte para mercadorias e
passageiros. Conta com uma rede de 1.720.756 quilômetros, dos quais só o 12,3%
2
estão pavimentadas. A malha rodoviária pavimentada brasileira compreende 211.468
km de extensão, contrapondo-se aos 1.351.979 km de rodovias não pavimentadas
(CNT, 2016).
Figura 1. Distribuição da malha rodoviária no Brasil. Pesquisa CNT 2016.
O Brasil possui uma densidade de aproximadamente 25,0 km de rodovias
pavimentadas para cada 1.000 km2 de área. Para dar uma visão comparativa, a Figura
2 mostra a densidade da malha viária pavimentada no Brasil e de outros países. Os
resultados são mostrados em km de estrada pavimentada por 1000 km2 de área.
Figura 2. Gráfico comparativo da densidade da malha rodoviária pavimentada por pais (valores em km/1000km2). (CNT, 2016)
Analisando o estado das rodovias pavimentadas brasileiras, destaca-se que parte
delas não é considerada adequada para o tráfego de pessoas e bens de consumo
(CNT, 2016). “O Brasil se encontra na 111ª posição entre os 138 países analisados no
quesito qualidade da infraestrutura rodoviária, atrás de países como Chile (30ª),
Uruguai (98ª) e Argentina (103ª), todos situados na América do Sul. A avaliação da
infraestrutura das rodovias utiliza notas que variam de 1 (extremamente
438,1
359,9
54,3 46,0 41,6 25,0 25,0
0,0
50,0
100,0
150,0
200,0
250,0
300,0
350,0
400,0
450,0
500,0
EAU China Rússia Australia Canadá Argentina Brasil
Densidade da malha rodoviária pavimentada por país (valores em km/1.000 km2)
3
subdesenvolvida – entre as piores do mundo) a 7 (extensa e eficiente – entre as
melhores do mundo). No índice de competitividade em questão, o Brasil recebeu a
nota 3,0.” (CNT, 2016)
É calculado que aproximadamente 48% das rodovias pavimentadas no Brasil se
encontra com algum tipo de problema no pavimento, sendo 35,8% classificados como
Regular, 9,9% como Ruim e 2,6% Péssimo (CNT, 2016).
Isto supõe um custo operacional bem maior que prejudica a economia brasileira, tanto
em suas exportações como no mercado interno, sendo trasladado este custo ao
consumidor final por meio de preços mais elevados (CNT, 2016). Mas não é só o custo
operacional, o estado inadequado tem uma relação direita com o numero de acidentes
e as emissões de gases poluentes na atmosfera. A Figura 3 mostra o aumento do
custo operacional devido ao estado do pavimento.
Figura 3. Gráfico do aumento do custo operacional conforme o estado do pavimento das rodovias – Brasil (%). (CNT, 2016)
Com uma produção de 3,249 milhões de toneladas de asfalto no ano 2014, o Brasil se
encontra na décima posição de produtores mundiais. Além disso, a produção do
asfalto tem aumentando progressivamente até o ano 2014 (último ano com
disponibilidade de dados), ver Figura 4.
18,8%
41,0%
65,6%
91,5%
Bom Regular Ruim Péssimo
Aumento do custo operacional conforme o estado do pavimento das rodovias – Brasil (%)
4
Figura 4. Toneladas de asfalto produzido no Brasil até o ano 2014. (United Nations)
Por outro lado, a maioria dos resíduos sólidos urbanos (RSU) do Brasil não é reciclada
ou reutilizada quando acaba seu ciclo de vida. Dentro dos RSU, se encontram os
Resíduos da Construção e Demolição (RCD). Sobre a estimativa de geração dos RCD
cabe mencionar que não existe uma padronização ou controle total sobre os dados
(IPEA, 2012). Ainda assim diversas fontes estimam que são coletadas cerca de 31
milhões de toneladas por ano (IPEA, 2012).
Dos gráficos e afirmações anteriores podem-se extrair algumas conclusões:
Investir na qualidade da infraestrutura e na gestão do transporte rodoviário é
indispensável para aumentar a competitividade do Brasil, garantir a segurança das
pessoas e das cargas e promover a sustentabilidade em âmbito nacional (CNT,
2016).
A atual política de pavimentos não está dando o resultado esperado: quase 50%
dos quilômetros das estradas têm problemas nos pavimentos.
A política de recapeamento que não trata das bases, e que só consome asfalto
como é mostrado na Produção Anual de Asfalto (Gráfico 3), abrem as portas à
exploração de novas técnicas que permitam um melhor gerenciamento de
pavimentos.
Neste contexto, a utilização de RCD e RSU, as tecnologias de misturas mornas e a
reciclagem de pavimentos se mostram como excelentes opções.
São muitos os países que já incluem um uso de materiais recicláveis na produção de
pavimentos, começando pelo asfalto, que segundo a FHWA é o material mais
reciclado nos Estados Unidos.
Por outro lado, a tecnologia para produzir mistura asfáltica a temperaturas mais baixas
apresenta uma redução considerável na emissão de poluentes.
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
Brasil - Produção de Asfalto em Milhares de Toneladas
5
1.3. Objetivo do projeto
Este trabalho tem como objetivo fazer uma análise atual e potencial das diferentes
metodologias produtivas e construtivas mais sustentáveis, seja utilizando materiais
recicláveis nas atividades de construção e manutenção ou poluindo menos, graças a
uma técnica mais avançada. Serão apresentadas as vantagens e desvantagens de
cada método, diversos estudos de casos onde já têm sido utilizados e porque supõem
uma melhoria não só na utilização de recursos ambientais, mas também funcional e
economicamente.
Assim, pretende-se fazer foco na economia circular dos processos, seu impacto no
meio ambiente e a possibilidade de impacto na economia local.
Vale destacar a grande dificuldade para encontrar projetos desenvolvidos no Brasil
utilizando a maioria das técnicas que são descritas neste trabalho. A falta de
informações é uma das razões principais que dificultam a implementação de qualquer
tecnologia, o que leva a adotar as técnicas tradicionais, mesmo quando estas
apresentam um resultado não muito positivo, conforme observados os dados dos
pavimentos brasileiros expostos no ponto anterior.
1.4. Estrutura do trabalho
O trabalho se encontra dividido em 4 capítulos.
O primeiro deles é uma introdução ao trabalho, a justificativa de porque é
desenvolvido, seu objetivo e como está dividido o mesmo.
O segundo capítulo tem como objetivo dar uma ideia geral dos pavimentos, para
depois poder entender as técnicas mostradas no terceiro capítulo. Neste capítulo são
descritos os tipos de pavimentos, os materiais que estão constituídos, uma visão da
política atual dos resíduos e as técnicas tradicionais de manutenção e reabilitação.
O terceiro capítulo faz uma abordagem da sustentabilidade dos pavimentos. É
explicado o ciclo de vida dos pavimentos e como ao longo dele mediante a utilização
de diversas técnicas e o uso de materiais sustentáveis é possível conseguir resultados
viáveis desde o ponto de vista funcional e econômico, relacionando o ciclo de vida dos
pavimentos com a economia circular. Para isso são mostrados principalmente casos e
pesquisas internacionais.
Por último, o quarto capítulo se refere à conclusão e recomendações para futuros
trabalhos e aplicação do mesmo.
6
2. Generalidades dos Pavimentos
Neste capítulo serão apresentadas as características gerais dos pavimentos. Serão
introduzidos ao leitor os materiais utilizados, a definição de pavimento, uma analise
das camadas que formam o pavimento e a produção destas camadas.
Por outro lado, será feita uma análise do Manual de Pavimentação publicado pelo
DNIT no ano 2006, focando nos pontos sobre materiais recicláveis e sua relação com
a atual legislação brasileira sobre Resíduos da Construção Civil.
É importante perceber que desde o ano 2006 a tecnologia tem evoluído muito. Por
isso neste capitulo também é feita uma análise crítica de porque não se tem feito uma
atualização do texto em relação a estas novas tecnologias, a maioria delas
relacionadas com o reciclado e técnicas mais sustentáveis, como a mistura morna.
2.1. Materiais
O pavimento é composto por várias camadas, cada uma delas é composta por
diferentes materiais. Como este trabalho é centrado no uso de materiais recicláveis
principalmente para as camadas superiores serão definidos os dois materiais
principais para o revestimento que variam muito em sua composição e cuja correta
seleção e dosagem marcam o futuro desempenho desta capa do pavimento. Estes
são o ligante asfáltico e os agregados.
2.1.1. Ligantes asfálticos
No Brasil, cerca do 95% das rodovias pavimentadas são de revestimento asfáltico,
além de ser também utilizado em grande parte das ruas (BERNUCCI, et al., 2010).
O asfalto utilizado em pavimentação é um ligante betuminoso que provém da
destilação do petróleo e que tem a propriedade de ser um adesivo termoviscoplástico,
impermeável e pouco reativo. A baixa reatividade química a muitos agentes não evita
que esse material possa sofrer, no entanto, um processo de envelhecimento por
oxidação lenta pelo contato com o ar e a água (BERNUCCI, et al., 2010).
Quase todo o asfalto em uso é obtido do processamento de petróleo bruto (ou cru) em
refinarias.
Há várias razões para o uso intensivo do asfalto em pavimentação, sendo as
principais: proporciona forte união dos agregados, agindo como um ligante que
permite flexibilidade controlável, é impermeabilizante, durável e resistente à ação da
maioria dos ácidos, dos álcalis e dos sais, podendo ser utilizado aquecido ou
emulsionado, em amplas combinações de esqueleto mineral, com ou sem aditivos.
No Brasil utiliza-se a denominação CAP (Cimento Asfáltico de Petróleo) para designar
esse produto semissólido a temperaturas baixas, viscoelástico a temperatura ambiente
e líquido a altas temperaturas, e que se enquadra em limites de consistência para
determinadas temperaturas pré-estabelecidas.
7
Segundo BERNUCCI, et al. (2008), os tipos de ligantes asfálticos existentes no
mercado brasileiro são denominados:
Cimentos asfálticos de petróleo – CAP
Asfaltos diluídos – ADP
Emulsões asfálticas – EAP
Asfaltos oxidados ou soprados de uso industrial;
Asfaltos modificados por polímero – AMP ou por borracha de pneus – AMB;
Agentes rejuvenescedores – AR e ARE.
2.1.2. Agregados
Todos os revestimentos asfálticos constituem-se de associações de ligantes asfálticos,
agregados e, em alguns casos, de produtos complementares. Essas associações,
quando executadas e aplicadas apropriadamente, devem originar estruturas duráveis
em sua vida de serviço. Para que isso ocorra deve-se conhecer e selecionar as
propriedades que os agregados devem conter.
Agregado é um termo genérico para areias, pedregulhos e rochas minerais, em seu
estado natural ou britadas e em seu estado processado. Há ainda de se considerar
também os agregados artificiais e reciclados.
A variedade de agregados passíveis de utilização em revestimentos asfálticos é muito
grande. Os agregados utilizados em pavimentação podem ser classificados em três
grandes grupos, segundo sua natureza, tamanho e distribuição dos grãos.
a) Natureza: naturais, artificiais e reciclados.
b) Tamanho: os agregados são classificados quanto ao tamanho, para uso em
misturas asfálticas, em graúdo, miúdo e material de enchimento ou fíler (DNIT
031/2004 – ES):
Graúdo: é o material com dimensões maiores do que 2,0 mm, ou seja, retido
na peneira no10. São as britas, cascalhos, seixos etc.
Miúdo: é o material com dimensões maiores que 0,075 mm e menores que
2,0 mm. É o material que é retido na peneira de no200, mas que passa na de
abertura no10. São as areias, o pó de pedra etc.
Material de enchimento (fíler): é o material onde pelo menos 65% das
partículas é menor que 0,075 mm, correspondente à peneira de no200, tais
como a cal hidratada, cimento Portland etc.
c) Distribuição dos grãos: a distribuição granulométrica dos agregados é uma de suas
principais características e efetivamente influi no comportamento dos revestimentos
asfálticos. Em misturas asfálticas a distribuição granulométrica do agregado influencia
quase todas as propriedades importantes incluindo rigidez, estabilidade, durabilidade,
permeabilidade, trabalhabilidade, resistência à fadiga e à deformação permanente,
resistência ao dano por umidade induzida etc.
8
2.2. Definição e Tipos de pavimentos
Segundo o Manual de Pavimentação do DNIT (DNIT, 2006): “o pavimento de uma
rodovia é uma superestrutura constituída por um sistema de camadas de espessuras
finitas, assentes sobre um semiespaço considerada teoricamente como infinito a
infraestrutura ou terreno de fundação, a qual é designada de subleito”.
Há diversos fatores que podem influenciar no bom funcionamento de um pavimento,
assim como na sua resistência e preservação. Levando em consideração a rigidez do
conjunto dos pavimentos, os mesmos podem ser classificados em flexíveis, rígidos e
semirrígidos. O DNIT (2006) faz a seguinte classificação:
Flexível: aquele em que todas as camadas sofrem deformação elástica
significativa sob o carregamento aplicado e, portanto, a carga se distribui em
parcelas aproximadamente equivalentes entre as camadas (Figura 5 -
esquerda).
Semi-Rígido: caracteriza-se por uma base cimentada por algum aglutinante
com propriedades cimentícias como, por exemplo, por uma camada de solo
cimento revestida por uma camada asfáltica. São considerados parte dos
pavimentos flexíveis.
Rígido: aquele em que o revestimento tem uma elevada rigidez em relação às
camadas inferiores e, portanto, absorve praticamente todas as tensões
provenientes do carregamento aplicado (Figura 6 - direita).
Devido ao uso generalizado no Brasil de pavimentos flexíveis, este trabalho se
centrará no estudo das alternativas mais ecológicas tanto no uso de materiais como
técnicas construtivas dentro deste tipo de pavimentos.
Figura 5. Pavimento flexível (esquerda) e Pavimento rígido (direita)
2.3. Estrutura dos pavimentos flexíveis
A estrutura de um pavimento tem como objetivo suportar as cargas atuantes nele,
repassando, sutilmente, estes carregamentos ao terreno de fundação sem gerar danos
ao mesmo ou à estrutura.
A definição dos diversos constituintes da seção transversal de um pavimento flexível é
apresentada em seguida (DNIT, 2006):
9
i. Subleito - é o terreno de fundação do pavimento.
ii. Regularização - é a camada posta sobre o leito, destinada a conformá-lo
transversal e longitudinalmente de acordo com as especificações; a
regularização não constitui propriamente uma camada de pavimento, sendo, a
rigor, uma operação que pode ser reduzida em corte do leito implantado ou em
sobreposição a este, de camada com espessura variável.
iii. Reforço do subleito - é uma camada de espessura constante, posta por
circunstâncias técnico-econômicas, acima da de regularização, com
características geotécnicas inferiores ao material usado na camada que lhe for
superior, porém melhores que o material do subleito.
iv. Sub-base - é a camada complementar à base, quando por circunstâncias
técnico-econômicas não for aconselhável construir a base diretamente sobre
regularização.
v. Base - é a camada destinada a resistir e distribuir os esforços oriundos do
tráfego e sobre a qual se constrói o revestimento.
vi. Revestimento - é a camada, tanto quanto possível impermeável, que recebe
diretamente a ação do rolamento dos veículos e destinada a melhorá-la,
quanto à comodidade e segurança e a resistir ao desgaste.
A Figura 6 mostra uma seção transversal típica de um pavimento flexível.
Figura 6. Seção transversal típica do pavimento flexível. (1) Revestimento asfáltico; (2) Base granular; (3) Sub-base; (4) Reforço do subleito; (5) Regularização do subleito (DNIT, 2006).
2.4. Singularidades de cada camada
2.4.1. Revestimento
Também chamado de camada de rolamento, o revestimento deve atuar como uma
superfície de rolamento de qualidade, oferecendo maior conforto e segurança, visto
que é a camada que possui contato direto com o tráfego de veículos. Além disso, é
10
importante que a mesma possua resistência suficiente para com o desgaste imposto
pelas intempéries e seja impermeável, já que todo o restante da estrutura dependerá
do revestimento para que infiltre a menor quantidade de água possível e não haja
contato direto com a mesma.
O revestimento é constituído por uma mistura de cerca de 90% a 95% de agregado
mineral e entre 5% a 10% de material asfáltico. Dentre eles, o agregado é o
responsável por suportar as cargas aplicadas e o desgaste imposto pelas mesmas,
além de transmiti-las à camada conseguinte. Já o material asfáltico é um elemento
aglutinante, fazendo com que ligue os agregados entre si, além de fornecer um caráter
impermeabilizante à mistura, impedindo e resistindo à ação das águas provenientes
das chuvas.
