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Departamento de Engenharia Civil Universidade de Coimbra

RECICLAGEM A QUENTE DE MISTURAS BETUMINOSAS EM CENTRAL

RELATÓRIO TÉCNICO

Outubro de 2004

Índice

Página n.º

1 – INTRODUÇÃO 1

1.1. Enquadramento

1.2. Estrutura do Relatório

1

1

2 – ESTABELECIMENTO DA COMPOSIÇÃO DAS MISTURAS 3

2.1. Generalidades

2.2. Caracterização dos Materiais Disponíveis

2.2.1. Granulometria do material fresado (com betume)

2.2.2. Percentagem de betume do material fresado

2.2.3. Agregado do material fresado

2.2.4. Agregados

2.3. Fórmulas de Trabalho

2.3.1. Composição granulométrica do agregado de correcção

2.3.2. Fórmulas de trabalho – Alimentação do tambor secador

2.3.3. Percentagem de betume a usar

2.3.4. Fórmulas de trabalho – Unidade de mistura

3

3

3

3

4

6

7

7

9

9

13

3 – EXECUÇÃO DOS TRECHOS EXPERIMENTAIS 15

3.1. Generalidades

3.2. Características dos Trechos Experimentais

3.3. Descrição da Central

3.4. Fabrico das Misturas

3.4.1. Considerações sobre o processo de fabrico

3.4.2. Desempenho da Central

3.5. Colocação em Obra

15

15

16

17

17

18

20

Página n.º

4. VERIFICAÇÃO DAS CARACTERÍSTICAS DAS MISTURAS 23

4.1. Generalidades

4.2. Composição das Misturas

4.2.1. Percentagem de betume

4.2.2. Granulometria

4.3. Designação dos Provetes

4.4. Espessura das Camadas

4.5. Provetes Moldados em Laboratório

4.6. Provetes Provenientes do Pavimento

4.7. Baridade das Misturas Compactadas

4.8. Ensaio de Compressão Marshall

4.9. Baridade Máxima Teórica

4.10. Análise dos Resultados

23

23

23

24

24

25

26

27

28

29

29

30

5. AVALIAÇÃO ESTRUTURAL 33

5.1. Generalidades

5.2. Análise dos Resultados dos Ensaios

5.3. Correcção do Módulo de Deformabilidade das Misturas

33

34

36

6. AVALIAÇÃO DO COMPORTAMENTO À DEFORMAÇÃO

PERMANENTE 40

6.1. Generalidades

6.2. Ensaios com Simulador de Tráfego – Wheel Tracking

6.2.1. Equipamento utilizado e condições de ensaio

6.2.2. Caracterização dos provetes (lajetas)

6.2.3. Resultados dos ensaios

40

40

40

41

43

Página n.º

6.3. Ensaios de Compressão Uniaxial de Cargas Repetidas


6.3.2. Caracterização dos provetes



45

45

45

47

49

7. CONCLUSÕES FINAIS E TRABALHO FUTURO 52

ANEXO A - Ensaios de caracterização dos materiais disponíveis

ANEXO B - Fórmulas de trabalho

ANEXO C - Registo do fabrico das misturas em central

ANEXO D - Características base das misturas

ANEXO E - Avaliação estrutural com deflectómetro de impacto

ANEXO F - Ensaios com simulador de tráfego – Wheel Tracking

ANEXO G - Ensaios de compressão uniaxial de cargas repetidas

1 - INTRODUÇÃO

1.1. Enquadramento

A técnica de reciclagem a quente de misturas betuminosas em central, embora apresente

vantagens de ordem económica e ambiental e de ser muito utilizada e normalizada em

muitos países, tem sido esporadicamente utilizada em Portugal. Assim, um estudo do

comportamento das misturas recicladas a quente, que se apresenta neste documento, tem

sido desenvolvido neste cenário nacional de baixa aplicabilidade daquele tipo de

reciclagem.

Este relatório técnico surge na sequência de dois anteriores ([1] e [2], 2002). As misturas

recicladas foram produzidas numa central descontínua de torre, com incorporação a frio do

material fresado em percentagens de 20, 30 e 40%.

Os trabalhos desenvolvidos até à data, são fruto da colaboração entre a ACIV, Associação

para o Desenvolvimento da Engenharia Civil do Departamento de Engenharia Civil da

Universidade de Coimbra, e da LUSOSCUT, Auto-Estradas Costa de Prata, S. A.. A curto

prazo será dada continuidade ao projecto de investigação, em cooperação com a

LUSOSCUT, Beiras Litoral e Alta, S.A., estando prevista a utilização da reciclagem no

decorrer dos trabalhos de construção da A25.

1.2. Estrutura do Relatório

Este documento de síntese contém, além desta introdução, onde se faz o enquadramento do

trabalho desenvolvido, as secções que seguidamente se descrevem.

Na secção 2, após a caracterização dos materiais disponíveis (mistura betuminosa obtida

por fresagem e agregados), justificam-se as fórmulas de trabalho seguidas na execução dos

trechos experimentais a descrever na secção 3.

1

Reciclagem a Quente de Misturas Betuminosas em Central

Na secção 4 indicam-se e verificam-se as características das misturas betuminosas

aplicadas nos trechos experimentais, no que toca à percentagem de betume, à

granulometria e às restantes grandezas (baridade, baridade máxima teórica, porosidade,

teor volumétrico de betume, VMA e grau de saturação em betume). Avaliam-se ainda os

resultados do ensaio de compressão Marshall.

A avaliação estrutural do pavimento, após a execução dos trechos, é objecto da secção 5 e

foi conseguida com base em resultados de ensaios com deflectómetro de impacto.

Na secção 6 analisam-se os resultados da avaliação do comportamento das misturas à

deformação permanente, com base em resultados de ensaios com simulador de tráfego

(Wheel Tracking) e de compressão uniaxial de cargas repetidas.

Finalmente, na secção 7, faz-se uma síntese das principais conclusões do relatório e

abordam-se os trabalhos a desenvolver a curto prazo, nomeadamente a realização de outros

ensaios de desempenho (características de deformabilidade e comportamento à fadiga).

2


2 – ESTABELECIMENTO DA COMPOSIÇÃO DAS MISTURAS

2.1. Generalidades

Nesta secção justificam-se e definem-se as fórmulas de trabalho adoptadas na execução

dos trechos experimentais. A necessidade de definir novo estudo de composição das

misturas resultou, por um lado, de o material fresado apresentar características diferentes

das dos estudos anteriores [1] e [2], e, por outro, de limitações ao nível da incorporação

máxima de fresado, próprias do tipo de fabrico em central descontínua. Tal conduziu a que,

nesta fase dos trabalhos, se tenha optado por incorporações de 0, 20, 30 e 40%.

2.2. Caracterização dos Materiais Disponíveis

2.2.1. Granulometria do material fresado (com betume)

Foi avaliada a granulometria de três amostras de fresado, sem qualquer desagregação,

tendo-se observado uma dimensão 0/40. As curvas granulométricas apresentam-se no

Anexo A.

2.2.2. Percentagem de betume do material fresado

A percentagem de betume do material fresado foi determinada pelo método de incineração

(ASTM D6307). Os resultados obtidos para as três amostras ensaiadas (MF-01, MF-02 e

MF-03) resumem-se no Quadro 2.1 e com mais pormenor no Anexo A.

Quadro 2.1 - Resultados da determinação da percentagem de betume pelo método de incineração

Amostra

Massa total da mistura

Mt (g)

Massa de agregado não corrigida

Ma (g)

Factor de correcção

K

Massa de betume corrigida

Mb (g)

Percentagem de betume pb (%)

MF-01 3000,1 2859,6 1,0067 121,3 4,0

MF-02 2993,7 2849,8 1,0067 124,8 4,2

MF-03 3000,6 2855,8 1,0067 125,7 4,2

3


No que respeita ao factor de correcção, porque se desconhecia a origem dos agregados

existentes no fresado, tomou-se como referência o mesmo valor que em [1]. Os valores a

que se chegou, para a percentagem de betume, são muito idênticos, tendo-se adoptado o

valor médio dos resultados obtidos, ou seja 4,1%.

2.2.3. Agregado do material fresado

Após a extracção por incineração do betume existente no fresado, foram preparadas três

amostras de agregados (AGF-01, AGF-02 e AGF-03) para análise granulométrica de

acordo com a especificação LNEC-E 233-1969. No Quadro 2.2, além das granulometrias e

da granulometria média (AGF), indicam-se os resultados de 2002 e 2003.

Os resultados de 2004 (Anexo A) revelam uma granulometria diferente das anteriores

(Figura 2.1), o que obrigou à reformulação do estudo da composição granulométrica com

base na nova granulometria do material fresado. Na Figura 2.2 pode observar-se a

diferença entre a granulometria média do fresado (0/40mm), antes da incineração, e do

fresado após a extracção do betume (0/25 mm).

Quadro 2.2 -Resultados dos ensaios de análise granulométrica dos agregados do fresado

PERCENTAGEM ACUMULADA DO MATERIAL QUE PASSA (%) ABERTURA DOS PENEIROS AGF-01 AGF-02 AGF-03 AGF(2004) AGF(2003) AGF(2002)

25,0 mm (1”) 100,0 100,0 100,0 100,0 100,0 100,0

19,0 mm (3/4”) 100,0 99,5 98,5 99,3 99,7 100,0

12,5 mm (1/2”) 89,6 93,8 91,4 91,6 97,6 95,2

9,5 mm (3/8”) 73,7 83,1 79,3 78,7 89,6 87,5

4,75 mm (n.º 4) 46,5 58,7 54,3 53,2 72,8 66,3

2,00 mm (n.º 10) 29,6 37,6 36,3 34,5 52,0 46,4

0,850 mm (n.º 8) 19,1 23,1 21,0 21,1 36,6 33,7

0,425 mm n.º 40) 12,7 14,6 12,6 13,3 26,6 24,1

0,180 mm (n.º 80) 6,5 7,1 5,6 6,4 14,3 15,4

0,075 mm (n.º 200) 2,4 2,1 1,7 2,1 4,3 8,0

4


0%

10%

20%

30%

40%

50%

60%

70%

80%

90%

100%

0,0 0,1 1,0 10,0 100,0

AGF-2002 AGF-2003 AGF-2004

Figura 2.1 – Curvas granulométrica do material fresado após extracção do betume

0%

10%

20%

30%

40%

50%

60%

70%

80%

90%

100%

0,01 0,1 1 10 100

Fresado Fresado sem betume

Figura 2.2 – Curva granulométrica média do material fresado (2004), antes e depois da extracção do betume

5


2.2.4. Agregados

Os agregados novos, de origem calcária, apresentam uma granulometria que se mantém ao

nível das duas britas (5/15 e 15/25), tendo-se determinado apenas a granulometria do pó

0/5. Obtiveram-se os resultados apresentados no Anexo A e que se resumem no

Quadro 2.3. Na Figura 2.3 podem observar-se as curvas granulométricas dos agregados.

Quadro 2.3 – Granulometrias dos agregados novos usados na formulação

PERCENTAGEM ACUMULADA DO MATERIAL QUE PASSA (%) ABERTURA DOS PENEIROS ASTM FILER PÓ 0/5 BRITA 5/15 BRITA 15/25

25,0 mm (1”) 100,0 100,0 100,0 100,0 19,0 mm (3/4”) 100,0 100,0 100,0 92,8 12,5 mm (1/2”) 100,0 100,0 98,3 13,0 9,5 mm (3/8”) 100,0 100,0 70,5 1,3

4,75 mm (n.º 4) 100,0 99,6 5,3 0,2 2,00 mm (n.º 10) 100,0 62,1 1,6 0,2 0,850 mm (n.º 8) 100,0 31,0 1,3 0,2 0,425 mm n.º 40) 99,0 16,8 1,0 0,2 0,180 mm (n.º 80) 96,1 6,9 0,6 0,2

0,075 mm (n.º 200) 78,3 2,4 0,5 0,2

0%

10%

20%

30%

40%

50%

60%

70%

80%

90%

100%

0,0 0,1 1,0 10,0 100,0

FILER PÓ 0/5 BRITA 5/15 BRITA 15/25

Figura 2.3 – Curvas granulométricas dos agregados

6


2.3. Fórmulas de Trabalho

2.3.1. Composição granulométrica do agregado de correcção

Determinou-se a composição granulométrica da mistura de agregados novos de modo a

verificar o fuso granulométrico de macadame betuminoso (Fuso A), a respeitar em

camadas de base ou regularização e com espessura máxima de 10cm. Assim, recorrendo à

habitual manipulação numérica, obtiveram-se as proporções indicadas nos Quadros 2.4 e

2.5. No Anexo B demonstra-se que as mesmas, se cumpridas, verificam o fuso alvo.

Quadro 2.4 – Composição granulométrica dos agregados (sem agregado do fresado)

AGREGADO TR = 0% TR = 20% TR = 30% TR = 40%

FILER 5,0 % 6,5 % 8,0 % 10,0 %

PÓ 0/5 41,5 % 38,0 % 35,0 % 31,0 %

BRITA 5/15 23,5 % 20,5 % 18,0 % 15,0 %

BRITA 15/25 30,0 % 35,0 % 39,0 % 44,0 %

Quadro 2.5 – Composição granulométrica dos agregados (com agregado do fresado)


FILER 5,0 % 5,2 % 5,6 % 6,0 %

PÓ 0/5 41,5 % 30,4 % 24,5 % 18,6 %

BRITA 5/15 23,5 % 16,4 % 12,6 % 9,0 %

BRITA 15/25 30,0 % 28,0 % 27,3 % 26,4 %

FRESADO (Agreg.) 0,0 % 20,0 % 30,0 % 40,0 %

A representação gráfica da relação entre a taxa de reciclagem e a proporção de cada um

dos agregados na mistura de agregados (valores do Quadro 2.4), que se apresenta na

Figura 2.4, permite concluir que, enquanto as proporções do filer e da brita 15/25

aumentam na mistura de agregados com a maior incorporação de fresado, já as proporções

de pó 0/5 e da brita 5/15 diminuem.

7


0%

10%

20%

30%

40%

50%

0% 10% 20% 30% 40%

Taxa de Reciclagem

FilerPó 0/5Brita 5/15Brita 15/25

Figura 2.4 - Relação entre a taxa de reciclagem e a proporção dos agregados na mistura

Na Figura 2.5 mostra-se, como exemplo, o encaixe no fuso granulométrico para a taxa de

reciclagem de 20%. No Anexo B demonstra-se, com mais detalhe, a observância do fuso

em todos os casos.

0%

10%

20%

30%

40%

50%

60%

70%

80%

90%

100%

0,0 0,1 1,0 10,0 100,0

Figura 2.5 – Verificação do fuso granulométrico para a taxa de reciclagem de 20%.

8


2.3.2. Fórmulas de trabalho – Alimentação do tambor secador

Estabelecida a composição granulométrica de base e tendo em conta que o Filer é

introduzido directamente na unidade de mistura a partir de silos próprios, foi necessário

determinar as proporções dos restantes agregados (pó e britas) nas unidades de alimentação

do tambor secador. No Quadro 2.6 indicam-se os respectivos valores aproximados

(múltiplos de 2,5%), obtidos a partir dos indicados no Quadro 2.5, depois de normalizados

a 100%.