Por conta destas particularidades, esta é a camada mais nobre da estrutura, sendo a
mais cara durante a construção, porém possui grande importância e por isso deve-se
ter cautela na composição da mistura. A Figura 7 apresenta a classificação dos
revestimentos de acordo com o Departamento Nacional de Infraestrutura de
Transportes (DNIT, 2006).
Figura 7. Classificação dos revestimentos (DNIT, 2006).
Análise dos revestimentos
Neste trabalho só será feita uma análise dos revestimentos asfálticos, devido ao não
existente uso na atualidade dos revestimentos por calçamento, mesmo quando são
diferenciados na classificação pelo DNIT (Figura 7). Serão unicamente analisados por
tanto os revestimentos por mistura.
Os revestimentos asfálticos são constituídos por associação de agregados e materiais
asfálticos. Esta associação pode ser feita de duas maneiras clássicas: por penetração
e por mistura (DNIT Manual de Pavimentação, 2006). Segundo Bernucci, et al., (2008)
o tipo mais utilizado são os revestimentos por mistura produzidos e aplicados a
quente.
11
Revestimentos por Mistura
Nos revestimentos asfálticos por mistura, o agregado é pré-envolvido com o material
asfálticos, antes da compactação e podem ser feitos em usina ou na pista.
Conforme os seus respectivos processos construtivos são adotadas ainda as
seguintes designações:
− Pré-misturado a Frio - Quando os agregados e os ligantes utilizados permitem que
o espalhamento seja feito à temperatura ambiente.
− Pré-misturado a Quente - Quando o ligante e o agregado são misturados e
espalhados na pista ainda quentes.
O Concreto Betuminoso Usinado a Quente, CBUQ, (HMA - Hot Mix Asphalt, em
inglês), hoje denominado de Concreto Asfáltico, é a mistura mais empregada no Brasil.
Trata-se do produto da mistura de agregados de vários tamanhos e cimento asfáltico,
ambos aquecidos em temperaturas previamente escolhidas em função da
característica viscosidade-temperatura do ligante.
As misturas asfálticas a quente podem ser subdivididas pela granulometria dos
agregados. São destacados três tipos mais usuais nas misturas a quente:
Graduação densa: curva granulométrica contínua e bem-graduada de forma a
proporcionar um esqueleto mineral com poucos vazios, visto que os agregados
de dimensões menores preenchem os vazios dos maiores. Exemplo: concreto
asfáltico (CA);
Graduação aberta: curva granulométrica uniforme com agregados quase
exclusivamente de um mesmo tamanho, de forma a proporcionar um esqueleto
mineral com muitos vazios interconectados, com insuficiência de material fino
(menor que 0,075 mm) para preencher os vazios entre as partículas maiores,
com o objetivo de tornar a mistura com elevado volume de vazios com ar e,
portanto, drenante, possibilitando a percolação de água no interior da mistura
asfáltica. Exemplo: mistura asfáltica drenante, conhecida no Brasil por camada
porosa de atrito (CPA);
Graduação descontínua: curva granulométrica com grãos de maiores dimensões
em quantidade dominante em relação aos grãos de dimensões intermediárias,
completados por certa quantidade de finos, de forma a ter uma curva
descontínua em certas peneiras, com o objetivo de tornar o esqueleto mineral
mais resistente à deformação permanente com o maior número de contatos
entre os agregados graúdos. Exemplos: SMA - stone matrix asphalt; gap-graded.
Concretos asfálticos densos são as misturas asfálticas mais empregadas em
revestimentos asfálticos no Brasil. Suas propriedades, no entanto, são muito sensíveis
à variação do teor de ligante asfáltico. Uma variação positiva, às vezes dentro do
admissível em usinas, pode gerar problemas de deformação permanente por fluência
e/ou exsudação, com fechamento da macrotextura superficial. De outro lado, a falta de
ligante gera um enfraquecimento da mistura e de sua resistência à formação de
trincas, uma vez que a resistência à tração é bastante afetada e sua vida de fadiga fica
muito reduzida.
12
Existem dois tipos básicos de usina de asfalto que são: a usina de produção por
batelada ou gravimétrica, que produz quantidades unitárias de misturas asfálticas, e a
usina de produção contínua ou drum-mixer, cuja produção é contínua, como a própria
designação classifica. Segundo o tipo de usina será mais fácil realizar uma adaptação
para otimizar o uso de Reciclado de Pavimento e produzir misturas mornas.
Os dois tipos de usinas têm condições de produzir as misturas asfálticas em uso
corrente no país. Normalmente, as misturas asfálticas, mesmo com características
particulares, não exigem sua produção em um tipo específico de usina, exceto as
misturas recicladas, que precisam de certa adaptação.
Figura 8. Representação esquemática de uma usina asfáltica por batelada ou gravimétrica (BERNUCCI, et al., 2010)
13
Figura 9. Representação esquemática de uma usina asfáltica contínua ou drum mixer (BERNUCCI, et al., 2010).
2.4.2. Base
A função desta camada é a transferência e resistência das cargas procedentes do
fluxo de veículos na superfície de rolamento. Acontece que esta camada, por estar
embaixo da capa de rolamento, tem de ter uma qualidade muito elevada para
desenvolver suas funções de forma adequada.
É vista como uma camada de extrema importância dentro da seção e, da qual
depende a redução dos esforços e a boa transferência de cargas até o subleito. Tem
exigências de compactação elevadas que fazem necessária uma execução em obra
com grande precisão.
Na figura 10 é apresentada a classificação que o DNIT propõe para as camadas de
base e sub-base segundo as tipologias que se desejam projetar.
14
Figura 10. Classificação das bases e sub-bases flexíveis e semirrígidas (DNIT 2006).
Análises das bases
Os materiais de base, sub-base e reforço do subleito são classificados segundo seu
comportamento frente aos esforços em: materiais granulares e solos, materiais
estabilizados quimicamente ou cimentados, e materiais asfálticos.
Entende-se por materiais granulares aqueles que não possuem coesão (a não ser
aparente pela sucção) e que não resistem à tração, trabalhando eminentemente aos
esforços de compressão. Os solos coesivos resistem à compressão, principalmente, e
também à tração de pequena magnitude, graças à coesão dada pela fração fina. Os
materiais cimentados são materiais granulares ou solos que recebem adição de
cimento, cal ou outro aditivo, de forma a proporcionar um acréscimo significativo de
rigidez do material natural e um aumento da resistência à compressão e à tração. Há
ainda misturas asfálticas, como o solo-asfalto, que se destinam à camada de base e
que poderiam ser classificadas como coesivas. Nesse caso, a ligação entre agregados
ou partículas é dada pelo ligante asfáltico, sendo a resistência à tração bastante
superior aos solos argilosos, e por isso são enquadrados em classe diferente dos
solos e dos materiais cimentados.
Os materiais mais empregados em pavimentação da classe dos granulares e solos
são: brita graduada simples (BGS) e bica ou brita corrida; macadame hidráulico;
macadame a seco; misturas estabilizadas granulometricamente (estabilizadas por
combinação de materiais para atender certos requisitos ou mecanicamente); solo-
agregado; solo natural; solo melhorado com cimento ou cal. Dentro deste grupo se
encontram materiais decorrentes de reutilização e reciclagem: de alto-forno, agregado
reciclado de resíduo sólido de construção civil e demolições, rejeitos de extração
de rochas ornamentais, mistura asfáltica fresada etc.
Os materiais cimentados mais frequentes são: brita graduada tratada com cimento
(BGTC), solo-cimento, solo-cal, solo-cal-cimento, concreto rolado (CCR – concreto
compactado a rolo).
15
As misturas asfálticas são: solo-asfalto, solo-emulsão, macadame betuminoso e base
asfáltica de módulo elevado.
Figura 11. Britas graduadas simples (esquerda) e agregado reciclado de resíduo sólido da construção civil (direita) (BERNUCCI, et al., 2010).
2.4.3. Sub-base
Além da função de resistir e repassar os esforços aplicados sobre as camadas
superiores às inferiores, esta camada também atua na drenagem do pavimento. A
sub-base torna-se necessária quando, ao dimensionar o pavimento, a camada de
base obtém espessura demasiada a fim de resistir aos carregamentos, sendo assim, é
viável economicamente dividir esta camada em duas, onde a inferior (sub-base) é
composta por materiais de menor custo.
Assim, a sub-base tem a mesma função da base, sendo uma complementação, de
forma a reduzir a espessura da base, além de poder ser utilizada para auxiliar na
regularização dessa camada. Além disso, ela pode drenar infiltrações e controlar a
ascensão capilar da água, quando for o caso. Logo, é importante utilizá-la quando não
for aconselhável executar a base diretamente sobre o leito regularizado ou sobre o
reforço, por circunstâncias técnico-econômicas previstas no projeto de execução.
Os materiais que compõem esta camada são os mesmos que na base, mas as
exigências técnicas são menores.
2.5. Relação com a atual política de gestão de resíduos
sólidos
A ideia geral nesta parte do trabalho é mostrar o avanço relatado pelo DNIT no seu
Manual de Pavimentação (DNIT, 2006), quanto à utilização de materiais recicláveis.
Assim como na Norma Brasileira ABNT NBR 15115 do ano 2004 sobre “Agregados
reciclados de resíduos sólidos da construção civil – Execução de camadas de
pavimentação – Procedimentos”.
16
A legislação brasileira, com o disposto pelo Conselho Nacional do Meio Ambiente -
CONAMA na Resolução Nº 307 de 5 de julho de 2002, publicada no DOU nº 136, de
17/07/2002, págs. 95-96, ressalta os artigos três e dez:
Art. 3º Os resíduos da construção civil deverão ser classificados, para efeito desta
Resolução, da seguinte forma:
I - Classe A - são os resíduos reutilizáveis ou recicláveis como agregados, tais como:
a) de construção, demolição, reformas e reparos de pavimentação e de outras
obras de infraestrutura, inclusive solos provenientes de terraplanagem.
b) de construção, demolição, reformas e reparos de edificações: componentes
cerâmicos (tijolos, blocos, telhas, placas de revestimento etc.), argamassa e
concreto.
c) de processo de fabricação e/ou demolição de peças pré-moldadas em concreto
(blocos, tubos, meio-fios etc.) produzidas nos canteiros de obras.
Art. 10. Os resíduos da construção civil, após triagem, deverão ser destinados das
seguintes formas:
I - Classe A: deverão ser reutilizados ou reciclados na forma de agregados ou
encaminhados a aterro de resíduos classe A de preservação de material para usos
futuros.
Por outro lado a norma ABNT NBR 1004 do ano 2004 explica que:
“A camada de reforço do subleito, sub-base e base de agregado reciclado deve ser
executada com materiais que atendam aos seguintes requisitos:
d) Os agregados reciclados devem ser classificados quanto ao tipo de emprego
possível na execução de camadas de pavimentos, segundo parâmetros de Índice de
Suporte Califórnia (CBR), obtidos por meio do ensaio da ABNT NBR 9895, conforme
abaixo discriminado:
― material para execução de reforço de subleito: CBR ≥ 12%, expansão ≤ 1,0%
(energia de compactação normal, conforme ABNT NBR 7182 e ABNT NBR 6457);
― material para execução de sub-base: CBR ≥ 20%, expansão ≤ 1,0% (energia de
compactação intermediária, conforme ABNT NBR 7182 e ABNT NBR 6457);
― material para execução de base de pavimento: CBR ≥ 60%, expansão ≤ 0,5%
(energia de compactação intermediária, conforme ABNT NBR 7182 e ABNT NBR
6457); é permitido o uso como material de base somente para vias de tráfego com N ≤
106 repetições do eixo-padrão de 80 kN no período de projeto;”
Segundo essa legislação, pode-se dizer que os materiais que constituem os
pavimentos podem ser considerados da Classe A e que, após seu uso, esse material
seja reciclado ou depositado em um aterro para seu posterior uso.
A ABNT NBR procede a utilizar agregados reciclados e estabelece os critérios para
que os agregados possam ser utilizados, mas seu uso fica limitado à camada de sub-
base, e na base só no caso de tráfego leve. Ainda existem mais dois manuais de
17
reciclagem in situ com um conteúdo muito básico como será analisado posteriormente.
O Manual de Pavimentação nada diz sobre os agregados reciclados e seu uso
potencial.
A lei de Gerenciamento de Resíduos Sólidos (Lei Nº 12.305, de 2 de Agosto de 2010)
inclui os resíduos da construção civil e os pneus. A lei faz ênfase na obrigação por
partes dos produtores em encontrar uma reutilização ao material, já seja na mesma
utilidade ou em outro ciclo produtivo.
Esta lei obriga as empresa da construção civil a elaborar um plano de gerenciamento
de resíduos, assim promove “estimular o desenvolvimento de mercado, a produção e o
consumo de produtos derivados de materiais reciclados e recicláveis” e “propiciar que
as atividades produtivas alcancem eficiência e sustentabilidade”.
Observando esta legislação são obtidas várias conclusões:
Tanto as Normativas como o Manual estão atrasados com respeito à lei.
A tecnologia de outros países tem mostrado um desempenho superior aos
atuais no Brasil, e, portanto, a lei não está conseguindo o objetivo sobre
produtores.
A lei parece bastante avançada em comparação com a situação real do Brasil.
Como será visto neste trabalho, são numerosos os casos aplicados no exterior com
maior quantidade de materiais recicláveis e uso de tecnologias menos poluentes que
tanto a Lei de Resíduos Sólidos “obriga” a importar e potenciar no território nacional.
Com esta análise pretende-se fazer uma crítica do papel das administrações
brasileiras nas práticas sustentáveis tão bem enumeradas na Lei de Resíduos.
Existem numerosas pesquisas brasileiras, mas sua aplicação em obra é residual. As
Administrações devem ser as primeiras a dar exemplo, e não promover uma lei que
depois não será aplicada.
2.6. Atividade de manutenção
Para poder entender o ciclo de vida dos pavimentos é necessário apresentar algumas
das principais atividades de conservação, manutenção e reabilitação de pavimentos. É
imprescindível entender um pouco do gerenciamento de pavimentos e como muitas
vezes as restrições orçamentárias limitam o poder de decisão.
Antes de definir as possíveis alternativas de restauração é necessário o estudo da
condição do pavimento existente. Este estudo é precedido por uma avaliação funcional
e uma avaliação estrutural. Essas avaliações fornecem dados para análise da
condição da superfície do pavimento e de sua estrutura e também para a definição das
alternativas de restauração apropriadas.
Na avaliação funcional é verificada a condição da superfície do pavimento, por meio
do levantamento e análise de defeitos superficiais e da condição de irregularidade
longitudinal.
18
Na avaliação estrutural é verificada a condição da estrutura do pavimento de suportar
cargas, por meio de levantamentos não-destrutivos pela determinação da deflexão
superficial resultante da aplicação de uma carga conhecida. O principal parâmetro
considerado na avaliação estrutural é a deflexão na superfície e a bacia de
deformação. A deflexão é normalmente utilizada para delimitar segmentos
considerados como homogêneos quanto à condição estrutural.
Uma vez feita a avaliação do pavimento, é o momento de definir as soluções reais
com o objetivo de solucionar os problemas existentes em relação à severidade e
extensão dos defeitos devidos ao tráfego de veículos que solicitam o trecho estudado.
É importante perceber que um sistema de gerência de pavimentos deve levar em
conta os níveis atuais de serviço e a estrutura do pavimento (Figura 12) assim como
as condições orçamentárias para escolher a adequada ação de manutenção ou
reabilitação que maximize o resultado final (Figura 13). Depois das figuras são
explicadas algumas das principais atividades.
Figura 12. Sistema de Pavimento (DNIT, 2011).
19
Figura 13. Fluxograma de Gerenciamento de Pavimentos (DNIT, 2011).
2.6.1. Prevenção ou preservação
Esta é também conhecida como manutenção preventiva. É aquela efetuada em
intervalos predeterminados e de acordo com critérios preestabelecidos, com o objetivo
de reduzir a probabilidade de falha ou de degradação do funcionamento de uma
instalação (ABNT, 1994). Ou seja, são serviços previamente aplicados com o objetivo
de evitar o surgimento ou agravamento de defeitos. Sua frequência depende do
trânsito, topografia e clima (DNIT, 2006). É entendida como a primeira medida adotada
para a manutenção do pavimento.
Tem por objetivo conter a deterioração em seu estágio inicial.