Quadro 2.6 – Fórmulas de trabalho para alimentação do tambor secador


PÓ 0/5 45,0 % 40,0 % 37,5 % 35,0 %

BRITA 5/15 25,0 % 20,0 % 17,5 % 15,0 %

BRITA 15/25 30,0 % 40,0 % 45,0 % 50,0 %

2.3.3. Percentagem de betume a usar

Como se viu, o fresado disponível apresenta algumas diferenças relativamente ao de

estudos anteriores, nomeadamente ao nível da granulometria e da percentagem de betume,

que é menor. Além disso, por o fresado ser introduzido a frio, não seria aconselhável ir

além dos 40% de incorporação de fresado, o que levou a abandonar a taxa de 50% e incluir

a taxa de reciclagem de 20%. Embora fosse desejável, não existia a possibilidade de

proceder, em tempo útil, a um novo estudo de formulação pelo método de Marshall. Como

alternativa, tomaram-se como ponto de partida os resultados dos estudos anteriores, para as

taxas de 30 e 40%, complementados com outras orientações consubstanciados em

documentos normativos nacionais, as quais são habitualmente respeitadas no estudo de

formulação de macadame betuminoso 0/25. Tomaram-se então as orientações a seguir

descritas.

i) Resultados do estudo de formulação anterior

O estudo de formulação anterior [2], pelo método de Marshall, conduziu às percentagens

óptimas de betume de 4,4 e 4,7%, para as taxas de reciclagem de 30 e 40%.

9


ii) Relação ponderal filer/betume

O Caderno de encargos-tipo do Instituto das Estradas de Portugal, adiante designado por

CEIEP (IEP, [3]), entre outras indicações, exige que a relação ponderal filer/betume (Rfb),

para macadame betuminoso, deverá estar compreendida entre 1,1 e 1,5. Entende-se aqui o

filer como o material de dimensão inferior a 75µm, ou seja a percentagem de passados no

peneiro n.º 200 (p200). No Quadro 2.7 resumem-se os limites obtidos.

Quadro 2.7 – Limites da percentagem de betume (%), de acordo com a relação ponderal filer-betume

Parâmetro TR = 0% TR = 20% TR = 30% TR = 40%

p200 5,1 5,4 5,7 6,1 pb- mínima, Rfb=1,5 3,4 3,6 3,8 4,1 pb – máxima, Rfb=1,1 4,6 4,9 5,2 5,5

iii) Limites da percentagem de betume para macadame betuminoso

Para macadame betuminoso 0/25, a usar em camada de base ou de regularização, o Manual

de Concepção de Pavimentos para a Rede Rodoviária Nacional, adiante designado por

MACOPAV (IEP, [4]), indica que o teor em betume (tb) deverá estar compreendido entre

4,0 e 4,8%, o que traduzido em percentagem de betume (pb= tb/(1+pb), conduz ao intervalo

3,8 a 4,6% e ao valor médio de 4,2%.

iv) Fórmula empírica com base na superfície específica

Finalmente, uma regra empírica com base na superfície específica, de origem francesa,

mais adoptada em Portugal para misturas a frio, [3], traduzida pela seguinte expressão:

5b SeFKp ××=

em que,

pb – percentagem de betume residual;

K – módulo de riqueza em betume. Para o tipo de misturas em estudo encontram-se

na bibliografia valores que oscilam entre 2,5 e 3,5.

F – constante igual a 2,65/ρa, sendo ρa a massa volúmica da mistura de agregados,

expressa em g/cm3;

10


Se – Superfície específica, estimada pela seguinte expressão:

Se = 0,01× (0,25 S1 + 2,3 S2 + 12 S1 + 135 f1)

onde,

S1 – proporção ponderal de elementos superiores a 6,3mm;

S2 - proporção ponderal de elementos compreendidos entre 0,315 e 6,3mm;

S3 - proporção ponderal de elementos compreendidos entre 0,075 e 0,315mm;

f1 - proporção ponderal de elementos inferiores a 0,075mm.

Conhecida a massa volúmica dos agregados (2,63g/cm3 para as duas britas, 2,68g/cm3 para

o pó e 2,65g/cm3 para o filer), determinou-se, para cada taxa de reciclagem, a massa

volúmica da mistura de agregados e a constante F. No Quadro 2.8 resumem-se os

parâmetros envolvidos e a percentagem de betume de referência. Para o efeito determinou-

se o valor do módulo de riqueza em betume (K) que conduzia a uma percentagem de

betume de 4,2% para o macadame normal (TR=0), tendo-se chegado a K=2,75.

Quadro 2.8 – Resumo dos cálculos da percentagem de betume com base na superfície específica

Parâmetro TR = 0% TR = 20% TR = 30% TR = 40%

ρa (g/cm3) 2,652 2,650 2,649 2,647

F 0,999 1,000 1,000 1,001

S1 47,2 47,7 48 48,3

S2 42,5 41,3 40,3 39,3

S3 5,2 5,7 6 6,3

f1 5,1 5,4 5,7 6,1

Se 8,60 9,04 9,46 10,02 pb (%) 4,2 4,3 4,3 4,4

Por fim e atendendo aos limites determinados, que se resumem no Quadro 2.9, adoptaram-

se os valores nele indicados para a percentagem de betume. Ora, os valores determinados

dizem respeito ao ligante final, havendo que determinar a percentagem de betume a

adicionar, que considerando a percentagem de betume do fresado (4,1%) conduz a:

11


- Para TR=20%: ∆pb = - 4,1 × 0,20 ≈ - 0,8% → pbc = 4,3 – 0,8 = 3,5%;

- Para TR=30%: ∆pb = - 4,1 × 0,30 ≈ - 1,2% → pbc = 4,4 – 1,2 = 3,2%;

- Para TR=40%: ∆pb = - 4,1 × 0,40 ≈ - 1,6% → pbc = 4,7 – 1,6 = 3,1%.

Quadro 2.9 – Resumo dos limites determinados para a percentagem de betume (%) e do valor adoptado

Orientação TR = 0% TR = 20% TR = 30% TR = 40% i) Resultados do estudo de formulação anterior - - 4,4 4,7

ii) Relação ponderal filer/betume (média, Rfb=1,3) 3,4 – 4,6 3,6 – 4,9 3,8 – 5,2 4,1 – 5,5

iii) Limites da percentagem de betume para macadame betuminoso 3,8 – 4,6 - - -

iv) Fórmula empírica com base na superfície específica 4,2 4,3 4,3 4,4

Percentagem de betume adoptada 4,2 4,3 4,4 4,7

Além destas percentagens de betume, consideraram-se outras duas, uma 0,5% abaixo e

outra 0,5% acima. No Quadro 2.10 apresenta-se um resumo das percentagens de betume

adoptadas para os quatro trechos e respectivos sub-trechos.

Quadro 2.10 - Percentagem de betume (ligante total e betume novo) a usar nos trechos experimentais

TRECHO TAXA DE RECICLAGEM SUB-TRECHO Percentagem de ligante

final (%) Percentagem de betume

a adicionar - pbC (%) A-1 (-0,5%) 3,7 3,7 A-2 (central) 4,2 4,2 A TR = 0 % A-3 (+0,5%) 4,7 4,7 B-1 (-0,5%) 3,8 3,0 B-2 (central) 4,3 3,5 B TR = 20 % B-3 (+0,5%) 4,8 4,0 C-1 (-0,5%) 3,9 2,7 C-2 (central) 4,4 3,2 C TR = 30 % C-3 (+0,5%) 4,9 3,7 D-1 (-0,5%) 4,2 2,6 D-2 (central) 4,7 3,1 D TR = 40 % D-3 (+0,5%) 5,2 3,6

12


2.3.4. Fórmulas de trabalho – Unidade de mistura

Finalmente, apresentam-se as fórmulas de trabalho da unidade de mistura, as quais foram

estabelecidas tendo em conta as proporções a que se chegou e para uma massa de

referência de 1000 kg (procedimento habitual nas centrais de produção de misturas

betuminosas). A massa total dos agregados de correcção (britas e pó, excluindo o filer) foi

distribuída pelas fracções dos silos aquecidos de armazenamento intermédio existentes na

central (0/6 mm, 6/10 mm, 10/15 mm e 15/25 mm), de acordo com as respectivas

granulometrias e ainda com as proporções antes determinadas (ver Quadro 2.4 e 2.5). Nos

Quadros 2.11 a 2.14 indicam-se as fórmulas de trabalho da unidade de mistura, referentes

aos quatro trechos.

Quadro 2.11 – Fórmulas de trabalho, por 1000 kg de mistura, para o trecho A (TR=0%)

COMPONENTE Sub-trecho A1 Sub-trecho A2 Sub-trecho A3

FILER 47 47 47

FRACÇÃO 0/6 462 460 458

FRACÇÃO 6/10 119 118 117

FRACÇÃO 10/15 181 180 179

FRACÇÃO 15/25 154 153 152

FRESADO 0 0 0

BETUME 37 42 47

Quadro 2.12 – Fórmulas de trabalho, por 1000 kg de mistura, para o trecho B (TR=20%)

COMPONENTE Sub-trecho B1 Sub-trecho B2 Sub-trecho B3

FILER 50 50 50

FRACÇÃO 0/6 337 335 333

FRACÇÃO 6/10 85 84 83

FRACÇÃO 10/15 156 155 154

FRACÇÃO 15/25 142 141 140

FRESADO 200 200 200

BETUME 30 35 40

13


Quadro 2.13 – Fórmulas de trabalho, por 1000 kg de mistura, para o trecho C (TR=30%)

COMPONENTE Sub-trecho C1 Sub-trecho C2 Sub-trecho C3

FILER 53 53 53

FRACÇÃO 0/6 270 268 266

FRACÇÃO 6/10 67 66 65

FRACÇÃO 10/15 144 143 142

FRACÇÃO 15/25 139 138 137

FRESADO 300 300 300

BETUME 27 32 37

Quadro 2.14 – Fórmulas de Trabalho, por 1000 kg de Mistura, para o trecho D (TR=40%)

COMPONENTE Sub-trecho D1 Sub-trecho D2 Sub-trecho D3

FILER 57 57 57

FRACÇÃO 0/6 202 200 198

FRACÇÃO 6/10 50 49 48

FRACÇÃO 10/15 132 131 130

FRACÇÃO 15/25 133 132 131

FRESADO 400 400 400

BETUME 26 31 36

As fórmulas de trabalho estabelecidas, válidas nas condições definidas, foram

concretizadas em obra, através da realização dos trechos experimentais. Nesta fase dos

trabalhos, entendia-se que, além da uniformidade das características dos materiais

disponíveis, seria indispensável que, dentro do possível, se atingissem temperaturas das

misturas uniformes e idênticas condições de compactação.

14


3. EXECUÇÃO DOS TRECHOS EXPERIMENTAIS

3.1. Generalidades

Estabelecidas as fórmulas de trabalho, foi possível fazer a sua transposição para “obra”.

Nesta secção definem-se as características previstas para os trechos, apresenta-se uma

descrição da central e faz-se um apanhado sobre alguns aspectos observados aquando do

fabrico das misturas e da colocação em “obra”. Os trabalhos foram realizados no dia 19 de

Fevereiro de 2004, num dos arruamentos do estaleiro da empresa Rosas Construtores, S.A.

3.2. Características dos Trechos Experimentais

Como se viu na secção anterior, foram definidos quatro trechos, cada qual com três sub-

trechos. A espessura prevista para as camadas foi de 10 cm e a largura, a mínima que o

equipamento disponível permitisse (cerca de 2,5m). Na Figura 3.1 faz-se uma

representação esquemática da localização relativa dos trechos e da sua ordem de execução.

Os sub-trechos Di foram realizados em paralelo e os restantes em contínuo.

3 2 1 Sub-trecho A2 Sub-trecho A1 Sub-trecho A3

Figura 3.1 – Representação esquemática da ordem de execução e da localização relativa dos trechos experimentais e dos respectivos sub-trechos

6 5 4 Sub-trecho B2 Sub-trecho B1 Sub-trecho B3

Sub-trecho C3 Sub-trecho C2

Sentido da execução Sub-trecho D1

Sentido da execução

Sub-trecho D2

Sub-trecho D3

9 8 7 Sub-trecho C1

10 11 12

n - Ordem da execução do sub-trecho

15


3.3. Descrição da Central

A central descontínua, onde foram produzidas as misturas, permite a reciclagem a quente

sendo o material fresado introduzido a frio na unidade de mistura. O seu esquema de

funcionamento é idêntico ao apresentado na Figura 3.2.

Figura 3.2 – Esquema de central betuminosa descontínua: central de torre (EAPA, 1998 [6])

Neste tipo de central existe um armazenamento intermédio dos agregados aquecidos,

assegurado através de silos localizados por cima da unidade de mistura, correspondendo a

cada silo uma determinada fracção granulométrica. A central apresenta um funcionamento

muito flexível, permitindo, com facilidade, variar o tipo de mistura ou a fórmula de

trabalho. Na Figura 3.3. apresentam-se alguns pormenores relativos à rejeição de material

de maiores dimensões do material fresado, antes de ser elevado para introdução na unidade

de mistura.

16


Figura 3.3 – Rejeição de material fresado de maior dimensão antes da introdução na unidade de mistura

3.4. Fabrico das Misturas

3.4.1. Considerações sobre o processo de fabrico

Numa experiência de produção de mistura reciclada a quente, realizada em Setembro de

2003, foram identificadas algumas limitações e adoptadas algumas precauções, a saber:

a) Por segurança, a massa máxima de material fresado, a incorporar por

amassadura, não deverá ir além dos 500 a 600 kg. Tendo em conta que a unidade de

mistura da central tem uma capacidade de cerca de 2000kg por amassadura, a referida

limitação traria implicações nas taxas de reciclagem mais altas (30 e 40%). Para solucionar

o problema, optou-se por ajustar a massa total por amassadura em função da taxa de

reciclagem;

b) Sendo o fresado aquecido por condução, a temperatura a que é necessário

aquecer os agregados novos será tanto mais elevada, quanto maior for a taxa de

reciclagem. Para que tal não represente uma limitação para as taxas de reciclagem mais

altas, além do aumento do tempo de mistura, será fundamental que se faça a mistura “em

seco” durante cerca de 10 a 15 segundos, e se injecte posteriormente o betume (RUBIO,

[5]). Esta operação permite homogeneizar o material a reciclar, eliminar alguma água

existente e, não menos importante, baixar a temperatura dos agregados novos.

17


Tendo em conta o exposto, indicam-se no Quadro 3.1, para as diferentes taxas de

reciclagem, os valores adoptados para o tempo de mistura em seco (pré-mistura), o tempo

de mistura, a massa total por amassadura e a correspondente massa de fresado. Refira-se

que, nesta fase dos trabalhos, a concretização da incorporação de 40% (trecho D), porque

poderia estar além do limite da central, foi avaliada em função do seu “desempenho” nas

taxas de 20 e 30%.

Quadro 3.1 – Tempo de pré-mistura (sem betume), tempo de mistura, massa total da amassadura e do

fresado, para os quatro trechos

Parâmetros de fabrico Trecho A Trecho B Trecho C Trecho D

Tempo de pré-mistura (s) - 10 15 20

Tempo de mistura (s) 24 24 24 30

Massa da amassadura (kg) 2000 2000 1500 1500

Massa de fresado (kg) 0 400 450 600

3.4.2. Desempenho da Central

No decorrer do fabrico das misturas foi disponibilizado o registo da produção da central.