Na manutenção preventiva podem ser incluídas as atividades de manutenção de
rotina. Além disso, a manutenção periódica também pode ser inclusa neste item,
caracterizada por ser um tipo de conservação requerida em intervalos de tempo
determinados (DNIT, 2011). Nela são realizadas atividades para melhorar as
condições superficiais com vistas à preservação da integridade estrutural e qualidade
de rolamento.
2.6.2. Recuperação
São reparos realizados em pequenas áreas do pavimento. Estes devem ser feitos
quando os defeitos apareçam no longo do pavimento. Segundo o DNIT (2006), é um
processo a ser ordinariamente aplicado a um pavimento desgastado, com o objetivo
de restabelecer suas adequadas características técnicas.
Além disso, o DNIT interpreta as atividades de recuperação considerando duas
formas: a recuperação do pavimento através de sua restauração ou de sua
reabilitação.
20
No primeiro caso, o DNIT (2006) afirma que é um processo a ser aplicado a um
pavimento que, apesar de ainda apresentar desempenho compatível com os
competentes modelos de previsão, se encontra próximo de alcançar o estágio final do
ciclo de vida correspondente. Nesse caso, a solução recomendada é a execução de
recapeamento do pavimento existente.
No segundo caso, o DNIT (2006) descreve que é um processo a ser adotado para um
pavimento que já ultrapassou, de forma significativa, o estágio final do ciclo de vida
correspondente e apresenta defeitos com tendências irreversíveis, em termos de
desempenho funcional e estrutural. A solução também é a execução de recapeamento
do pavimento existente.
Vale mencionar que a reciclagem do pavimento também é considerada como atividade
de recuperação. Segundo o DNIT (2006) trata-se do processo de recuperação de
pavimentos com a reutilização de material resultante da fresagem do trecho
deteriorado.
2.6.3. Reforço
O reforço de um pavimento é “o aporte estrutural, constituído de uma ou mais
camadas asfálticas, a serem sobrepostas a um pavimento existente, após
devidamente executadas as correções superficiais necessárias, com a finalidade de
torná-lo apto a cumprir um novo ciclo de vida” (DNIT, 2006).
O recapeamento consiste na adequada sobreposição ao pavimento existente de uma
ou mais camada(s) constituída(s) de mistura asfáltica e/ou concreto de cimento
Portland, que irá conferir ao pavimento existente adequado aporte estrutural,
mantendo-o assim apto a exercer um novo ciclo de vida, de conformidade com as
premissas técnicas-econômicas.
A seleção de fazer um reforço é muito comum mesmo que o pavimento não aponte ter
falhas estruturais significativas, a fim de readequá-lo para uma nova demanda de
tráfego ou alinhá-lo por conta de eventuais irregularidades longitudinais.
2.6.4. Reconstrução
São atividades com o objetivo de reestruturar o pavimento, mais especificamente a
adição e/ou a substituição de camadas estruturais do pavimento, bem como do
revestimento, de tal forma que a estrutura resultante possa suportar a repetição das
cargas por eixo incidentes, em condições de segurança e conforto para o usuário,
durante o novo período de projeto estabelecido (DNIT, 2006).
A reconstrução pode ser parcial ou total. Em situações de reconstrução parcial, a
espessura a ser removida e substituída se limita a uma profundidade que não atinja a
espessura total do pavimento; enquanto que em casos de reconstrução total, a
espessura a ser removida e substituída atinge toda a espessura do pavimento
podendo, eventualmente, inclusive atingir o subleito (DNIT, 2006).
São atividades que normalmente são necessárias em situações de alta severidade,
com problemas graves e grande extensão, sendo que a única solução é reconstruir
tudo de novo. Por conta disso, acaba sendo uma intervenção muito trabalhosa, que
21
demanda muito tempo, causando prejuízos, já que é mais difícil interditar a estrada
e/ou a faixa para atuar, além do custo excessivo.
É importante evitar que o pavimento atinja um estado de deterioração extremo, a
ponto de não cumprir mais sua finalidade, para que não tenha gastos elevados que
não estão previstos para a sua reconstrução. Para que isso não ocorra, é necessário
realizar a manutenção preventiva periódica adequada e também possuir um sistema
de drenagem de qualidade. O problema da presença de água nas camadas inferiores
do pavimento é uma das causas mais habituais da deterioração destes.
22
3. Sustentabilidade nos pavimentos
Neste capítulo serão mostradas as técnicas sustentáveis com maior potencial para ser
aplicadas no Brasil. A maior parte deste capitulo é baseado em estudos realizados, e
alguns deles publicados, pela Federal Highway Administration (FHWA) dos Estados
Unidos.
3.1. Definição de pavimento sustentável e ciclo de vida
Define-se como pavimento sustentável aquele que consegue alcançar seus objetivos
funcionais, enquanto em uma escala mais ampla, (1) atende às necessidades
humanas básicas, (2) usa recursos efetivamente, e (3) preserva / restaura os
ecossistemas circundantes (VAN DAM, et al., 2015).
Para um pavimento ser considerado como sustentável tem que ser otimizado e
estudado seu ciclo de vida, tentando prolongar sua vida com adequadas operações de
manutenção e relacionando ao máximo o momento final da vida útil do pavimento com
a produção de novo material.
Figura 14. Ciclo de vida do pavimento (VAN DAM, et al., 2015).
Pode ser observado na Figura 14 que as fases são colocadas de forma circular dando
uma importância igual a cada etapa. Este esquema encaixa nos princípios de
economia circular, que engloba a reutilização dos recursos, tentando fechar o ciclo o
máximo possível.
Nesta parte do trabalho são citadas as palavras do Vice Presidente da Comissão
Europeia Frans Timmermans:
Producão de materiais
Projeto de pavimento
Construção
Uso
Preservação, manutenção
Fim de vida
23
“Nosso planeta e nossa economia não podem sobreviver se continuamos
com a abordagem de extrair, transformar, consumir, descartar. Precisamos
manter os valiosos recursos e explorar plenamente todo o valor econômico
dentro deles. A economia circular é sobre a redução de resíduos e proteção
ao ambiente, mas também é uma profunda transformação do funcionamento
de toda a nossa economia”.
A economia circular, ou economia restaurativa por natureza, é um conceito nascido na
década de 70, que pressupõe a ruptura do modelo econômico linear (extrair,
transformar e descartar), atualmente aplicado na maioria de setores, para a
implantação de um modelo no qual todos os tipos de materiais são elaborados para
circular de forma eficiente e serem recolocados na produção, sem perda da qualidade
(AZEBEDO, 2015). O que se pretende, com este modelo, é a interligação da rede de
negócios na transformação desses materiais. Assim, se certo componente de um
produto não puder ser recolocado na produção da empresa que o fabricou, poderá ser
transformado pelo seu fornecedor ou por terceiro que tenha interesse.
No caso dos pavimentos, devido à elevada quantidade de material que é consumido,
todo produto deverá ter um final com a “reintrodução” ao ciclo produtivo. Caso isso não
aconteça, o elevado consumo de materiais aliada à ocupação de espaço pela sua
disposição levará a preços cada vez mais elevados por falta de recursos, com o custo
implícito que isso traz para a sociedade, além dos inumeráveis custos ambientais.
Mediante a perspectiva circular devem ser observadas as seguintes atividades
envolvidas em cada fase, para depois selecionar as técnicas sustentáveis que possam
atuar em cada uma delas:
Produção de materiais: atividades relacionadas com a aquisição de materiais
para pavimentos (extração de agregados, petróleo e asfalto) e seu
processamento (mistura, refinamento) incluídos processos em usinas e
transporte;
Projeto de pavimento: processo de identificação dos critérios funcionais, coleta
de dados (clima, tráfego, subleito) para poder selecionar materiais específicos
e definir a estrutura do pavimento;
Construção: processos e equipamentos associados à construção de
pavimentos, incluindo nova construção e reconstrução;
Uso: características do pavimento que afetam a energia consumida pelos
veículos e suas correspondentes emissões, como também seus efeitos sobre o
meio ambiente (retenção de águas, ruído, condutividade de calor, absorção
solar);
Preservação, manutenção e reabilitação: aplicação de tratamentos em um
pavimento existente que diminui a velocidade de deterioração ou corrige
deficiências funcionais ou estruturais;
Fim do ciclo de vida: disposição final, processamento ou reciclagem de parte
do pavimento que tem alcançado o final da sua vida útil.
24
3.2. Práticas sustentáveis
Seguindo o ciclo de vida do pavimento, é feita uma análise das três fases que mais
interessam neste trabalho: a produção dos materiais para novos pavimentos, as
atividades de manutenção e o que fazer no final da vida do pavimento. Serão
explicadas as práticas sustentáveis e o relacionamento com a técnica atual e sua
diminuição da carga poluente, benefícios potenciais e, na medida do possível, o custo
econômico comparativo de cada alternativa.
É importante dizer que neste trabalho decidiu-se começar pelo final, o fim do ciclo de
vida do pavimento, já que muitos dos materiais analisados, reciclados principalmente,
têm sua origem no próprio final do pavimento quando é realizada uma atividade de
manutenção ou se precisa da reconstrução mesmo.
3.2.1. Prevenção - A prática mais sustentável
Antes de chegar a ter que realizar uma atividade importante de manutenção ou
alcançar o final de vida do pavimento é importante tentar prolongar a sua vida o
máximo possível por meio da preservação do mesmo.
A preservação do pavimento é inerentemente uma atividade sustentável. Muitas vezes
emprega tratamentos de baixo custo e baixo impacto ambiental que prolonga a vida
útil do pavimento ou atrasar as principais atividades de reabilitação. Isto reduz a
utilização de materiais virgens, ao mesmo tempo em que reduz as emissões de GEE
(Gases Efeito Estufa) durante o ciclo de vida. Além disso, como mencionado
anteriormente, os pavimentos bem conservados fornecem superfícies mais suaves,
seguras e mais silenciosas em um período significativo das suas vidas, resultando em
maior eficiência de combustível do veículo, taxas de acidentes reduzidas e menores
impactos de ruído nas comunidades vizinhas, o que contribui positivamente para sua
sustentabilidade geral (Figura 15) (VAN DAM, et al., 2015).
25
Figura 15. Ciclo de vida com atividade de preservação. [1] Preservação; [2] Reabilitação; [3] Reconstrução; [4] Atividades de preservação. (VAN DAM, et al., 2015)
Segundo o Manual de Restauração dos Pavimentos (DNIT 2007), entre algumas
destas atividades se encontram os seguintes serviços de manutenção preventiva:
• Remendos superficiais, desobstrução dos sistemas de drenagem, reparos
localizados, limpeza da pista, selagem de pequenas trincas – para manutenção
preventiva ou rotineira.
• Tratamento superficial, lama asfáltica, reforços esbeltos em concreto asfáltico,
banhos selantes – para manutenção periódica.
Especialistas das universidades reclamam que a falta de manutenção preventiva dos
pavimentos no Brasil é uma das principais causas de sua precoce degradação.
Segundo eles, a falta de planejamento de manutenção “faz parte da cultura brasileira”
e estaria tão incorporado no dia a dia dos órgãos públicos rodoviários, em que, muitas
vezes, o orçamento para realização dessa atividade sequer é previsto no
planejamento de uma nova rodovia (CNT, 2017).
A realização de manutenção periódica preventiva, além de ser menos dispendiosa,
evita a necessidade de intervenções de emergência ou mesmo que o pavimento
chegue a um nível de degradação que demande sua restauração. Sendo assim, torna-
se essencial a implementação efetiva de um sistema de gerência dos pavimentos que
cubra toda a malha rodoviária e que permita o planejamento adequado das
intervenções de manutenção necessárias para se garantir maior durabilidade das
rodovias brasileiras (CNT, 2017).
É importante ressaltar que no Brasil o dimensionamento do pavimento é feito para 10
anos, enquanto que em outros países esse período é maior, por exemplo, 20 anos nos
26
Estados Unidos ou Portugal. Uma vida útil de 20 anos obriga na licitação a considerar
atividades de manutenção requerendo especificações mais restritivas para manter o
correto estado do pavimento. Ao contrario, dimensionando para 10 anos a diferencia
de tempo entre a necessidade da primeira atividade de manutenção e a vida para que
foi dimensionado o pavimento é bem menor. Esquecendo na hora de licitar estas
atividades. Isto gera elevados prejuízos econômicos e funcionais nos pavimentos que
são podem ser corrigidos com técnicas mais caras e ambientalmente piores (CNT,
2017).
Como são dimensionados para uma menor vida útil é previsto que as atividades de
manutenção ocorram em um período mais curto de tempo. Isto tem um elevado peso
no impacto ambiental. Diversos estudos determinaram uma redução do impacto
ambiental de no mínimo de 10% quando o período de manutenção da camada de
revestimento é prolongado de 10 para 14 anos e uma redução do potencial de
aquecimento global de 25% quando os períodos de manutenção passam de 7,5 para
12,5 anos para o revestimento e de 15 a 25 anos para a base (ANTHONISSEN, et al.,
2016).
Deve-se também levar em conta o impacto adicional causado pela perturbação do
trânsito durante as atividades de manutenção. Uma redução da obra em 3 dias para
uma reconstrução total (base e revestimento) resulta em uma quantidade importante
de emissões evitadas. É estimado que o consumo de energia e as emissões pelo
trânsito usando uma estrada ao longo de sua vida útil excedam os consumos de
energia e as emissões das outras etapas do ciclo de vida entre 2-500 vezes,
dependendo, por exemplo, no período de análise, a intensidade do tráfego e a
construção da estrada (ANTHONISSEN, et al., 2016).
Por exemplo, nos Estados Unidos as atividades de construção e manutenção de
estradas são as responsáveis por 10% do congestionamento causando uma perda
anual de combustível de US $ 700 milhões (VAN DAM, et al., 2015).
Outra possível medida para a uma correta prevenção é a criação de uma base de
dados que analise os distintos projetos, seu desempenho e vida útil. A ideia seria
tomada do programa americano LTPP - Long Term Pavement Perfomance, que
começou no ano 1987 com o objetivo de entender porque uns pavimentos tem melhor
desempenho que outros, para, no futuro, adotar os projetos e construir melhores
pavimentos. O resultado desse programa estima ter economizado em torno de U$2,5
bilhões (Federal Highway Administration, 2015).
Devido às condições do Brasil, principalmente de tráfego pesado e climáticas, e a falta
de informação encontrada neste trabalho em referência a obras com bom
desempenho, tanto econômico como funcional, se recomenda criar uma base de
dados parecida, o que também ajudaria a destinar corretamente os recursos
econômicos do país em obras que durariam muito mais.
27
3.2.2. Fim de vida: a obtenção de agregados e ligante asfáltico
Quando o pavimento atinge o fim da vida, pode: 1) permanecer no lugar e ser
reutilizado como parte da estrutura de suporte para um novo pavimento, 2) ser
reciclado, ou 3) ser removido e depositado em aterro. Cada uma dessas atividades
tem custos econômicos e ambientais que devem ser considerados (por exemplo,
consumo de matérias-primas, energia, emissões etc.). Portanto, as atividades no final
da vida podem afetar fatores de sustentabilidade como geração e disposição de
resíduos, qualidade do ar e da água e uso de materiais, e devem ser considerados e
avaliados (VAN DAM, et al., 2015).
O objetivo ideal seria utilizar materiais reciclados para produzir um pavimento de longa
duração, bem executado e, no final de sua vida, poder usar esses materiais
novamente em um novo pavimento, alcançando um ciclo na construção de rodovias de
resíduo zero.
É preciso definir vários conceitos e técnicas para saber de onde vêm os materiais que
vão ser analisados posteriormente.
Entende-se por fresagem (Figura 16) a operação de corte parcial ou total, por uso de
equipamentos especiais, do revestimento asfáltico existente em um trecho de via, que
englobem ou não outra camada do pavimento, objetivando a restauração da qualidade
do rolamento da superfície, ou melhorias na sua capacidade de suporte (BERNUCCI,
et al., 2010).
Entende-se por reciclagem de pavimentos o processo de reutilização de misturas
asfálticas envelhecidas e deterioradas para produção de novas misturas, aproveitando
os agregados e ligantes remanescentes, provenientes da fresagem, com acréscimo de
agentes rejuvenescedores, espuma de asfalto, CAP ou EAP novos, quando
necessários, e também com adição de aglomerantes hidráulicos (BERNUCCI, et al.,
2010).
Figura 16. Fresagem do Pavimento (Kamilla Vasconcellos).