Nos Quadros 3.2 a 3.5 resumem-se os valores médios das proporções dos diversos

componentes. No Anexo C pode encontra-se um registo completo de todas as amassaduras.

Quadro 3.2 – Valores previstos nas fórmulas de trabalho, registados na central e respectivo desvio (%), para

os sub-trechos A1, A2 e A3

Misturas do sub-trecho A1 Misturas do sub-trecho A2 Misturas do sub-trecho A3 Componente

Previsto Central Desvio Previsto Central Desvio Previsto Central Desvio

Fracção 0/6 462 441 -2,1% 460 442 -1,8% 458 447 -1,1%

Fracção 6/10 119 123 +0,4% 118 121 +0,3% 117 119 +0,2%

Fracção 10/15 181 186 +0,5% 180 187 +0,7% 179 182 +0,3%

Fracção 15/25 154 163 +0,9% 153 161 +0,8% 152 159 +0,7%

Fresado 0 0 - 0 0 - 0 0 -

Filer 47 47 0,0% 47 45 -0,2% 47 45 -0,2%

Betume 37 39 +0,2% 42 44 +0,2% 47 49 +0,2%

18


Quadro 3.3 – Valores previstos nas fórmulas de trabalho, registados na central e respectivo desvio (%), para as misturas a aplicar nos sub-trechos B1, B2 e B3

Misturas do sub-trecho B1 Misturas do sub-trecho B2 Misturas do sub-trecho B3 Componente


Fracção 0/6 337 325 -1,2% 335 314 -2,1% 333 313 -2,0%

Fracção 6/10 85 78 -0,7% 84 79 -0,5% 83 72 -1,1%

Fracção 10/15 156 163 +0,7% 155 158 +0,3% 154 152 -0,2%

Fracção 15/25 142 150 +0,8% 141 148 +0,7% 140 141 +0,1%

Fresado 200 208 +0,8% 200 219 +1,9% 200 235 +3,5%

Filer 50 46 -0,4% 50 46 -0,4% 50 47 -0,3%

Betume 30 32 +0,2% 35 37 +0,2% 40 40 0,0%

Quadro 3.4 – Valores previstos nas fórmulas de trabalho, registados na central e respectivo desvio (%), para as misturas a aplicar nos sub-trechos C1, C2 e C3

Misturas do sub-trecho C1 Misturas do sub-trecho C2 Misturas do sub-trecho C3 Componente


Fracção 0/6 270 242 -2,8% 268 237 -3,1% 266 234 -3,2%

Fracção 6/10 67 68 +0,1% 66 70 +0,4% 65 68 +0,3%

Fracção 10/15 144 147 +0,3% 143 149 +0,6% 142 147 +0,5%

Fracção 15/25 139 145 +0,6% 138 149 +1,1% 137 149 +1,2%

Fresado 300 319 +1,9% 300 313 +1,3% 300 316 +1,6%

Filer 53 50 -0,3% 53 48 -0,3% 53 46 -0,7%

Betume 27 29 +0,2% 32 35 +0,3% 37 40 +0,3%

Quadro 3.5 – Valores previstos nas fórmulas de trabalho, registados na central e respectivo desvio (%), para as misturas a aplicar nos sub-trechos D1, D2 e D3

Misturas do sub-trecho D1 Misturas do sub-trecho D2 Misturas do sub-trecho D3 Componente


Fracção 0/6 202 182 -2,0% 200 177 -2,3% 198 170 -2,8%

Fracção 6/10 50 52 +0,2% 49 50 +0,1% 48 48 0,0%

Fracção 10/15 132 136 +0,4% 131 136 +0,5% 130 131 +0,1%

Fracção 15/25 133 142 +0,9% 132 142 +1,0% 131 140 +0,9%

Fresado 400 409 +0,9% 400 413 +1,3% 400 423 +2,3%

Filer 57 51 -0,6% 57 50 -0,7% 57 50 -0,7%

Betume 26 28 +0,2% 31 33 +0,2% 36 38 +0,2%

19


Observou-se um bom desempenho da central, porquanto os desvios relativamente ao

programado se encontram dentro de limites aceitáveis, nomeadamente a percentagem de

betume que respeitou a habitual tolerância de 0,3%. Verificou-se, no entanto, um ligeiro

desvio, para menos, na parte fina do agregado (filer e fracção 0/6) e uma pequena

diferença, para mais, na parte mais grossa do agregado (fracções 6/10, 10/15 e 15/25).

Foi igualmente avaliada a produção da central em ton/hora (Anexo C) e a capacidade da

central, expressa em percentagem da produção média horária observada no fabrico do

macadame normal. Como seria de esperar (Figura 3.4), a capacidade de produção da

central diminui com o aumento da taxa de reciclagem. Convém no entanto chamar à

atenção de que os tempos de pré-mistura e de mistura adoptados (ver Quadro 3.1) foram

escolhidos com uma certa margem de segurança, pelo que talvez fosse possível chegar a

um melhor desempenho.

100%

51%62%

88%

0%

20%

40%

60%

80%

100%

A B C D

Trecho

Cap

acid

ade

Figura 3.4 – Capacidade de produção no fabrico das misturas aplicadas nos trechos experimentais

3.5. Colocação em “obra”

Efectuou-se o registo da temperatura das misturas à saída da central e em obra. As folhas

de registo apresentam-se no Anexo C e os valores médios, por trecho, no Quadro 3.6. Pode

dizer-se que a temperatura no trecho A esteve um pouco acima do desejável e que nos

trechos C e D, embora baixas, permitiram realizar a compactação. Verificou-se ainda que a

temperatura registada na central foi, regra geral, inferior à registada em obra, o que se terá

ficado a dever ao facto de em central as medições terem sido feitas “à superfície”.

20


Quadro 3.6 – Temperaturas médias (ºC) dos agregados, do betume e das misturas à saída da central e na

compactação

Material Trecho A Trecho B Trecho C Trecho D

Agregados 189,9 238,8 239,6 275,6

Betume 156,0 157,0 155,8 154,8

Mistura -central 168,3 145,0 124,3 108,0

Mistura -obra 168,9 144,7 133,3 116,2

Na Figura 3.5 apresenta-se a evolução da temperatura das misturas, da temperatura dos

agregados e do betume, para os diferentes sub-trechos. Como já era de esperar, e embora

se tenha aumentado a temperatura dos agregados com o aumento da taxa de reciclagem, a

temperatura das misturas foi baixando com o aumento da proporção de fresado e, em

consequência disso, observou-se uma menor trabalhabilidade das misturas recicladas, facto

para que as equipas de trabalho já estavam alertadas.

0

50

100

150

200

250

300

A1 A2 A3 B1 B2 B3 C1 C2 C3 D1 D2 D3

Sub-trechos

Tem

pera

tura

(ºC

) TemperaturaMistura, Trechos

TemperaturaMistura, Central

Temperatura doBetume

Temperatura dosAgregados

Figura 3.5 – Temperatura dos agregados, do betume e das misturas, nos diferentes sub-trechos

21


No que respeita à compactação, admitiu-se que a experiência de colocação em obra por

parte do empreiteiro seria suficiente para determinar o número de passagens do trem de

compactação.

Durante a colocação em obra, em todos os 12 sub-trechos, foram recolhidas amostras de

misturas para posterior verificação das suas características. Na mesma altura, foram

recolhidas quantidades suficientes de betume, agregados e filer para produção de misturas

em laboratório. Na Figura 3.6 mostram-se algumas fases da aplicação das misturas.