28
O material obtido do fresagem pode ser reutilizado e seu nome é Reciclado de
Pavimento Asfáltico (RAP do inglês “Reclaimed Aspahlt Pavement).
O RAP é uma importante fonte de agregados e ligante asfáltico para projetos de
pavimentação (VAN DAM, et al., 2015).
3.2.3. Materiais: Agregados e ligantes
Neste ponto será feito uma análise dos distintos materiais reciclados, coprodutos e
resíduos que podem ser utilizados e cujo resultado tem mostrado um desempenho
funcional adequado.
Agregados
Os agregados compõem a maior parte da massa e do volume em uma estrutura de
pavimento, seja usada sem ou com material ligante. Embora os agregados tenham um
custo relativamente baixo e tenham um baixo impacto ambiental por unidade de
massa em relação a outros materiais que sejam usados em pavimentos (ligante
asfáltico), eles podem ter um impacto significativo na sustentabilidade do pavimento
porque são consumidos em grandes quantidades.
Os principais problemas de sustentabilidade relacionados ao uso de agregados
virgens em pavimentos incluem:
Danos ambientais causados por pedreiras e poços de areia e cascalho, a partir
dos quais são extraídos agregados naturais virgens;
O consumo de energia relacionada com o transporte, altamente dependentes do
modo de transporte (marinha, trem ou caminhão) e da distância a percorrer;
Consumo de energia e emissões no processamento de agregados para poder ser
utilizados como materiais de pavimentação.
A maior fonte de carga ambiental associada à produção do agregado é o transporte. O
agregado deve ser transportado da fonte para o local da obra para construção de
bases e sub-bases e transportado para a usina de concreto ou asfalto e depois para o
local da obra. É por isso que nos próximos itens, em técnicas de manutenção é dada
ênfase para as técnicas in situ, consideradas como melhores alternativas para o futuro
mais sustentável.
A figura 17 mostra o consumo médio de combustível de acordo com a execução de
cada camada e a fase de construção em que se encontre a obra. Os valores são para
ter uma ideia. Em pontos posteriores do trabalho serão mostrados dados mais certos.
29
Figura 17. Etapas na construção de pavimentos e consumo de combustível associado a cada etapa (VAN DAM, et al., 2015).
As principais técnicas para melhorar a sustentabilidade são:
Reduzir a quantidade de agregado virgem utilizado;
Reduzir o impacto na aquisição e processamento de agregados virgens;
Reduzir o impacto devido ao transporte dos agregados.
Do ponto de vista da sustentabilidade é conveniente combinar agregados fabricados
com materiais reciclados em uma categoria de materiais reciclados, coprodutos ou
resíduos (RCR), que inclui o seguinte:
Reciclado de pavimento asfáltico (RAP do inglês “Reclaimed Aspahlt Pavement”): o
uso predominante está em concreto asfáltico com adição de ligante asfáltico novo,
sendo que o RAP também pode ser como usado como agregado para bases ou sub-
bases. Seu uso está estendido em Estados Unidos e Europa.
O RAP é o termo dado aos materiais de pavimentos removidos e / ou reprocessados
contendo asfalto e agregados. Esses materiais são gerados quando os pavimentos
asfáltico são removidos para reconstrução ou recapamento. Quando corretamente
britado e selecionado, o RAP consiste em agregados de alta qualidade, bem
classificados, revestidos de asfalto.
O pavimento asfáltico geralmente é removido por fresagem ou remoção de certa
profundidade. A fresagem implica na remoção da superfície do pavimento usando uma
fresadora, que pode remover até 50 mm de espessura em uma única passagem. A
remoção de profundidade total envolve cortar e quebrar o pavimento usando uma
30
fresadora ou um escarificador. Na maioria dos casos, o material fresado é colocado
em caminhões com uma pá carregadeira e transportado para uma usina central para
processamento. Nesta usina, o RAP é processado usando uma série de operações,
incluindo britagem, triagem, transporte e armazenamento (VAN DAM, et al., 2015).
Embora a maioria dos materiais dos pavimentos asfálticos seja reciclada em usinas
centrais, os revestimentos podem ser “britados” no local e incorporados nas camadas
de base granulares ou estabilizadas granulometricamente, usando equipamentos de
reciclagem. Os processos de reciclagem no local, a quente ou a frio, evoluíram para
operações contínuas que incluem a remoção de profundidade parcial da superfície do
pavimento, misturando o material recuperado com aditivos (como agregado virgem,
ligante e/ou agentes emulsificante ou rejuvenescedor para melhorar as propriedades
do ligante), espalhando e compactando a mistura resultante em uma única camada
(FHWA, 2016).
Nos Estados Unidos vem se utilizando como material para base e sub-base há mais
de 20 anos. Segundo a FHWA, o desempenho do RAP como agregado de base
granular ou sub-base, ou como um aditivo para base ou sub-base, foi descrito como
satisfatório, bom, muito bom ou excelente (FHWA, 2016).
Figura 18. Reciclado de pavimento asfáltico. http://www.aggbusiness.com/categories/quarry-products/features/increased-use-of-recycled-asphalt-pavement-technology/
Mesmo podendo ser utilizado como material para base, vale a pena classificar os usos
possíveis de um material reciclado para extrair o maior retorno em termos de
sustentabilidade, é o conceito de “uso mais elevado”. Isso requer a consideração de
todos os custos (econômicos, ambientais e sociais) envolvidos na reciclagem e uso de
um material específico. Sob essa abordagem, um material como o RAP encontraria o
seu maior uso em uma nova mistura asfáltica, em vez de ser usado como agregado
para base onde a vantagem inerente do ligante no RAP não seria totalmente
explorada (VAN DAM, et al., 2015).
31
No Brasil foi executado um trecho experimental para as camadas de base na Rodovia
Fernão Dias (BR-381) que liga São Paulo e Belo Horizonte: pavimento com base
asfáltica constituída de material fresado (RAP) estabilizado com emulsão asfáltica e
pavimento com base asfáltica constituída de material fresado (RAP) estabilizado com
espuma de asfalto. Os resultados foram comparados com outros trechos executados
com base de Brita Graduada Simples (BGS) e pavimento semirrígido executado com
base de Brita Graduada Tratada com Cimento (BGTC). Os pavimentos reciclados
apresentaram um ganho nos parâmetros estudados, principalmente de rigidez, devido
ao processo de cura dos materiais utilizados, além de comportamento adequado ao
tráfego submetido, considerado muito pesado (ANDRADE, 2017)
Resíduos da Construção e Demolição RCD: é um dos materiais que tem mais
margem de crescimento, devido ao seu pouco desenvolvimento no Brasil. Para dar
uma ideia dessa margem, por exemplo, na Holanda no ano 2011 era reutilizado ou
reciclado praticamente 100% deste material (EUROPEAN COMISSION, 2011). No
Brasil, em 2009, dois anos antes, só tinha uma taxa de reciclagem do 4,8%
(MIRANDA, et al., 2009).
Nos últimos anos tem ocorrido um crescimento no número de usinas de reciclagem,
passando de 48 para 319 em 2015, mas a quantidade de trabalho ainda é mínima,
estimando-se no máximo em uma taxa de 6% até 21% nas previsões mais otimistas.
Estima-se que as usinas estão trabalhando a 45% da sua capacidade (ABRECON,
2015). Este interesse não é devido só às razões ambientais, o maior custo de
transporte devido a maiores distâncias das pedreiras dos centros das grandes cidades
e os aterros saturados, com preço cada vez mais alto para se depositar o material
descartado (fresado), exercem um peso no aspecto econômico para entender esse
crescimento.
A própria prefeitura do Rio de Janeiro, na sua lista de preços, dá um valor de
R$ 108,15 o metro cúbico de base de brita graduada, enquanto que o preço do
material de agregados reciclados de resíduos da construção civil para base é
R$ 54,16, ou seja, o agregado novo é o dobro do preço (Catálogo De itens SCO -
RIO).
As principais causas para a dificuldade de venda do agregado reciclado segundo os
produtores brasileiros são a inexistência de legislação que incentive o consumo (31%),
a elevada carga tributária (26%) e a falta de conhecimento do mercado (26%)
(ABRECON, 2015).
Por exemplo, são vários os países europeus que aplicam taxas extras por disposição
em aterros e por utilização de materiais virgens, fazendo com que os produtores e
construtores procurem alternativas em materiais recicláveis (SCHIMMOLLER, et al.,
2000)
Cabe ressaltar que segundo o Departamento da Louisana, nos Estados Unidos, a
seleção do agregado segundo origem não faz diferença, desde que o agregado atenda
a normativa de materiais e seja colocado em obra corretamente (BENNERT, et al.,
2008).
Dentro dos RCD destaca o agregado de concreto reciclado.
32
Agregado de concreto reciclado (RCA do inglês Recycled Concrete Agregate): o
RCA é produzido quando o concreto é propositalmente britado para gerar agregados
para uso em aplicações de sub-base, base ou revestimento asfáltico ou concreto. A
RCA geralmente contém cimento previamente não hidratado que produz maior rigidez
em bases / sub-bases quando misturado com água e compactado, criando um material
com propriedades superiores em relação aos agregados virgens (CHAI, et al., 2009). É
preciso lembrar que a legislação brasileira permite o uso deste material na base e sub-
base e reforço de subleito, e na base só para vias com tráfego leve (norma ABNT
NBR 1004). Recentes estudos provam seu válido uso no revestimento especialmente
para pavimentos rígidos, mas também em revestimentos flexíveis (concreto asfáltico).
A legislação brasileira não diz nada sobre o uso de agregado reciclado no
revestimento, por tanto é suposto que não proíbe seu uso.
Nos Estados Unidos, 38 Estados utilizam RCA como material para base. Atualmente,
o Estado de Minessota usa quase o 100% dos agregados removidos de seus
pavimentos como base de agregados graduados densos (REZA, et al., 2017). Por
exemplo, tem sido aprovada sua aplicação em pavimentos rígidos PCC (Portland
Cement Pavement), sendo usado na substituição do agregado virgem por 100% de
agregados reciclados (REZA, et al., 2017)
Caso interessante no Brasil, mais concretamente no Rio, é o estudo econômico
desenvolvido por (CORREIA, 2015) para o uso de resíduos da construção e demolição
(RCD) para a camada de base e sub-base na ilha do Fundão, onde se observa uma
redução de um 53,6% no total em comparação com o uso de materiais virgens para a
construção, neste caso a maior diferencia era devido aos custos de transporte, já que
os agregados tinham sua origem na demolição de um prédio perto da obra.
Figura 19. RCA agregados. Transportation Applications Of Recycled Concrete Aggregate
33
RAS (Recycled asphalt shingles). Embora predominantemente usado como fonte de
ligante recuperado, o RAS também fornece agregado miúdo para uso em novas
misturas de concreto asfáltico. Sua origem se encontra nas telhas dos prédios. Seu
“uso mais comum” é muito diferente de material para base.
Figura 20. Telhas antes e depois de ser processadas para seu uso como material para pavimento. https://jndavis.com/recycled-shingles/
3.2.4. Ligante asfáltico
É a parte mais importante do presente trabalho, embora o uso de materiais reciclados
para bases e sub-bases esteja estendido no Brasil, por enquanto a reciclagem de
materiais para aproveitar ao máximo o ligante contido neles não é tão conhecida.
O Cimento Asfáltico de Petróleo (CAP) traz grande parte do impacto ambiental total do
pavimento devido ao impacto na aquisição e refinação do petróleo (VAN DAM, et al.,
2015).
No Brasil, um grande obstáculo para o aumento do uso da reciclagem de pavimentos é
a crença de que o desempenho do revestimento reciclado é inferior ao desempenho
do pavimento convencional. No entanto, avaliações detalhadas mostram que misturas
asfálticas recicladas, projetadas e produzidas com controle adequado, têm
desempenho semelhante às misturas convencionais (FONSECA, et al., 2015).
O material mais utilizado é o RAP, mas tem sido observado um uso crescente do RAS
(Reclaimed Asphalt Shingles) especialmente nos Estados Unidos dando um maior
aproveitamento de ligante. Mais conhecido do que o RAS, se encontra a reutilização
de borracha de pneus.
Neste ponto do trabalho serão apresentados alguns materiais e técnicas que estão
mudando a face da indústria do pavimento como mistura morna WMA (do inglês Warm
Mix Asphalt) e a redução do ligante por meio da inclusão de RAP e RAS.
34
Duas estratégias principais para reduzir os impactos ambientais das misturas
asfálticas são:
i. Aumentar seu desempenho e, portanto, aumentar o tempo entre futuros
tratamentos de manutenção e reabilitação;
ii. Reduzir o impacto negativo dos materiais na mistura, reduzindo a quantidade
de ligante e agregado virgem através do uso de materiais reciclados, como
RAP, RAS e borracha de pneu reciclado, minimizando ou eliminando os
aditivos que podem aumentar o impacto de produção de material (polímeros,
borracha virgem ou aditivos químicos).
3.2.5. RAP: Reciclado de pavimento asfáltico
O Reciclado de Pavimento Asfáltico, RAP, é uma importante fonte de agregado e
ligante asfáltico para projetos de pavimento. O RAP pode ser usado em substituição
para a base de agregado virgem, o que não aproveita ao máximo sua contribuição
potencial como ligante e agregado no revestimento. O ligante asfáltico no RAP,
denominado ligante residual, é geralmente mais rígido e mais quebradiço do que o
asfalto virgem, porque foi oxidado através do aquecimento prévio no misturador e
devido a sua exposição atmosférica durante a vida em serviço (VAN DAM, et al.,
2015).
Os métodos de reciclagem do RAP são amplamente classificados como reciclagem
em usina e reciclagem in situ. Na reciclagem em usina, o RAP é processado longe da
obra em uma usina, enquanto que a reciclagem in situ envolve a modificação do RAP
no local de construção. Além disso, segundo a temperatura, a reciclagem é
classificada em reciclagem a quente ou a frio, sendo que a frio é realizada a mistura a
temperatura ambiente.
As figuras 21 e 22 mostram a evolução na utilização do RAP nos Estados Unidos.
Segundo a NAPA (National Asphalt Pavement Association), 99% dos produtores
relataram usar RAP em suas misturas para nova construção, preservação de
pavimentos, reabilitação ou outros projetos. A quantidade média do RAP utilizado no
ano 2015 no total das misturas HMA/WMA (Hot Mix Asphalt/ Warm Mix Asphalt) foi de
20,3% (HANSEN, et al., 2017).
35
Figura 21. Comparação de toneladas de RAP aceitas e toneladas de RAP usadas ou dispostas em aterros. Milhões de toneladas 2009-2015. (HANSEN, et al., 2017)
É interessante perceber como também tem aumentado a porcentagem nas misturas
com o avanço dos anos. O gráfico da Figura 22 mostra o número de estados
americanos que utilizam RAP e sua porcentagem. O crescimento mostra que muitos
Estados utilizam entre 20-30% nas misturas.
Figura 22. Número de Estados dentro de USA e a porcentagem de RAP nas misturas de HMA/WMA. (HANSEN, et al., 2017)
Além do benefício ambiental com a preservação dos recursos, o uso de RAP e RAS
pode ajudar a reduzir os custos de materiais para a construção de estradas,
permitindo aos órgãos rodoviários realizarem mais construções e atividades de
manutenção dentro de orçamentos limitados (HANSEN, et al., 2017).
A redução de custo da mistura com 50% de RAP é de, aproximadamente, 34% no
total, caso seja feito em usina a quente (KANDHAL, et al., 1998).
O uso de RAP no ano 2015 estimou ter reduzido a necessidade de 3,7 milhões de
toneladas (21 milhões de barris) de ligante asfáltico e quase 70,5 milhões de toneladas
36
de agregado, com um valor estimado no total em mais de US $ 2,4 bilhões (HANSEN,
et al., 2017).
Segundo o (DNIT, 2006), o consumo de energia entre um recapeamento e a
reciclagem seria reduzida em 7% para misturas com 20% de RAP e em 16% para
misturas com 40% de RAP. Sabendo que a energia proporcionada por um galão de
diesel é 139.000 BTU, a redução seria de 2.548 litros de diesel por tonelada produzida
para RAP com 40% (Tabela 1). Nestas considerações se encontra o consumo devido
ao transporte.
Tabela 1. Comparação entre consumo de energia. (DNIT, 2006)
Os resultados do cálculo mostram 35% da redução do CO2 por tonelada ao produzir
mistura asfáltica a partir de 100% de RAP em vez de usar material virgem
(ZAUMANIS, et al., 2016). Dependendo dos preços no mercado com disponibilidade
de RAP, os custos de uma tonelada de 100% de mistura de RAP seriam reduzidos
entre 50 a 70% em relação à mistura virgem (ZAUMANIS, et al., 2016). Este é um
caso que ainda não tem sido provado na prática, porque não existem estradas com
100% de RAP.
Nesta parte do trabalho será analisada a utilização de RAP nos processos de
reciclagem a quente em usina por ser a prática mais comum. No Brasil, esta técnica
está regularizada pela norma DNIT 033/2005-ES – Pavimentos Flexíveis – Concreto
asfáltico reciclado a quente na usina – Especificação do Serviço.
A reciclagem a quente em usinas fixas é um processo no qual uma parte ou toda a
estrutura do revestimento é removida, geralmente através de fresagem à frio, e
posteriormente transportada para ser misturada e recuperada em usina de asfalto. O
material fresado não pode ser introduzido diretamente em usinas Drum Mixer
convencionais (Figura 23), pois o contato do RAP com a chama do tambor, que tem
por finalidade gerar calor para secagem dos agregados virgens que serão
incorporados na mistura, iria resultar em queima do ligante envelhecido que está
aderido ao material. No caso de “drum mixer”, o agregado novo entra no tambor pela
extremidade do maçarico (zona de radiação) onde é seco e aquecido. O material
fresado entra num ponto mais abaixo (na porção central), longe da chama e da
elevada temperatura dos gases (DNIT, 2006).
37
Figura 23. Operação de usina “drum mixer”.
Na prática, existem diferentes formas de introduzir o RAP na produção de mistura em
usina. Os dois métodos mais comuns são: adicionar o RAP frio no misturador
juntamente com os materiais virgens sobreaquecidos ou introduzir o RAP pré-
aquecido (por exemplo, por tambor paralelo para a secagem) antes de ser adicionado
à mistura com o asfalto.
O tipo de usina mais empregado é a “drum-mixer” (DNIT, 2006), mas o que dá melhor
rendimento é a "double barrel".
A "double barrel" é uma usina em que o tempo de mistura, em decorrência do
comprimento da câmara de mistura, é mais longo (75 segundos). Ela possui um
tambor de menor diâmetro e de maior comprimento, semelhante ao de uma usina
gravimétrica, que gira dentro de outro tambor, concêntrico e fixo, de diâmetro bem
maior, de menor comprimento e termicamente isolado. A coroa circular formada ao
longo do comprimento do tambor de maior diâmetro forma a câmara de mistura, onde
existem pás para a execução e homogeneização da mistura (DNIT, 2006).
O agregado novo é adicionado no tambor de menor diâmetro, onde é aquecido por um
maçarico cuja chama atua no contra-fluxo do material. O material é superaquecido
após percorrer o comprimento do tambor menor e é introduzido na câmara de mistura.
O material fresado é então introduzido diretamente na câmara e, após ser
homogeneizado e aquecido pelo calor do material novo, é misturado juntamente com
asfalto, agente rejuvenescedor e fíler (DNIT, 2006). Este tipo de usina permite
misturas com mais de 40% de RAP (STROUP-GARDINER, 2016).
A outra forma é colocar um tambor paralelo onde seja preaquecido o RAP para
eliminar a umidade e reduzir assim o superaquecimento dos agregados virgens. A
implementação de um tambor paralelo exige adaptações na usina de asfalto com
consideráveis investimentos, mas é uma abordagem mais eficiente para a reciclagem
(ANTHONISSEN, et al., 2016). O superaquecimento pode causar maior consumo de
combustível e energia, o que reduz os benefícios econômicos do uso do RAP
(AURANGZEB, et al., 2014).
É de extrema importância controlar a umidade tanto do RAP como do agregado
virgem. É importante lembrar que não só é importante no caso do RAP, em misturas
de agregados virgens um aumento de um 4% no teor de umidade implica em 60% a
38
mais no consumo de energia. Por isso, se recomenda cobrir o RAP estocado como
prática sustentável, tanto funcional como econômica. A demanda de energia é de
2,62 kW/h para um aumento de 10°C na temperatura da mistura e 8,21 KW/h por cada
1% de aumento de conteúdo de umidade (THIVES, et al., 2017).
A questão mais controvertida agora não é se o asfalto com RAP é melhor ou pior, já
que numerosas pesquisas ressaltam que 15% de RAP não tem influência sobre a
mistura final e o ciclo de vida do pavimento (PETHO, et al., 2016), mas até que ponto
pode ser utilizado na mistura uma maior porcentagem de RAP para que ainda seja o
resultado correto, dependendo menos de agregados e CAP virgem.
O trabalho de FONSECA, et al.(2015) traz resultados de diversas pesquisas com
diferentes porcentagens de material fresado, onde os estudos de laboratório com
porcentagens superiores de RAP mostraram resultados satisfatórios, na rigidez,
vazios, susceptibilidade à umidade, resistência à tração, etc. Pode-se deduzir então,
que o problema não é tanto se a mistura cumpre sua capacidade funcional, mas sim
se a mistura é economicamente viável. A tabela 2 mostra um resumo dos trabalhos
analisados, a porcentagem de RAP nas misturas, as propriedades investigadas e as
camadas que foram consideradas. Vale ressaltar que foram analisados os pontos
fortes e fracos de cada projeto segundo a dosagem de material fresado.
39
Nº
Autor e ano
Título % Fresado
Propriedades
Investigadas
Camada/Tipo de
mistura
1
(SU et al.,
2009)
Study on recycled
asphalt concrete for
use in surface course in
airport pavement
40; 70 Susceptibilidade a umidade;
Resistência à tração.
Revestimento/
mistura asfáltica
quente
2
(MIRÓ et
al., 2011)
Evaluation of high
modulus mixture
behaviour with high
reclaimed asphalt
pavement (RAP)
percentages for
sustainable road
construction
0; 15; 30;
50
Deformação permanente;
Resistência a trincas e
fadiga; Susceptibilidade a
umidade; Módulo de rigidez;
Temperatura de mistura.
Revestimento/
mistura asfáltica
quente
3
(VALDÉS et
al., 2011)
Experimental study of
recycled asphalt mixtures with
high percentages of reclaimed
asphalt pavement (RAP)
40; 60
Resistência a trincas e
fadiga; Resistência a tração;
Módulo de rigidez.
Revestimento/
mistura asfáltica
quente
4
(COLBERT;
YOU, 2012)
The determination of
mechanical performance
of laboratory produced
hot mix asphalt mixtures
using controlled RAP and
virgin aggregate size
fractions
15; 35;
50
Deformação permanente;
Módulos dinâmico e de
resiliência.
Revestimento/
mistura asfáltica
quente
5
(COLBERT;
YOU, 2012)
The properties of asphalt
binder blended with variable
quantities of recycled asphalt
using short term and long
term aging simulations
30; 70;
50; 100
Módulo de rigidez;
Temperatura de mistura.
Revestimento/
mistura asfáltica
quente
6
(MONTEPA
RA et al.,
2012)
Effect on Pavement
Performance of a Subbase
Layer Composed by Natural
Aggregate and RAP
50
- Sub-base
7
(SILVA et
al., 2012)
Are totally recycled hot
mix asphalts a sustainable
alternative for road
paving?
100
Deformação permanente;
Resistência a trincas e
fadiga; Susceptibilidade a
umidade.
Revestimento/
mistura asfáltica
quente
8
(ZHAO et
al., 2013)
Comparative evaluation of
warm mix asphalt
containing high
percentages of reclaimed
asphalt pavement
Base: 0;
30; 35.
Revestim
ento: 15;
20; 30;
40.
Deformação permanente;
Resistência a trincas e
fadiga; Susceptibilidade a
umidade.
Base e
Revestimento/
mistura
asfáltica quente
e morna em
ambas as
camadas
9
(POULIKA
KOS et al.,
2014)
Influence of short and long
term aging on chemical,
microstructural and macro-
mechanical properties of
recycled asphalt mixtures
40
Resistência a trincas e
fadiga; Módulo de rigidez.
Base e
Revestimento/
mistura
asfáltica quente
10
(GUO et al.,
2014)
Laboratory performance
of warm mix asphalt
containing recycled
asphalt mixtures
40
Deformação permanente;
Resistência a trincas e
fadiga; Susceptibilidade a
umidade.
Revestimento/
mistura asfáltica
morna
Tabela 2. Pesquisas sobre utilização do RAP internacionalmente com diferentes porcentagens (FONSECA, et al., 2015).
A literatura ressalta que para porcentagens superiores a 30% deve-se tomar
precauções com o uso de RAP, pois uma elevada proporção RAP reduz a
trabalhabilidade e precisa aumentar a compactação da mistura devido ao ligante
envelhecido residual associado ao RAP. A utilização de ligante virgem em pequenas
40
quantidades não consegue solucionar o problema deixando a mistura com uma rigidez
elevada e susceptível às baixas temperaturas e à fadiga (MALLICK, et al., 2008).
Na maioria dos casos, a porcentagem de RAP na nova mistura de asfalto é limitada
devido a dificuldades em misturar o RAP com os materiais virgens, sem um aumento
excessivo das temperaturas da mistura, o que aceleraria o processo de
envelhecimento do ligante e também aumentaria o consumo de energia e emissões
durante a produção (DINIS-ALMEIDA, et al., 2016).
No caso de usinas Drum Mix, uma porcentagem superior a 30% de RAP faz com que
a mistura precise de uma temperatura maior, o que produz um aumento econômico
considerável na produção da mistura, alem dos efeitos ambientais para alcançar essa
temperatura. Por isso, provavelmente, o maior benéfico do ponto de vista dos
materiais para a produção é manter o RAP seco (baixo teor de umidade), o que reduz
a necessidade de superaquecimento do agregado virgem (e também o custo)
necessário para o aquecimento indireto do RAP e permite taxas de produção mais
altas (WEST, et al., 2015).
O uso de um tambor paralelo permite um melhor controle do teor de umidade no RAP.
A umidade remanescente na mistura asfáltica influenciará negativamente no
desempenho do pavimento, devido ao efeito “stripping” (descolamento) e, portanto, na
vida útil, além do maior consumo energético (ANTHONISSEN, et al., 2016).
Deve-se notar, portanto, que as misturas de alto conteúdo RAP só podem ser
produzidas com sucesso em usinas que são especificamente projetadas para produzir
misturas de alto teor de RAP (PETHO, et al., 2016).
O gerenciamento correto e preciso do RAP é o primeiro passo para a utilização de
altas porcentagens de RAP em misturas asfálticas. A caracterização da mistura é
considerada apenas o segundo passo (PETHO, et al., 2016).
Um caso interessante se encontra no Japão, onde a utilização de RAP é das mais
elevadas do mundo. A dificuldade e o alto custo têm levado a elaborar normas pouco
complexas para o uso do RAP (WEST, et al., 2015), considerando três pontos como
principais a respeito da qualidade do RAP:
Deve ter um teor mínimo de asfalto de 3,8%;
O ligante recuperado deve ter uma penetração maior que 20 ou as amostras de
RAP compactado devem ter um coeficiente IDT inferior a 1,70 MPa / mm;
O material RAP processado não pode conter mais de 5% de material miúdo
passando pela peneira No 200.
A norma DNIT 033/2005-ES – Pavimentos Flexíveis – Concreto asfáltico reciclado a
quente na usina – Especificação do Serviço não estabelece nenhum parâmetro de
controle sobre o RAP, só sobre a qualidade da mistura já reciclada. A única coisa que
diz sobre o RAP e sobre sua origem, textualmente:
“A mistura asfáltica a reciclar é obtida na remoção a quente ou frio da
camada asfáltica do pavimento.”
Algumas das práticas no Japão comuns são (WEST, et al., 2015):
41
Os materiais (RAP) são armazenados em locais cobertos e em uma superfície
pavimentada para que não sejam molhados e não ocorrer problemas devido à
umidade;
Os teores de umidade e poeira do RAP são minimizados durante a britagem,
processamento e armazenamento;
O ligante do RAP é recuperado e testado para avaliar a sua rigidez;
O RAP é fracionado e as usinas são equipadas com múltiplos silos de RAP.
Isto faz que a utilização de RAP no Japão seja das maiores do mundo, 47%. Com
base nas observações e experiências, no Japão, não há barreiras para o potencial de
misturas asfálticas com elevado conteúdo de RAP (> 25%).
Devido também a diversidade do RAP, são melhores as usinas por bateladas para
produção de misturas asfálticas a quente, já que sua adaptação ao RAP de diferentes
qualidades é mais fácil (WEST, et al., 2015). Este ponto difere totalmente do que
acontece nos Estados Unidos, onde as usinas contínuas são mais numerosas, e
inclusive são as recomendadas. No Brasil existem tanto usinas contínuas como
gravimétricas.
Outra vantagem do país japonês é a localização das usinas de produção asfálticas
preparadas para a reciclagem. No total cobrem mais de 90% do território, com raios de
20 km. Isso reduz muito os custos por transporte nas obras, facilitando o
processamento e a utilização de RAP (SHINGLES, 2014).
É importante citar que o desempenho das misturas com RAP dependem do cuidado
no processamento do material, principalmente na fresagem e estocagem. Por isso, se
recomenda o planejamento e gerenciamento com conhecimento de origem,
processamento, transporte e estocagem do RAP (WEST, et al., 2015).
Com respeito às características estruturais de misturas com RAP, se decidiu neste
trabalho não entrar tanto já que existe muita literatura focada nesse aspecto, e como
resumo geral pode-se dizer que o desempenho é muito parecido ao das misturas com
agregados virgens.
Para este trabalho não se conseguiu encontrar a penetração no mercado do RAP no
Brasil. Por isso que se recomenda outra vez a criação de uma base de dados com
pesquisas desenvolvidas e obras executadas de fácil acesso para poder ter uma
avaliação em longo prazo e possa ser avaliado o desempenho e o ciclo de vida do
pavimento. Também se recomenda a criação de um manual com as corretas práticas
de escolha de materiais, dosagem e execução em obra, para que seu uso seja
realizado de um jeito eficaz. São muitos os países que têm experiências reais cujo
resultado é similar do que mistura com utilização exclusiva de materiais virgens
sempre que seja adicionado um agente rejuvenescedor à mistura reciclada.
Principalmente se for considerado que o preço de agregados e petróleo continua
subindo, o que traz não só uma vantagem ambiental e funcional, mas também
econômica (VAN DAM, et al., 2015).
Concluindo, é preciso um desenvolvimento maior de casos experimentais no Brasil
onde seja utilizada esta tecnologia, especialmente para a camada de revestimento, na
qual tem um maior potencial para atividades de manutenção mais simples onde não
42
seja necessário chegar a uma profundidade elevada. O objetivo é fechar o ciclo do
pavimento, o que implica em utilizar 100% de RAP.
3.2.6. RAS: Recycled Asphalt Shingles
Na média, o RAS contém cerca de 20% de ligante asfáltico em massa em comparação
com cerca de 5% no RAP, juntamente com agregados, fíler mineral e fibras.
O uso típico é limitado aproximadamente a 5% em massa da mistura total devido ao
potencial de variabilidade, a maior rigidez do asfalto do RAS em comparação com o
asfalto usado para pavimentos e o grau em que o RAS se mistura com asfalto virgem
e o residual do RAP. Vários projetos foram construídos com misturas contendo RAS e
RAP, incluindo um recapeamento da Michigan Avenue, em Chicago (Illinois
Interchange 2012). As misturas RAS / RAP também foram usadas pelo Illinois Tollway
para reduzir custos e os impactos ambientais dos materiais de revestimentos. A
economia total foi de mais de U$ 200 milhões entre os anos 2004-2015 (VAN DAM, et
al., 2015).
Na figura 24 pode-se observar como seu uso vem crescendo nos Estados Unidos
desde o ano 2009. O uso de RAS no ano 2015, 1,93 milhões de toneladas, supõe um
aumento de um 175% das estimativas de 701 mil toneladas usadas em misturas
asfálticas em 2009.
O uso de RAS em 2015 estimou ter reduzido a necessidade de 386.200 toneladas (2,1
milhões de barris) de ligante asfáltico e quase 965.500 toneladas de agregados, com
um valor estimado de cerca de U$ 194 milhões (HANSEN, et al., 2017).
Figura 24. Comparação de toneladas de RAS aceitas e toneladas de RAS usadas ou dispostas em aterros. Milhões de toneladas 2009-2015 (HANSEN, et al., 2017).