Aplicação da rega de impregnação Espalhamento

Compactação Aspecto dos trechos A, B e C

B

A C

Figura 3.6 – Execução dos trechos experimentais

Por fim, refira-se que, apesar de estar prevista a utilização de betume asfáltico 50/70, foi

usado na produção betume do tipo 35/50. No entanto, apesar das limitações próprias da

reciclagem a quente em central e do tipo de betume usado, os trechos foram executados

com sucesso, faltando, após esta fase dos trabalhos, verificar a conformidade das misturas.

22


4. VERIFICAÇÃO DAS CARACTERÍSTICAS DAS MISTURAS

4.1. Generalidades

Nesta secção sintetizam-se e verificam-se as características das misturas aplicadas nos

trechos experimentais, no que respeita à sua composição (ligante e agregados), espessura

das camadas, estabilidade Marshall, baridade e características volumétricas.

4.2. Composição das Misturas

4.2.1. Percentagem de Betume

O registo da central, embora fiável, constitui um bom indicador da percentagem de betume

novo, pelo que, para avaliar a percentagem de betume total, foi necessário determinar

aquele valor em laboratório, pelo método de incineração (ASTM D6307), sobre as 12

amostras recolhidas durante a execução dos trechos. Os resultados obtidos apresentam-se

no Anexo D e no Quadro 4.1 indica-se, para os diferentes sub-trechos, a percentagem de

betume (ligante total) prevista, a determinada pelo método de incineração e a estimada a

partir do registo da central e da percentagem de betume do fresado.

Quadro 4.1 – Percentagem de betume (ligante total, em %): prevista, determinada pelo método de incineração e estimada a partir do registo da central e da percentagem de betume do fresado

Sub-trecho A1 A2 A3 B1 B2 B3 C1 C2 C3 D1 D2 D3

Previsto 3,7 4,2 4,7 3,8 4,3 4,8 3,9 4,4 4,9 4,2 4,7 5,2

Incineração 3,6 4,1 4,6 3,8 4,4 4,7 4,1 4,6 5,0 4,3 4,7 5,1

Central 3,9 4,4 4,9 4,0 4,5 4,8 4,1 4,7 5,2 4,4 4,9 5,4

Os valores obtidos por incineração são idênticos aos previstos, identificando-se apenas

dois casos em que o desvio atinge 0,2% (sub-trechos C1 e C2). Podem indicar-se várias

causas para as diferenças encontradas: em primeiro lugar, como é normal, existe alguma

variação na dosagem de betume durante o fabrico; em segundo, a percentagem de betume

do fresado não será certamente uniforme, podendo o seu valor médio, estar acima ou

23


abaixo do considerado; por último, apenas foi possível realizar uma incineração por sub-

trecho, o que poderá ser pouco representativo. Mesmo assim, tomaram-se como referência

as percentagens de betume obtidas por incineração.

4.2.2. Granulometria

Após a incineração, procedeu-se à análise granulométrica do agregado, de modo a poder

verificar o encaixe no fuso granulométrico. As análises granulométricas e a verificação do

encaixe no fuso constam do Anexo D. As granulometrias, na generalidade dos casos,

cumprem o fuso e apresentam um andamento idêntico ao previsto. Como exemplo, mostra-

se na Figura 4.1 a granulometria prevista e a observada no caso do trecho C.

0%

10%

20%30%

40%

50%

60%

70%80%

90%

100%

0,0 0,1 1,0 10,0 100,0

Trecho C - Previsto Trecho C - Observado

Figura 4.1 –Granulometria do trecho C: encaixe no fuso e comparação com o previsto

4.3. Designação dos provetes

Atendendo à diferente origem dos provestes a ensaiar ao longo do estudo (extraídos do

pavimento ou moldados em laboratório) e aos seus diferentes tipos (cilíndricos de

D=100mm, cilíndricos de D= 150mm, lajetas e vigas), entendeu-se por bem definir uma

nomenclatura para a designação dos provetes, a qual obedeceu às seguintes regras:

24


1) Provetes provenientes do pavimento, a sua designação começa por PAV, e os

moldados em laboratório por LAB;

2) Nos provetes cilíndricos, segue-se o valor do diâmetro em mm (100 ou 150); nas

lajetas a maior dimensão (300) e nas vigas o seu comprimento (400);

3) Por último, segue-se a designação do sub-trecho (A1, A2, etc) e o número de

ordem do provete. No caso das lajetas de 300×300×80 mm3, o número de ordem

corresponde ao número da laje de 400mm×400mm de origem, e nas vigas, porque as lajes

deram origem a 4 vigas, acrescenta-se ainda outro número, de 1 a 4.

Indicam-se a seguir alguns exemplos:

LAB100-B34 - Provete cilíndrico com D=100mm, moldado em laboratório com misturas

do sub-trecho B3 e com o número 4;

PAV150-C11 - Provete cilíndrico com D=150mm, proveniente do pavimento, do sub-

trecho C1, a que foi atribuído o número 1;

PAV300-D26 – Lajeta de dimensões 300×300×80mm3, com origem na laje n.º 6 de

400mm×400mm, extraída do pavimento no sub-trecho D2;

PAV400-A254 – Viga de dimensões 400×80×80mm3, proveniente da laje n.º 5 de

400mm×400mm, extraída do pavimento no sub-trecho A2 e a que foi

atribuído o n.º 4.

4.4. Espessura das Camadas

Após a execução dos trechos experimentais foram extraídos, em cada sub-trecho, quatro

tarolos de D=100mm. Tal permitiu verificar a espessura das camadas e dispor, após

serragem e rectificação, de 2 provetes para a compressão Marshall e outros 2 para o ensaio

de compressão uniaxial de cargas repetidas. Na Figura 4.2 podem observar-se quatro

tarolos recolhidos no sub-trecho B2. As espessuras registadas (Quadros 4.2), encontram-se

dentro do esperado, oscilando entre 8,5 e 11,5 cm.

25


Figura 4.2 – Aspecto dos quatro tarolos extraídos do pavimento no sub-trecho B2.

Quadro 4.2 - Espessura (cm) dos tarolos PAV100 e respectivo valor médio, para todos os sub-trechos

Tarolo A1 A2 A3 B1 B2 B3 C1 C2 C3 D1 D2 D3

PAV100-Xi1 8,5 9,0 11,5 10,5 9,5 10,0 9,0 9,5 9,0 8,5 9,5 10,5

PAV100-Xi2 9,0 9,0 9,5 9,5 9,5 10,0 7,5 9,0 8,5 8,5 9,5 9,5

PAV100-Xi3 8,5 9,0 9,5 9,0 10,0 9,0 8,5 9,0 10,0 9,0 9,5 9,5

PAV100-Xi4 8,5 10,0 9,5 9,5 10,5 9,5 9,0 8,5 11,0 9,5 9,5 10,0

Média 8,6 9,3 10,0 9,6 9,9 9,6 8,5 9,0 9,6 8,9 9,5 9,9

4.5. Provetes Moldados em Laboratório

Foram moldados em laboratório 48 provetes Marshall, adiante designados por LAB100, a

partir de misturas fabricadas na central e recolhidas durante a execução dos trechos. Na

Figura 4.2 mostra-se o grupo de provetes produzidos. Procurou-se que a temperatura na

fase de compactação fosse tão próxima quanto possível da temperatura registada durante a

compactação em “obra”. No Quadro 4.3 indica-se a temperatura das misturas observada na

execução dos trechos e a temperatura adoptada em laboratório.