No Brasil, provavelmente seja a tecnologia com menos futuro, já que, devido às
condições climáticas do país, são poucos os telhados dos prédios fabricados com este
material. Ainda assim é interessante a enorme redução de CAP virgem conseguida só
com 5% de RAS.
43
3.2.7. Borracha de pneu
Uma forma alternativa de se incorporar os benefícios de um polímero ao ligante
asfáltico, e ao mesmo tempo reduzir problemas ambientais, é utilizar a borracha de
pneus inservíveis em misturas asfálticas. Os pneus inservíveis são problemas para a
sociedade e sua utilização em pavimentação tem sido uma das técnicas mais
utilizadas em todo o mundo porque se emprega grande volume desse resíduo com
melhorias para as misturas asfálticas sob vários aspectos (BERNUCCI, et al., 2010).
Um pneu usado de veículo de passeio pesa em média 9 kg e é composto por uma
estrutura de diversos materiais. O processo de reciclagem da borracha de cada pneu
gera, em média, de 4 kg a 5 kg de borracha triturada. Nesse processo, os
componentes do pneu são separados e a borracha propriamente dita é levada a
reduções granulométricas bastante finas, que podem assim ser usadas para
modificação de asfaltos para pavimentação (CNT, 2017).
Uma das formas de tornar a mistura asfáltica mais resistente e durável em vias de
tráfego pesado é substituir o ligante asfáltico convencional por ligante modificado por
polímero ou por borracha (BERNUCCI, et al., 2010).
No Brasil, são colocados no mercado aproximadamente 61 milhões de pneus por ano,
sendo que cerca de 38 milhões são resultado da produção nacional e 23 milhões são
pneus reaproveitados, usados importados ou recauchutados.
Existem dois métodos de incorporação da borracha de pneus nas misturas asfálticas:
o processo úmido (wet process) e o processo seco (dry process). No processo úmido,
a borracha em pó é adicionada e incorporada ao ligante asfáltico (geralmente na faixa
de 18 a 25 por cento de borracha) antes que o ligante seja adicionado ao agregado,
enquanto no processo seco, a borracha atua como agregado miúdo.
A norma que regula a mistura pelo processo úmido é a DNIT 111/2009 - EM
Pavimentação flexível - Cimento asfáltico modificado por borracha de pneus
inservíveis pelo processo via úmida, do tipo “Terminal Blending” - Especificação de
material. Essa norma deixa claro que para se considerar asfalto modificado deve
conter um teor mínimo de borracha de 15% (como referência) em peso, incorporado
ao ligante asfáltico por via úmida.
Os pneus são considerados pela legislação brasileira um produto de logística reversa.
Lei Nº 12.305, de 2 de Agosto de 2010. O regulamento que Institui a Política Nacional
de Resíduos Sólidos. A logística reversa é definida por esta lei como: “o instrumento
de desenvolvimento econômico e social caracterizado por um conjunto de ações,
procedimentos e meios destinados a viabilizar a coleta e a restituição dos resíduos
sólidos ao setor empresarial, para reaproveitamento, em seu ciclo ou em outros ciclos
produtivos, ou outra destinação final ambientalmente adequada”. A lei obriga aos
fabricantes, importadores, distribuidores e comerciantes a implementar sistemas de
logística reversa. Este é um dos motivos que fazem que este material seja reutilizado
no Brasil em grandes quantidades, e é um exemplo de como a lei tem uma clara
influencia na vida de um produto.
44
Figura 25. Esquema da fabricação da mistura asfáltica com asfalto-borracha pelo processo de via úmida (BERNUCCI, et al., 2010).
As emissões em comparação com a usinagem a quente diminuem a maioria de
poluentes, mas aumenta a emissões de SO2.
Emissões Mistura quente HMA Asfalto de borracha de pneu Variação (%)
O2 (%) 12,75 12,10 -5,1 N2 (%) 81,46 81,88 +0,5 CO2 (%) 6,00 6,48 +8,0 CO (ppm) 430,50 259,50 -39,7 NOX (ppm) 139,30 124,40 -10,7 SO2 (ppm) 74,40 76,70 +3,1 CH4 (ppm) 27,70 10,60 -61,7
Tabela 3. Emissões emitidas durante a usinagem (THIVES, et al., 2017).
O preço do Concreto betuminoso usinado a quente com asfalto convencional é menor
do que o preço com borracha de pneu, em torno a um 8% no Estado do Rio de
Janeiro, mas a vida de serviço sem precisar manutenção é um 50% mais longa no
asfalto com borracha (THIVES, et al., 2017). Outra vantagem é a redução na
espessura da camada de revestimento sem apresentar problemas de duração em
comparação com misturas convencionais, o que é traduzido em uma redução na
utilização de recursos (SOUSA, et al., 2007). Considerando a sua maior resistência ao
tráfego pesado, pode-se dizer que o asfalto modificado por borracha seja mais que
viável do ponto de vista econômico.
45
CBUQ com asfalto convencional CBUQ com asfalto borracha
Preço/ tonelada (R$) 235,49 255,38 Vida de serviço (anos) 6 9
Tabela 4. Comparação de preço e vida de serviço entre CBUQ com asfalto convencional e com asfalto borracha. Preços (Catálogo De itens SCO - RIO).
No Brasil, está técnica já é comum. A CNT (2017) destaca que várias construtoras já
estão utilizando, em 100% da extensão da malha sob sua gestão, asfalto modificado
por borracha. As estradas construídas com asfalto borracha têm mostrado um
aumento da vida útil do pavimento, visto que foram eliminadas as falhas precoces,
além de apresentar uma redução nos investimentos de manutenção da via ao longo
dos anos.
3.2.8. WMA: Warm Mix Asphalt. Mistura Morna
São consideradas misturas mornas (WMA) aquelas produzidas na usina em uma faixa
de temperatura entre 100 e 140ºC. Acima de 150ºC são as misturas a quente (HMA),
entre 60 e 100ºC são as misturas semimornas (Half Warm Mix Asphalt – HWMA) e em
temperatura ambiente são as misturas a frio (RUBIO, et al., 2012).
Para conseguir a redução de temperatura e um desempenho similar às misturas a
quente são utilizadas diferentes tecnologias, com processos de usinagem diferentes,
mas com o mesmo objetivo: reduzir a viscosidade do asfalto, o que em consequência
melhora a trabalhabilidade da mistura, produz menos emissões e geralmente gera
melhores condições de trabalho (RUBIO, et al., 2012).
Figura 26. Classificação das misturas asfálticas em função da temperatura de produção, valores aproximados (MOTTA, 2011).
A WMA é uma tecnologia comprovada cujos benefícios específicos e o grau deles
depende, é claro, sobre o processo WMA usado. Geralmente, os benefícios potenciais
incluem (CHOWDHURY, et al., 2008):
46
Temperaturas de produção e aplicação significativamente menores;
Menor envelhecimento do ligante durante a usinagem e compactação,
melhorando assim a longevidade da vida útil do pavimento;
Menor consumo de combustível / energia, reduzindo assim os custos;
Diminuição das emissões na usina e durante a aplicação;
Diminuição da produção de “fumaça”, devido a temperaturas mais baixas e
menor tempo de aquecimento.
Período de trabalho prolongado (ou seja, execução do pavimento em épocas
mais frias);
Permitir que a mistura asfáltica seja transportada para maiores distâncias
(devido à menor diferença entre a temperatura ambiente e a temperatura da
mistura) e, assim, proporcionando áreas de mercado maiores e reduzindo os
custos de transporte;
Maior facilidade de compactação, o que traz benefícios para misturas rígidas,
misturas com maior porcentagem de RAP, pavimentos a baixa temperatura e
reduz o esforço de compactação;
Construção mais rápida de pavimentos, útil para intersecções que precisam ser
abertas o mais rápido possível já que é necessário menos tempo para esfriar a
mistura antes da camada seguinte ser executada;
Melhoria nas condições de trabalho, reduzindo a exposição às emissões de
combustível, fumos e odores;
Localização das usinas mais perto das áreas urbanas devido à menor poluição.
Sendo uma tecnologia nova na Europa, sua utilização ainda não ocupa uma posição
relevante em muitos países europeus, sendo que a França tem a maior aplicação, mas
só 10%, ao contrário de outros países tem se visto um rápido incremento no seu uso.
Por exemplo, nos Estados Unidos onde a produção total estimada da WMA no ano
2015 foi de 119,8 milhões de toneladas, o que representa um aumento de mais de
614% em relação aos 16,8 milhões de toneladas estimados em 2009, significando um
terço de toda a produção de mistura asfáltica no país (HANSEN, et al., 2017).
O tipo de usina de asfalto é uma das razões por trás do aumento do uso de WMA nos
EUA em comparação com os países europeus. Nos Estados Unidos, a mistura em
usina drum mizer contra-fluxo (Drum Mix Counter-flow) é frequentemente usada. É
mais fácil o processo de formação de espuma nessas usinas. Na Europa, prevalece o
uso de usina gravimétrica, que precisa de maiores transformações nas usinas para a
formação de espuma, mas não requer grandes modificações na inclusão de aditivos
químicos ou orgânicos (WOSZUK, et al., 2017). Destes dados, pode-se obter a
conclusão de que a formação de espuma é uma tecnologia mais viável do ponto de
vista econômico.
47
Figura 27. Gráfico da porcentagem de WMA sobre o total de toneladas de misturas asfálticas produzidas nos Estados Unidos. 2009-2015 (HANSEN, et al., 2017).
O incremento no mercado se deve principalmente as vantagens da utilização de WMA:
redução do combustível utilizado para aquecer os materiais da mistura na usina; maior
facilidade da compactação devido a maior flexibilidade da mistura; permite longas
distâncias de transporte e amplia o período de execução do pavimento (HANSEN, et
al., 2017).
As tecnologias envolvidas em WMA podem se dividir em três: formação de espuma,
aditivos orgânicos, aditivos químicos (surfactantes).
Formação de espuma
Esta tecnologia de misturas mornas e semimornas considera a adição de uma
pequena quantidade de água na mistura para a formação de uma espuma com o
asfalto quente. Quando a água se dispersa no asfalto aquecido e se forma vapor há a
expansão do ligante, resultando em diminuição da viscosidade da mistura (MOTTA,
2011). A interação ligante/água diminui a viscosidade do CAP, permitindo desta forma
a redução da temperatura de usinagem, facilitando a compactação em campo.
Nas tecnologias que fazem uso deste recurso, a água é introduzida no processo de
usinagem por injeção direta, por meio de agregados úmidos ou na forma de material
hidrofílico como as zeólitas.
Precauções especiais devem ser tomadas ao adicionar água. A quantidade de água
deve ser suficiente para produzir a formação de espuma, mas quantidades elevadas
podem causar o efeito stripping (RUBIO, et al., 2012).
Injeção direta (Water-based processes):
O Water-based process se baseia na formação de espuma produzida pela água
quando é introduzida em pasta de asfalto pré-aquecida. Quando uma pequena
5%
11%
19%
24%
30% 32%
33%
0%
5%
10%
15%
20%
25%
30%
35%
2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015
P
o
r
c
e
n
t
a
g
e
m
Porcentagem de WMA
48
quantidade de água é adicionada ao CAP quente, a água vaporiza, aumentando o
volume do CAP e diminuindo a viscosidade, o que resulta em um melhor
revestimento dos agregados e trabalhalidade da mistura. Como o ligante
espumado está constantemente exposto a altas temperaturas durante os
processos de mistura, as bolhas de espuma então se colapsam e se comporta
como um ligante normal. Além disso, agentes anti-stripping (melhoradores de
adesividade) também podem ser aplicados nas misturas asfálticas para minimizar
a suscetibilidade à umidade do WMA promovendo a adesão entre ligante e
agregados. Este processo à base de água permite uma redução na temperatura de
misturas de asfalto que variam de 20 a 30°C (HASAN, et al., 2017).
Algumas das técnicas mais conhecidas são: WAM-Foam, Double Barrel Green ou
Low Energy Asphalt (LEA).
Injeção indireta (Water-cointaing):
As tecnologias Water-cointaining utilizam zeólitas para a formação de espuma. As
zeólitas são silicatos cristalinos alumino-hidratados (naturais ou sintéticos) que
contêm alta porcentagem de água em sua estrutura (cerca de 20%). Têm a
capacidade de liberar a água de maneira gradativa na medida em que são
aquecidas em temperaturas acima do ponto de vaporização da água, devido a esta
característica são utilizadas para formação de espuma (MOTTA, 2011).
Atualmente, existem dois tipos no mercado, a saber, Aspha-min® e Advera®. Estes
aditivos são comumente usados no campo. A adição se encontra entre um 0,25%
e 1% da massa total da mistura.
Advera® é mais novo que Aspha-min® e recentes estudos mostram uma menor
susceptibilidade à umidade, uma das grandes preocupações na utilização de WMA
(HASAN, et al., 2017).
Resultados de vários testes realizados em Ohio indicam que, das tecnologias
WMA (Evotherm, Aspha-Min, Sasobit), a maior redução em compostos perigosos é
obtida usando asfalto misto com zeólitas (WOSZUK, et al., 2017).
Para viabilizar o emprego das técnicas que produzem misturas mornas e semimornas
por espuma pode ser necessário realizar alterações na usina, com a instalação de
equipamentos para a injeção de água, câmaras de expansão ou alimentadores, por
exemplo, levando assim a certo investimento inicial (MOTTA, 2011). Na fase inicial do
uso da WMA, as despesas incorridas geralmente excedem a economia do menor
consumo de energia. Isso resulta da necessidade de adaptar instalações de produção
a novas tecnologias. Para a tecnologia WAM-Foam, o custo de modificação da
instalação é de U$ 30.000 a U$ 70.000, enquanto que para a tecnologia Aspha-Min®, o
custo é de U$ 0 (diretamente introduzido no pugmill de usinas gravimétricas) a
U$ 40.000 (CHOWDHURY, et al., 2008). A tecnologia por espuma representava no
ano 2012 88% da produção estadunidense (EAPA, 2014).
49
Aditivos surfactantes (químicos)
Os aditivos químicos atuam como agentes ativos de superfície, conseguindo reagir
simultaneamente com o ligante e com o agregado, melhorando a lubricidade do ligante
asfáltico. Dessa forma, a redução da temperatura de produção é obtida pelo melhor
envolvimento entre o ligante e o agregado, mesmo em baixas temperaturas.
Geralmente os aditivos são misturados com o CAP, previamente à introdução do CAP
no misturador.
Por essa razão, esse tipo de aditivo é também considerado um melhorador de
adesividade, além de permitir uma trabalhabilidade da mistura na fase de
espalhamento e compactação. Na classe dos aditivos surfactantes podem ser
encontrados diversos produtos comerciais, tais como Evotherm, Rediset, Cecabase,
Gemul e outros. A redução de temperatura varia entre 50 a 75ºC com Evotherm.
A análise de 14 obras nos Estados Unidos que utilizaram Evotherm chegou à
conclusão de que a mistura feita com esta tecnologia não compromete o desempenho
do pavimento em comparação com a utilização de HMA (WU, et al., 2017).
Aditivos orgânicos
As tecnologias orgânicas adicionam ceras à mistura. Quando a temperatura aumenta
acima do ponto de fusão das ceras, geralmente há uma diminuição da viscosidade que
se prolonga durante a mistura e compactação. À medida que a mistura esfria, estes
aditivos solidificam-se em partículas microscopicamente pequenas e uniformemente
distribuídas, o que aumenta a rigidez do ligante na mesma direção dos materiais
reforçados com fibras.
O tipo de cera deve ser cuidadosamente selecionado para evitar possíveis problemas
de temperatura. Mais especificamente, se o ponto de fusão da cera for menor do que a
temperatura em serviço poderá levar a complicações. A cera minimiza a fragilização
do asfalto a baixas temperaturas. As fibras devem ser resistentes e sólidas à
temperatura de serviço. As ceras desta tecnologia são cadeias de hidrocarbonetos de
alto teor molecular com um ponto de fusão de 80 a 120ºC e são capazes de modificar
as propriedades do ligante original. A quantidade de cera adicionada está entre um 1 e
2% da massa total. A redução de temperatura geralmente alcançada pela adição
dessas ceras é de 20 a 30°C. Além disso, também melhoram a resistência à
deformação do asfalto (RUBIO, et al., 2012).
Alguns aditivos existentes nesta classe são Sasobit, CCBIT 113AD e Asphaltan-B.
O mais utilizado é Sasobit. Este produto apresenta vantagens e desvantagens. Por um
lado, reduz a viscosidade do CAP a altas temperaturas e, assim, reduz as
temperaturas de construção e o envelhecimento, e aumenta a resistência à
deformações a temperaturas intermediárias. Sasobit também reduz a viscosidade do
asfalto modificado por polímero ou borracha. Por outro lado, pode aumentar o
potencial de fadiga e fissuras a baixa temperatura. É essencial analisar o desempenho
do ligante modificado com Sasobit em faixas de temperatura alta, baixa e intermediária
a partir da seleção cuidadosa do tipo de ligante (correta eleição de CAP) e da
quantidade de Sasobit (JAMSHIDI, et al., 2013).
50
Resumo dos aditivos
A Tabela 5 apresenta um resumo dos principais aditivos utilizados em tecnologias
WMA, o nome do produto, a companhia que os comercializa, sua descrição, a
dosagem aproximada, os países onde é utilizada e temperatura de uso o sua redução
em comparação com mistura asfáltica convencional.
Processo WMA Produto Companhia Descrição Dosagem de aditivo Países onde é utilizado
Temperatura de produção ºC (ou rango de redução)
Formação de espuma
Water-containing
Aspha-Min® Eurovia e MHI Injeção indireita utilizando zeolitos
0,3% peso total da mistura
Global (20-30 ºC)
Water-containing
Adversa® PQ Corporation Injeção indireita utilizando zeolitos
0,25% peso total da mistura
USA (10-30 ºC)
Water- Based Double Barrel Astec Formação de espuma
2% de água sobre a massa de betume; agente anti-stripping
USA 116-135 ºC
Water- Based Ultrafoam GX Gencor Industries
Formação de espuma 1-2 % de água sobre a massa de betume
USA -
Water- Based LT Asphalt Nynas Espuma asfáltica com aditivo hidrofílico
0,5-1 % de água sobre a massa de betume
Itália e Países Baixos
90ºC
Water- Based WAM- Foam Shell Ligante suave seguido de espuma de ligante duro
2-5% de água por massa de ligante duro
Global 100-120 ºC
Water- Based Low Energy Asphalt
LEACO Agregado quente mistura com areia úmida
3% de água com areia fina
USA, França, Espanha, Italia
<100 ºC
Water- Based Low Emission A sphalt
McConnaugh- ay Technologies
Agregado quente mistura com areia úmida, combinado com químicos.
3% de água com areia fina; 04% do peso do ligante
USA 90ºC
Water- Based LEAB Royal Barn Group
Espuma com ligante, mistura dos agregados em baixo de 100ºC
0,1% do peso do betumem de aditivo de revestimento e adesão
USA 90ºC
Orgânico
Orgânico Sasobit Sasol Fischer-Tropsch cera
1-1,5% em massa de betumem
Global (20-30 º C)
Orgânico Asphaltan B Romonta GmbH
2-4% da massa de betumem
Alemanha (20-30 º C)
Orgânico Licomotont BS Clariant Acido grasso 3% da massa de betumem
Alemanha (20-30 º C)
Surfactantes
Químico Evotherm Mead Westvaco
Pacotes químicos, com o sem água
0,5% da massa da emulsão betuminosa
Global 85-115 ºC
Químico Cecabase RT CECA Pacotes químicos 0,2-0,4 % do peso da mistura
USA, França (30 ºC)
Químico Rediset Azko Nobel Surfactante catiônico e aditivo orgânico
1,5-2% do peso da bitumem
USA, Noruega
(30 ºC)
Químico Revix Mathy- Ergon Polímeros, ceras e aditvos
Não especificado USA (15-25 ºC)
Tabela 5. Produtos usados em tecnologias WMA, descrição do produto, dosagem do aditivo, países onde é usado, e redução de temperatura. (RUBIO, et al., 2012)
Vantagens ambientais e econômicas
O setor rodoviário tem desenvolvido novas tecnologias no âmbito da pavimentação
com o objetivo de contribuir nas questões ambientais. A poluição devida às elevadas
temperaturas em que é produzida a mistura asfáltica é uma questão de preocupação,
tanto para a sociedade como para a indústria dos pavimentos. Diminuir a temperatura
51
implica um consumo menor de combustível e uma considerável redução nas
emissões.
Graças às tecnologias WMA é conseguida uma clara redução nos poluentes emitidos
à atmosfera (D´ANGELO, et al., 2008). A tabela 6 mostra essa redução em
comparação com a produção clássica de mistura asfáltica convencional.
Redução da emissão de poluentes durante fabricação em usina de asfalto (%)
Gases Noruega Itália Holanda França
CO2 31,5 30-40 15-30 23
SO2 - 35 - 18
VOC - 50 - 19
CO 28,5 10-30 - -
NOX 61,5 60-70 - 18
Poeira 54,0 25-55 - NA
Tabela 6. Redução da emissão de poluente durante a fabricação de WMA. (D´ANGELO, et al., 2008)
Tecnologia WMA foam Aspha-Min® Sasobit® Evoterm
Diminuição de temperatura
43-63 ºC 30 ºC 18-54 ºC 50-75 ºC
Redução das emissões
30-98% 75-90% - 40-60%
Tabela 7. Redução das emissões segundo alguns dos principais aditivos do mercado. (THIVES, et al., 2017)
Cada gás pode ser juntado a outros em grupos maiores para avaliar o impacto global.
Por exemplo, os gases que contribuem ao aquecimento global são: CO2, CH4, N2O. À
acidificação são SO2, NO2 e NH3, por último os gases que contribuem à formação de
foto-oxidação são SO2, NO2 e CO (MAZUMDER, et al., 2016). A redução destes
impactos mediante a utilização de tecnologias mornas é mostrada na figura 28.
52
Figura 28. Porcentagem em que são reduzidas as emissões mediante o uso de tecnologias WMA em comparação com mistura asfáltica convencional (MAZUMDER, et al., 2016)
O consumo de energia segundo as diferentes tecnologias de asfalto (semimorna,
morna ou quente) tem sido estudado por muitos pesquisadores. Antes de entrar na
análise tem que ser explicado que a energia economizada acontece tanto na usina
como na execução do pavimento.
Deve ser salientado que dependendo do combustível utilizado, as emissões ao meio
ambiente e a energia consumida variam consideravelmente, o gás natural é o
combustível mais amigável para o meio ambiente já que emite menos CO2 na
atmosfera. A quantidade de energia elétrica necessária para produzir as misturas
asfálticas é bastante alta em comparação com outros combustíveis (como o diesel),
traduzindo em maiores emissões (ALMEIDA-COSTA, et al., 2016).
As conclusões sobre consumo energético não obedecem a taxas fixas, e cada
pesquisador encontrou uma redução diferente. Esta diminuição energética tem que ser
traduzida em economia de combustível depois. Os cálculos teóricos mostram que uma
redução de temperatura de 28ºC proporciona uma redução de 11% no consumo de
combustível (PROWELL, et al., 2012).
Nesta parte do trabalho são mostrados alguns dos estudos de redução de energia.
Segundo CHOWDHURY et al. (2008), nos diferentes trabalhos analisados, a energia é
reduzida entre 30-50%. KRISTJANSDOTTIR (2006) obteve redução em torno de 30%;
D´ANGELO et al. (2008) entre 20-30%, podendo chegar a 50% se utilizado Low
Energy Asphalt; ALMEIDA-COSTA et al. (2016) mostra que a redução utilizando
Evotherm pode ser de 27% e utilizando Sasobit pode alcançar 13%; analisando as
usinas suíças BUECHE et al. (2012) afirma que uma usina de mistura morna pode
economizar entre 25% e 47% de energia em comparação com as usinas de asfalto
quente; por ultimo PROWELL et al. (2012) apresenta dados de vários projetos com
uma média na redução de 23% (Tabela 8).
0%
5%
10%
15%
20%
25%
30%
35%
Consumo de combustivéis
fosseis
Aquecimento global
Acidificação Formação de foto-oxidação
Porcentagem melhorado com a utilização de WMA
53
Diferentes estudos
(CHOWDHURY, et al., 2008)
(KRISTJANSDOTTIR, 2006)
(D´ANGELO, et al., 2008)
(ALMEIDA-COSTA, et al.,
2016)
(BUECHE, et al., 2012)
(PROWELL, et al., 2012)
Redução energética
(%) 30-50 30 20-30 13-27 25-47 23
Tabela 8. Redução no consumo energético segundo diferentes estudos
Outro ponto importante das misturas mornas, além da sua capacidade para reduzir as
temperaturas e emissões é a capacidade de adicionar maiores quantidades de RAP
como fonte de ligante e agregado. É essa combinação bastante interessante e atual
motivo de pesquisa e análise por pesquisadores e órgãos rodoviários. Este ponto da
adição de RAP é de extrema importância já que pode diminuir os preços finais e,
portanto, inclinar a balança para o uso de tecnologias WMA em detrimento das atuais
misturas a quente (ONER, et al., 2015).
A adição de maior quantidade de RAP seria possível pelas menores temperaturas, já
que não seria um problema o reaquecimento do ligante residual do RAP. Por outro
lado não seria necessário superaquecer agregados virgens, causando uma redução
no consumo de energia.
Alem disso, o uso de RAP para produzir misturas WMA ajuda a melhorar várias
propriedades de engenharia, como a trabalhabilidade e a compactação, a resistência à
deformação por fluência e deformações em geral, fissuração a baixa temperatura e a
falha por fadiga. O desempenho no campo dessas misturas também é comparável
com as misturas convencionais. No entanto, devido a menores temperaturas de
produção, torna-se importante verificar a susceptibilidade à umidade, especialmente
para os ligantes envelhecidos ao longo prazo (FAROOQ, et al., 2017). Segundo
(SOLAIMANIAN, et al., 2011), mistura morna com 35% de RAP e a correta dosagem
de aditivos (Saobite® e Eotherm®) atende todas as restrições e especificações da
AASHTO, incluída a susceptibilidade à umidade.
Em termos de consumo de energia, quando uma mistura morna é feita com 40% de
RAP, é possível reduzir o consumo de energia em 10% em relação ao asfalto usinado
com tecnologia convencional (THIVES, et al., 2017).
Observando a redução de GEE e outros poluentes e a redução de energia, a grande
pergunta seria: é viável economicamente? A principal vantagem das tecnologias WMA
é a redução no consumo de combustível, quanto mais caro seja o combustível maior o
benefício (CHOWDHURY, et al., 2008). No entanto, como os benefícios econômicos e
ambientais nem sempre foram corretamente avaliados, as misturas mornas estão
muito longe de serem exploradas em todo seu potencial, principalmente devido à ideia
de que os aditivos são caros (ALMEIDA-COSTA, et al., 2016).
É importante lembrar que o custo financeiro inicial para poder desenvolver uma
tecnologia WMA com potencial de aplicação é importante para as empresas
rodoviárias. As despesas incorridas geralmente excedem os benefícios econômicos
obtidos através do uso de tecnologias WMA, especialmente no início (RUBIO, et al.,
2012).
54
Os benefícios econômicos da WMA dependem do tipo de energia utilizada no
processo de produção, seu custo e potencial de poluição. Na maioria dos países, os
custos de energia são relativamente altos e, portanto, qualquer redução nesse sentido
é altamente avaliada pelo produtor de asfalto. Correto será dizer que, se padrões de
emissão mais rigorosos fossem implementados e aplicados, a WMA teria um potencial
econômico ainda maior (RUBIO, et al., 2012). Por exemplo, em 2012, a Autoridade
Noruega de Inspeção do Trabalho queria aumentar o uso de mistura morna. Para
consegui-lo, a Administração Rodoviária recompensou os construtores com um bônus
de € 4 / tonelada, quando a mistura era produzida com uma redução mínima de 25ºC
que na produção convencional, assumindo os mesmos requisitos de qualidade (EAPA,
2014). Este é um exemplo de autoridade que exige a implementação de uma
tecnologia por meio de vantagens econômicas.
Mas a viabilidade econômica não deve ser observada a curto prazo. A longo prazo,
incluindo as reduções no consumo energético na usinagem, estariam também as
reduções devidas a melhor trabalhabilidade graças à viscosidade da mistura morna
que oferece um elevado potencial para os construtores, pois permite (CHOWDHURY,
et al., 2008):
Menores riscos de problemas de compactação em climas frios;
Reduz a quantidade de equipamentos de compactação necessária no local de
trabalho;
Reduz o risco de compactação inadequada ao trabalhar com misturas rígidas.
Segundo (THIVES, et al., 2017) podem ser obtidas até 30% de economia de energia
na compactação do pavimento devido à menor viscosidade do asfalto.
Também pode haver uma redução significativa em dias de operação da usina, se esta
funcionar com a taxa máxima de produção em toneladas por hora. Devido a menores
temperaturas, as misturas são produzidas em menos tempo (ANDERSON, et al.,
2008). Para o caso analisado por ANDERSON et al. (2008) eram economizados
aproximadamente três dias de produção por mês, o que implica em 10% menos em
dias.
Para avaliar o impacto econômico de uma forma geral, vale a pena observar a
evolução na sua produção. Em apenas seis anos os Estados Unidos, um país que é
movido mais por fatores econômicos que ambientais, têm abraçado esta nova técnica
devido principalmente à redução de custos, sendo a menor carga para o meio
ambiente uma razão secundária, mas não por isso menos importante.
Casos brasileiros
No Brasil, a tecnologia WMA ainda não tem sido muito utilizada, existem alguns
trechos pequenos que foram construídos para analisar o desempenho e fazer uma
avaliação, mas tudo dentro de uma perspectiva experimental.
Segundo (MOTTA, 2011), foi conseguida uma redução de um 15% de energia nos
dois casos experimentais, um feito na Rodovia dos Bandeirantes e outro na Rodovia
Presidente Dutra, em ambos casos foi utilizado aditivo surfactante, e se previu uma
economia de aproximadamente R$ 790,00 e 930,00 por quilômetro executado para
55
cada caso respectivamente, graças ao menor consumo energético. Com relação à
análise das emissões de poluentes em laboratório e em campo, destaca que houve
uma redução em cerca de três vezes da concentração total de HPAs (Hidrocarbonetos
Policíclicos Aromáticos) relativos à emissão do material particulado de mistura morna
no ambiente, em comparação com a mistura a quente.
Pequeno caso de aplicação em usina de Rio de Janeiro
Neste item será feita uma análise dos custos na produção de asfalto e como pode
influenciar na implementação de mistura morna e utilização de agregado reciclado no
orçamento final. Os preços foram tomados do “Diário Oficial Eletrônico do Município do
Rio de Janeiro” (Catálogo De itens SCO - RIO). A maior dificuldade na hora de realizar
os cálculos foi encontrar o custo do RAP.
Inicialmente foi determinado o preço do Concreto Betuminoso Usinado a Quente
(CBUQ). É identificado como item de serviço BP 09.05.0100 (A) com um custo de
R$ 235,49 por tonelada. Observando a composição dos preços, dois são os produtos
que aportam maior custo: o primeiro é Cimento Asfaltico de Petroleo, CAP-30/45 com
um custo de R$ 109,15 e a Usina de asfalto - CP com um custo parcial de R$ 72,32
por hora. Para a produção de uma tonelada de CBUQ, foram utilizados 59 kg de CAP,
por tanto a dosagem é de um 5,9%.
Composição de preços de Concreto Betuminoso Usinado a Quente (CBUQ)
Produto Unidade Preço unitário R$ Quantidade Preço no produto Porcentagem no custo CBUQ tn 235,49 1,00 235,49 100 % CAP kg 1,85 59,00 109,15 46,3 % Usina Hora 2.343,25 0,030864 72,32 30,7 %
Tabela 9. Composição de custo CBUQ produzido no Rio de Janeiro.
Como pode ser observado, o CAP e o gasto na usina supõem mais de 75% dos custos
totais para produzir a mistura. O CAP é um material, é portanto a única solução para
diminuir o preço diminuir a porcentagem na mistura. O ligante residual do RAP torna-
se uma solução ideal, uma redução de 10 kg de CAP por tonelada (a dosagem de
ligante virgem passaria de 5,9% a 4,9%) supõe uma redução de 8% no custo de
CBUQ. Com uma taxa de ligante residual de 4%, seria preciso adicionar 250 kg na
mistura para conseguir os 10 kg de ligante, o que significaria uma porcentagem de
25% sobre o peso total de CBUQ. Observando as taxas estudadas na pesquisa e em
campo pode-se afirmar que não é uma porcentagem elevada, sendo ainda maior a
margem de melhoria.