26


Trecho A Trecho B

Trecho C Trecho D

Figura 4.3 – Aspecto dos provetes LAB100, dos trechos A, B, C e D

Quadro 4.3 – Temperatura das misturas na fase de compactação no pavimento e no laboratório

Compactação Trecho A Trecho B Trecho C Trecho D

Pavimento (média) 168,9ºC 144,7ºC 133,3ºC 116,2ºC

Laboratório 165,0ºC 150,0ºC 135,0ºC 125,0ºC

4.6. Provetes Provenientes do Pavimento

Foram seleccionados 24 tarolos de entre os 48 mencionados na secção 4.4, dois por cada

sub-trecho, para serem submetidos ao ensaio de compressão Marshall. Para isso, os

mesmos foram serrados na face inferior de modo a apresentarem uma espessura da ordem

dos 6,3mm. Na Figura 4.4 apresenta-se o conjunto de provetes.

27


Figura 4.4 – Aspecto dos 24 provetes PAV100, dos trechos A, B, C e D

4.7. Baridade das Misturas Compactadas

Actualmente estão disponíveis os valores da baridade de provetes provenientes do

pavimento (PAV100, PAV150 e PAV300) e dos provetes Marshall moldados em

laboratório (LAB100). A baridade foi determinada de acordo com a norma de ensaio

ASTM D 2726-1996 e os resultados dos ensaios encontram-se no Anexo D.

No Quadro 4.4 indica-se o valor médio da baridade dos provetes referidos. Constata-se que

os valores da baridade média dos provetes provenientes do pavimento são semelhantes,

sendo mesmo elevada nos sub-trechos C3 e D3, o que indicia que a porosidade irá ser

muito baixa. Já a baridade dos provetes moldados em laboratório assume valores mais

baixos que os de laboratório, devido às diferentes condições de compactação.

Quadro 4.4 – Média da baridade (g/cm3) das misturas betuminosas compactadas, dos provetes PAV100,

PAV150, PAV300 e LAB100, nos doze sub-trechos

Provetes A1 A2 A3 B1 B2 B3 C1 C2 C3 D1 D2 D3

PAV100 2,356 2,373 2,404 2,381 2,413 2,415 2,355 2,413 2,451 2,419 2,397 2,446

PAV150 2,378 2,380 2,403 2,380 2,408 2,435 2,359 2,369 2,451 2,442 2,410 2,442

PAV300 2,350 2,388 2,395 2,390 2,397 2,422 2,375 2,398 2,456 2,429 2,400 2,453

LAB100 2,309 2,343 2,335 2,350 2,367 2,355 2,333 2,353 2,369 2,369 2,366 2,385

28


4.8. Ensaio de Compressão Marshall

Determinada a baridade dos provetes, efectuou-se o ensaio de compressão Marshall

(NP 142) recorrendo ao equipamento da Figura 4.5. Os resultados do ensaio encontram-se

no Anexo D e os valores médios serão usados na secção 4.10.

Banho Maria Prensa Marshall

Figura 4.5 – Equipamento para realização do ensaio de compressão Marshall

4.9. Baridade Máxima Teórica

A baridade máxima teórica das misturas foi determinada com o picnómetro de vácuo, tal

como é definido na ASTM D 2041 – 1995. Para o efeito foram usadas misturas obtidas dos

provetes sujeitos a rotura no ensaio de compressão Marshall. No caso dos provetes

PAV100, foi realizado um ensaio por cada sub-trecho, e nos LAB100 duas determinações

por trecho, uma no sub-trecho mais rico e outra no mais pobre em betume. Neste último

caso, estimou-se a baridade máxima teórica para as misturas dos sub-trechos centrais (A2,

B2, C2 e D2). No Quadro 4.5 apresentam-se os resultados e no Anexo D os respectivos

relatórios de ensaio.

29


Quadro 4.5 – Baridade máxima teórica (g/cm3) das misturas betuminosas dos provetes PAV100 e LAB100, nos doze sub-trechos1

Misturas A1 A2 A3 B1 B2 B3 C1 C2 C3 D1 D2 D3

PAV100 2,504 2,497 2,493 2,516 2,494 2,475 2,506 2,495 2,486 2,490 2,478 2,467

LAB100 2,503 2,493 2,487 2,514 2,492 2,473 2,513 2,498 2,486 2,480 2,471 2,462


Interessava, nesta fase, proceder a uma verificação das características das misturas,

recorrendo aos resultados já descritos e que dizem respeito aos ensaios com os provetes

dos tipos PAV100 e LAB100 e respectivas misturas. O comportamento das misturas dos

provetes PAV150 e PAV300, será estudado na secção 6. No final do Anexo D apresenta-se

um resumo das características das misturas LAB100, PAV100, PAV150 e PAV300.

A síntese dos resultados obtidos experimentalmente, apresenta-se nos Quadros 4.6 e 4.7,

respectivamente para as misturas dos provetes LAB100 e PAV100. Refira-se que as

características dos provetes PAV100, dizem respeito apenas aos dois provetes sujeitos ao

ensaio de compressão Marshall.

Tomando como referência o CEIEP [3], seleccionaram-se as seguintes exigências:

a) Força de Rotura entre 8000 a 15000 N;

b) Deformação máxima de 4 mm;

c) Valor do VMA mínimo de 13%;

d) Porosidade entre 4,0 e 6,0%.

1 A baridade máxima teórica dos sub-trechos A2, B2, C2 e D2, das misturas LAB100, foi estimada por interpolação linear e tendo em conta as percentagens de betume dos respectivos sub-trechos. Isto porque irá fazer-se a recuperação do betume das misturas dos provetes destes sub-trechos.

30


Quadro 4.6 – Resumo das características das misturas LAB100 e dos resultados do ensaio Marshall

Sub-trecho

pb (%)

Baridade (g/cm3)

Porosidade(%)

TVB (%)

VMA (%)

Sb (%)

Frotura (N)

Deformação (mm)

A1 3,6 2,309 7,8 8,0 15,8 50,7 12283 3,0

A2 4,1 2,343 6,0 9,2 15,3 60,6 12280 3,3

A3 4,6 2,335 6,1 10,3 16,5 62,8 12675 3,4

B1 3,8 2,350 6,5 8,6 15,1 56,8 11553 3,9

B2 4,4 2,367 5,0 10,0 15,0 66,6 13398 4,3

B3 4,7 2,355 4,8 10,6 15,4 69,1 11008 4,5

C1 4,1 2,333 7,2 9,2 16,4 56,3 14790 4,2

C2 4,6 2,353 5,8 10,4 16,2 64,3 14155 4,3

C3 5,0 2,369 4,7 11,4 16,1 70,8 13463 4,6

D1 4,3 2,369 4,5 9,8 14,3 68,7 11160 4,0

D2 4,7 2,366 4,2 10,7 14,9 71,6 9618 3,8

D3 5,1 2,385 3,1 11,7 14,8 79,0 8380 6,0

Quadro 4.7 – Resumo das características das misturas PAV100 e dos resultados do ensaio Marshall

Sub-trecho

pb (%)

Baridade2

(g/cm3) Porosidade

(%) TVB (%)

VMA (%)

Sb (%)

Frotura (N)

Deformação (mm)

A1 3,6 2,351 6,1 8,1 14,2 57,2 6550 4,5

A2 4,1 2,384 4,5 9,4 13,9 67,8 8500 4,8

A3 4,6 2,419 3,0 10,7 13,7 78,3 8950 5,3

B1 3,8 2,378 5,5 8,7 14,2 61,3 8550 5,5

B2 4,4 2,411 3,3 10,2 13,5 75,6 8750 5,3

B3 4,7 2,419 2,3 10,9 13,2 82,9 7200 5,2

C1 4,1 2,374 5,3 9,4 14,6 64,0 7600 5,4

C2 4,6 2,424 2,8 10,7 13,6 79,0 7950 6,6

C3 5,0 2,453 1,3 11,8 13,1 89,7 10800 6,7

D1 4,3 2,419 2,9 10,0 12,9 77,9 9250 6,4

D2 4,7 2,392 3,5 10,8 14,3 75,6 6700 5,4

D3 5,1 2,451 0,7 12,0 12,7 94,7 8050 7,3

2 Os valores da baridade aqui indicados são ligeiramente diferentes dos indicados no Quadro 4.8, pelo facto de corresponderem à média de 2 valores, ao passo que os do referido quadro representam a média de quatro provetes.