Por outro lado, fazendo uma análise de usina item de serviço EQ 19.05.0762 (B), a
composição de preços mostra que o combustível é a maior parcela, contando 66,6%
do total. Implementando a tecnologia morna, o consumo de combustível ficaria
reduzido em torno de 20-30%. A produção da usina é de 120 toneladas por hora.
56
Composição de preços de Usina para mistura betuminosa 120 t/h
Produto Unidade Preço unitário R$
Quantidade Preço no produto
Porcentagem no custo
Usina h 2.343,25 1,00 2.345,25 100 % Combustível óleo
kg 2,60 600,00 1560,00 66,6%
Tabela 10. Decomposição custo usina de produção de asfalto a quente no Rio de Janeiro
Reduzindo o consumo de combustível em 20-30%, o preço diminuiria entre R$ 312 e
R$ 468 para cada 120 toneladas, o que supor R$ 2,6 a 3,9 de redução por tonelada.
No total do preço por tonelada da mistura de CBUQ, o consumo de combustível na
usina é equivalente a um 20,5% do total (R$48,27). Este valor é obtido da relação
entre o peso do preço do combustível na usina e o peso do preço da usina na
produção de CBUQ (é obtido mediante 0,666 x 30,7).
Na tabela 11 é apresentada a redução do preço de acordo com a diminuição no
consumo.
Economia no preço por tonelada de CBUQ
Diminuição de combustível Redução do preço R$ Preço total novo Redução %
10% 4,83 230,66 2,05
20% 9,65 225,84 4,10
30% 14,48 221,01 6,15
40% 19,31 216,18 8,20
50% 24,14 211,36 10,25
Tabela 11. Redução do preço da tonelada de CBUQ
Neste exemplo só foi feita uma análise muito simples de como o consumo energético
na usina afeita o custo total. Estes valores não devem ser levados em conta em um
caso real, já que seria necessário calcular as despesas dos aditivos, a adaptação da
usina e, no caso do RAP, seria necessário calcular o custo de fresagem, transporte,
britagem e estocagem do mesmo, assim como dos agentes rejuvenescedores. No
entanto, fica claro que a adição de RAP e mistura morna repercutem claramente no
custo final. Fica claro também como, no caso uma porcentagem maior de RAP e
diminuição de temperatura fosse combinada, aumentaria consideravelmente a redução
do preço.
3.2.9. Reciclagem in situ
Como foi visto ao longo do trabalho a reciclagem dos materiais fresados ocorre de
duas formas diferentes: em usina ou in situ.
Nas técnicas in situ é utilizado e tratado todo o material existente com uma pequena
quantidade adicional de ligante e às vezes incorporando algum outro componente,
geralmente aditivo, para melhorar a qualidade do material resultante.
Os benefícios da reciclagem no local (STROUP-GARDINER, 2011) são:
57
Reduz o uso de recursos naturais;
Reaproveita materiais gerados para eliminação;
Reduz o consumo de combustível;
Reduz as emissões de gases de efeito estufa entre 50% e 85%;
Minimiza os tempos de fechamento da pista;
Mantém a cota da pista, o que elimina a necessidade de ajustar os acessos;
Elimina as deficiências materiais existentes, tais como danos causados pela
umidade;
Reduz os custos de manutenção e reabilitação.
A redução nas emissões de gases de efeito estufa é devida principalmente à redução
em transporte.
Vale a pena lembrar que estas metodologias de reciclagem in situ têm uma historia
muito mais antiga que a WMA, por isso só serão descritas brevemente.
É de extrema importância uma adequada identificação dos problemas no pavimento
para poder decidir entre as diferentes opções: a reciclagem no local a quente aborda
defeitos perto da superfície com o uso de um dos três métodos de reciclagem no local:
resurfacing, repaving e remixing. Os defeitos em uma profundidade de 5 a 10 cm
podem ser minimizadas usando reciclagem a frio no local. A Reciclagem Profunda do
Pavimento (FDR) recupera o material do antigo pavimento para seu uso como material
de base estabilizada, fornecendo um bom suporte para as camadas do pavimento.
Normalmente, após a atividade de reciclagem in situ é executada uma camada
superficial que vai estar em contato com o tráfego (STROUP-GARDINER, 2011).
Figura 29. Condições do Pavimento e metodologia de reciclagem a utilizar (STROUP-GARDINER, 2011).
Atualmente, mesmo que as técnicas de reciclagem estejam em segundo plano, a
realidade é que é considerada uma evolução, já que reduz a poluição por causa do
58
transporte de novos materiais e também diminui o tempo de execução da obra, sendo
que o principal objetivo destas práticas é atingir o melhor desempenho do pavimento.
A evolução, como foi vista ao longo do trabalho, é a reutilização de materiais e
redução de temperatura de produção da mistura asfáltica. Um dia isto será traduzido
em técnicas in situ a frio provavelmente.
Reciclagem a quente in situ HIRP (Hot In Place Recycling)
O HIPR é usado para corrigir os defeitos na superfície limitada à profundidade máxima
de 50 mm da camada asfáltica existente, extraindo o ligante mediante tratamento
térmico, misturando-o com aditivos, rejuvenescedores ou CAP virgem antes de aplicar
e compactar a mistura modificada.
Existem três técnicas diferentes de HIPR (Figura 30) (VAN DAM, et al., 2015):
Resurfacing (reciclagem da superfície): a superfície de desgaste (tipicamente
13 a 38 mm) é aquecida, solta e misturada com novo ligante, aplicada e
compactada. Para estradas de baixo volume é utilizada uma operação de
reciclagem, onde a mistura reciclada é “reaplicada” e compactada e serve
como nova superfície de desgaste. Para estradas de alto volume, a mistura
reciclada “reaplicada” serve como base, sendo que emcima é aplicada uma
nova camada de mistura asfáltica ou tratamento superficial.
Remixing: a superfície de desgaste é aquecida, solta e misturada com novos
materiais (agregados e ligante asfáltico), aplicada e compactada para melhoria
significativa do pavimento. A superfície reciclada pode servir como superfície
(para estradas de baixo volume) ou como a camada de base para um
pavimento com uma nova camada de mistura asfáltica ou tratamento
superficial (para estradas de maior volume de tráfego).
Repaving (repavimento): esta técnica envolve essencialmente a reciclagem da
superfície seguida da colocação de uma camada asfáltica (reforço) para
fortalecer o pavimento e restaurar a camada superficial.
59
Figura 30. Diferentes metodologias de reciclagem a quente in situ (STROUP-GARDINER, 2011).
Nos Estados Unidos, esta técnica é empregada em vários estados, com 18 Estados
com mais de 10 anos de experiência (STROUP-GARDINER, 2011).
De forma geral, a reciclagem in situ a quente diminui os custos totais entre 15-20%,
em comparação com um revestimento convencional. Alguns dados importantes da
aplicação desta tecnologia nos estados americanos (WATSON, 2011):
Em 2001, o Washington Department of Transportation (WSDOT) obteve uma
economia de 15-35% nas atividades HIR em comparação com a fresagem
convencional e aplicação de mistura asfáltica convencional;
O Departamento de Obras Públicas de Denver usou HIR para reciclar o
pavimento existente até uma profundidade de 25 mm e aplicou um
recapeamento de mistura asfáltica convencional de 25 mm. Com isso,
conseguiu economizar U$ 5 milhões em um período de 5 anos (30% do
orçamento total) em comparação com o recapeamento tradicional de 50 mm.
Benefícios ambientais também são obtidos com o uso de HIR. Por exemplo, St.
Louis County, Minnesota, estimou que esta técnica eliminou mais de 2.000
caminhões e economizou 7.000 litros de combustível diesel no projeto Rice
Lake Road. Do mesmo modo, o projeto Greenville, Mississippi relatou ter uma
emissão de gases 80% menor do que uma usina de asfalto convencional,
devido ao processo HIR reduzir o transporte rodoviário de mais do que 30.000
toneladas de material de fresagem e asfalto, convertendo em um só trabalho in
situ. Isso equivale a mais de 2.000 caminhões de recursos.
60
Infelizmente não foi possível conseguir estatísticas de casos brasileiros e o
desenvolvimento de projetos utilizando reciclagem a quente.
Segundo o Manual de Restauração de Pavimentos Asfálticos do DNIT, a reciclagem a
quente in situ:
“Como a reciclagem a quente ainda é um processo relativamente novo e
devido à maior variabilidade dos materiais removidos em relação aos materiais
virgens, devem ser tomados cuidados adicionais no projeto e construção de
camadas com misturas recicladas a quente. Devido a esta variabilidade ainda
existem incertezas quanto ao desempenho das misturas e a aplicação em
camadas de rolamento ainda não é extensiva”.
Reciclagem a frio in situ - Cold In Place Recycling (CIR)
A reciclagem a frio começou a ser executada no Brasil nos anos 1990, sendo que tem
sido aplicada em numerosas estradas como técnica de restauração. É a técnica
menos poluente, mas também a que apresenta o pior desempenho, por isso
recomenda-se limitar seu uso a vias de baixo volume de tráfego. Como ressalta
(THIVES, et al., 2017), a mistura a frio não é uma alternativa à mistura a quente
porque seu desempenho é menos eficaz e seu uso é limitado à reabilitação do
pavimento deteriorado com uma baixa carga por veículo.
O CIR é usado principalmente para resolver pequenos problemas superficiais,
restaurar o perfil e inclinação inadequada. O CIR consiste em fresagem a frio,
dimensionando o RAP e adicionando ligante asfáltico, aditivos de reciclagem e novos
agregados para produzir uma mistura reciclada a frio. Esta mistura reciclada a frio
pode servir como base para uma nova superfície. Para estradas de baixo volume de
tráfego, a superfície resultante da mistura reciclada a frio é apenas tratada com agente
rejuvenescedor. Em estradas de maior volume de tráfego, a mistura reciclada a frio
deve ser recoberta por uma nova camada de mistura asfáltica.
As especificações técnicas para seu uso no Brasil é dada pelo DNIT 166/2013 na
norma “Pavimentação – Reciclagem de pavimento a frio “in situ” com adição de
espuma de asfalto – Especificação de serviço”.
Esta norma fixa as condições a serem adotadas para execução e controle de
reciclagem a frio "in situ" de pavimento, de forma a se obter uma camada de "base
reciclada", utilizando-se material removido do pavimento (proveniente da fresagem de
revestimento asfáltico e base, produtos de britagem e cimento Portland, de acordo
com o projeto estabelecido, com a incorporação de espuma de asfalto).
Mesmo sendo muito breve a descrição da reciclagem a frio in situ, não deixa de ser
importante. O objetivo de mostrar esta técnica é porque é a menos poluente, e o futuro
deveria seguir nessa direção, uma melhor tecnologia para poluir menos.
61
4. Conclusões
O meio ambiente não pode ser subestimado, a tecnologia atual permite técnicas
eficientes não só do ponto de vista ambiental, mas também econômico e funcional. As
técnicas mostradas neste trabalho tem uma ampla difusão mundial. Infelizmente sua
quota de mercado no Brasil ainda é muito baixa.
A duração das estradas brasileiras junto com a suas peculiaridades climáticas e de
tráfego fazem que novas soluções devam ser procuradas. A falta de informação, a
metodologia construtiva e a fiscalização das obras deve ser uma prioridade de
qualquer política construtiva.
Primeiro se recomenda criar uma rede de informação de fácil acesso. A falta de
informação é uns dos principais problemas para poder desenvolver qualquer técnica
adequadamente e conhecer sobre seu desempenho. Exemplos como a LTPP nos
Estados Unidos devem ser considerados e seguidos.
Recomenda-se também a elaboração de manuais mais precisos, especialmente com
referência a reciclagem de pavimentos, utilização de RAP e misturas mornas.
Cumprimento e aplicação real da Lei Nº 12.305 sobre gerenciamento de resíduos
sólidos. Incluir os resíduos do pavimento como materiais de logística reversa como
são os pneus. Lembrar que a FHWA considera o pavimento como o material com
maior taxa de reciclagem dos Estados Unidos.
Incluir e obrigar os empreiteiros/construtores a levar em conta a preservação e
conservação de pavimentos em seus projetos. O acompanhamento e a longa duração
de um pavimento são sem dúvida as práticas mais sustentáveis em longo prazo. Neste
contexto, a preservação se torna essencial e faz indispensável uma consideração da
vida útil do pavimento. Técnicas de avaliação LCA (Life Cycle Assistment) que
considerem o ciclo de vida inteiro tem que ser positivamente valorizadas na hora licitar
as obras.
No caso de agregados reciclados, não limitar seu uso a base de pavimentos para
tráfego leve, mas exigir que o material passe por um controle adequado e possa ser
utilizado como material de base para outros níveis de tráfego, inclusive como
agregado para revestimento. Um aumento considerável das usinas de reciclagem de
agregados mostra um futuro promissor neste assunto, mas ainda falta muito a
percorrer. A Holanda apresenta taxas próximas a 99%, enquanto o Brasil apenas
chega a 20%, segundo as previsões mais otimistas.
No caso do RAP, é exigido pela legislação que o material seja disposto em um aterro
para ser reciclado para seu posterior uso. Criar um manual sobre seu correto uso
especialmente sua estocagem, já que, como foi visto, deve estar protegido da umidade
ou o consumo de energia será extremadamente elevado. As corretas práticas de
processamento de RAP reduzem o consumo energético consideravelmente e,
portanto, viabilizam seu uso. Além disso, apenas a disposição em aterros aumenta o
preço. Como mostrado neste trabalho, verifica-se a viabilidade econômica tanto em
usinagem a quente tradicional como em usinagem morna, na qual pode ser adicionada
62
uma porcentagem maior e se obtém o mesmo desempenho com uma redução de
energia considerável. O CAP é o produto que mais aporta na produção de CBUQ,
portanto, qualquer redução terá um impacto direito, é neste contexto onde o ligante
residual do RAP se torna uma clara vantagem.
Dar continuidade a reciclagem de pneus, já que mostra um excelente resultado em
estradas de tráfego pesado e permite evitar problemas de disposição de um resíduo
produzido em grande quantidade, diminuição na espessura da camada e aumento da
vida de serviço. A legislação brasileira determina a obrigação de logística reversa para
os pneus, o que torna o produto ainda mais atrativo para a reciclagem.
Incluir a mistura morna, como processo de usinagem principal. Esta tecnologia tem
avançado muito em outros países, sendo excelente alternativa devido a menores
emissões ao meio ambiente e uma economia de combustível considerável. Tudo unido
à possibilidade de adicionar mais quantidades de RAP. Para isso, primeiro deve ser
criado um manual pelo DNIT sobre a utilização de mistura morna e os distintos
aditivos, potencializar a transformação das usinas e promover seu uso. A vantagem de
contar com muitas usinas tipo contínuas no país torna a adaptação para formação de
espuma mais fácil. Este tipo de usina tem mostrado ser a mais viável, do ponto de
vista econômico. Como foi mostrada na análise de custos, a mistura morna junto à
adição de RAP apresenta vantagens econômicas consideráveis, devido ao seu peso
no custo de uma tonelada de concreto usinado a quente.
Por ultimo, melhorar e aprimorar as técnicas in situ. Até agora são as técnicas que pior
desempenho tem mostrado em comparação com misturas feitas em usina, mas na
opinião do autor, é que são a tendência natural em um processo que busca mais
sustentabilidade. Minimizam a poluição por transporte, permitem a utilização de
praticamente 100% dos recursos (no caso do RAP) e são obras mais rápidas, essas
são algumas das vantagens que devem ser levadas em conta.
Por fim, existem abundantes técnicas no mundo que permitem um menor impacto ao
meio ambiente e são economicamente viáveis. É objetivo das universidades e dos
centros de pesquisa estudar as diferentes técnicas e seu impacto e vantagens, de
modo a permitir que a sociedade potencialize seu uso mediante a pressão social com
respeito ao meio ambiente, que as administrações favoreçam a implementação e uso
das técnicas mediante a criação de leis e fiscalização adequada, e por último deve ser
objetivo dos órgãos rodoviários e construtores executar as obras da melhor forma
possível, levando em consideração o cuidado com o meio ambiente.
O meio ambiente é de todos, juntos devemos protegê-lo!
63
Referências Bibliográficas
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06 de 11 de 2017.] https://abrecon.org.br/pesquisa_setorial/.
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performance of warm mix asphalt technologies.". s.l. : Interim Report, 2008, pp.
9-47, 2008.
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pavimentos asfálticos com camadas de base granular, tratada com cimento e
com estabilizantes asfálticos para tráfego muito pesado. São Paulo : Dissertação
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