31


Os resultados observados em laboratório (LAB100), regra geral, apresentam valores que

observam as exigências anteriores. O intervalo da força de rotura e o valor mínimo do

VMA são sempre respeitados. Os limites da porosidade (4 a 6%) são verificados pelas

misturas de pelo menos um dos três sub-trechos. Já a deformação máxima, respeitada nas

misturas de macadame normal (trecho A), por vezes é ultrapassada nas misturas recicladas.

As misturas dos provetes PAV100, embora verifiquem, em pelo menos um dos três sub-

trechos, o VMA mínimo e a força de rotura, apresentam deformação sempre superior ao

máximo e porosidades demasiado baixas, principalmente nos trechos C e D. Tal terá ficado

a dever-se, por um lado, à temperatura das misturas que, nas incorporações de 30 e 40%,

ficou aquém do desejável e, por outro, à percentagem de betume elevada nos sub-trechos

C3 e D3, onde a porosidade foi inferior a 2,0%.

Os resultados a que se chegou denotam alguma “desconformidade” das misturas recicladas

a quente relativamente às exigências definidas para o macadame betuminoso normal e que

se regem pela formulação Marshall. Mas o que está em causa é saber até que ponto o

método de Marshall será adequado ao estudo de formulação das misturas recicladas a

quente. Assim se justifica que a composição das misturas seja estudada e eventualmente

validada, com base na realização de ensaios de desempenho, os quais reproduzem de forma

mais racional as solicitações a que as misturas estão sujeitas.

32


5. AVALIAÇÃO ESTRUTURAL

5.1. Generalidades

No âmbito da execução dos trechos experimentais com misturas betuminosas recicladas a

quente em central, foi avaliada a capacidade de carga com recurso ao deflectómetro de

impacto (FWD). Nesta secção apresentam-se os resultados da campanha de ensaios

realizada, no dia 1 de Março de 2004, depois da execução dos trechos.

Os ensaios foram realizados com placa de 300 mm de diâmetro e foram impostas quatro

alturas de queda, se bem que, em termos de análise, apenas se consideraram as duas

últimas, por se admitir que os dois primeiros impactos apenas servem para ajustar/calibrar

o equipamento. Foram então realizadas leituras em nove pontos: no centro da placa (f0) e

em pontos afastados, em mm, de: 300 (f1), 450 (f2), 600 (f3), 900 (f4), 1200 (f5), 1500 (f6),

1800 (f7) e 2100 (f8). Na Figura 5.1 apresenta-se o Deflectómetro de Impacto usado nos

ensaios.

Figura 5.1 – Aspecto do deflectómetro de impacto

33


5.2. Análise dos Resultados dos Ensaios

O pavimento existente, construído em zona de aterro, apresentava uma estrutura base

constituída por uma camada de materiais de natureza muito diversa (materiais granulares e

aglutinados, nomeadamente desperdícios de misturas betuminosas ali depositados), com

espessura da ordem dos 25 cm e encarada na análise como uma “sub-base”. Como se verá,

esta camada de “sub-base”, apresenta grandes variações nas suas características de

deformabilidade. Os ensaios foram realizados, entre as 15 e as 18 horas, com uma

temperatura à superfície do pavimento que oscilou entre os 13ºC e os 12ºC

Na análise dos resultados considerou-se, após algumas tentativas, a estrutura tipo indicada

na Figura 5.2. Para espessura das camadas betuminosas adoptaram-se os valores indicados

no Quadro 5.1 e que respeitam os valores da espessura observada nos tarolos de

D=100mm, extraídos nos trechos experimentais.

Figura 5.2– Estrutura considerada na análise, depois da execução dos trechos.

Quadro 5.1 – Espessura das camadas (média e adoptada), nos diferentes sub-trechos

Espessura A1 A2 A3 B1 B2 B3 C1 C2 C3 D1 D2 D3

Média 8,6 9,3 10,0 9,6 9,9 9,6 8,5 9,0 9,6 8,9 9,5 9,9

Adoptada 8,5 9,5 10,0 9,5 10,0 9,5 8,5 9,0 9,5 9,0 9,5 10,0

h (0,085 a 0,100 m) Camada Betuminosa

“Sub-base” 0,25 m

Solo de Fundação 2,00 m

h = ∞

34


Recorrendo à aplicação ELSYM5 na análise estrutural e seguindo a metodologia

habitualmente designada por análise inversa, ou back-calculation, determinaram-se os

módulos de deformabilidade das camadas. Na análise considerou-se para o coeficiente de

Poisson, 0,30 para a camada de sub-base e 0,35 para a fundação e camada betuminosa.

No Anexo E encontra-se um resumo da análise dos resultados, no qual se indicam as

características das camadas, os valores das deflexões medidas na terceira e quarta altura de

queda, os deflectogramas objectivo e os referentes às diferentes tentativas. A título de

exemplo, na Figura 5.3 pode observar-se o deflectograma medido e os deflectogramas

referentes às diferentes tentativas, para a terceira altura de queda, no sub-trecho B2.

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

0 300 600 900 1200 1500 1800 2100

Objectivo (3.ª Queda)

1.ª Tentativa

2.ª Tentativa

Figura 5.3 - Deflectogramas de referência e aproximados, para a terceira altura de queda, no sub-trecho B1

No Quadro 5.2 apresenta-se um resumo da geometria e dos módulos de deformabilidade

das camadas, a que se chegou para os 12 sub-trechos.

35


Quadro 5.2 – Geometria e módulo de deformabilidade das camadas, nos diferentes sub-trechos1

Sub-trecho

Carga 3 (kN)

Carga4 (kN)

hsf (m)

hsb (m)

hm (m)

Esf (MPa)

Esb (MPa)

Em (MPa)

A1 96,6 114,9 2,00 0,25 0,085 80 140 10000

A2 98,3 116,8 2,00 0,25 0,095 100 200 16000

A3 99,6 118,3 2,00 0,25 0,095 100 400 16000

B1 97,3 116,1 2,00 0,25 0,095 100 150 15000

B2 98,8 117,6 2,00 0,25 0,100 100 260 16000

B3 98,7 117,8 2,00 0,25 0,100 100 500 16000

C1 99,0 118,4 2,00 0,25 0,085 120 400 20000

C2 98,1 117,3 2,00 0,25 0,090 100 300 19000

C3 97,9 116,6 2,00 0,25 0,095 120 160 11000

D1 99,2 118,5 2,00 0,25 0,090 140 400 18000

D2 98,3 117,6 2,00 0,25 0,095 120 180 16000

D3 98,4 117,1 2,00 0,25 0,100 110 130 12000

5.3. Correcção do Módulo de Deformabilidade das Misturas

A baixa temperatura à superfície do pavimento, conjugada com a utilização de um ligante

duro, justifica de certa forma os valores altos encontrados. Depois de avaliado o módulo de

deformabilidade procedeu-se à sua correcção para as temperaturas de 20, 25 e 30 ºC, as

quais se encontram dentro da gama de temperaturas de serviço observadas em Portugal.

Para cada caso, estimou-se o módulo à temperatura T, com base na seguinte expressão:

TTET KEE ×=

em que,

ET – Módulo de deformabilidade da mistura betuminosa à temperatura T;

ETE – Módulo de deformabilidade da mistura betuminosa à temperatura de ensaio;

KT – coeficiente de correcção do módulo à temperatura TE para a temperatura T.

1 No sub-trecho C1, além das camadas referidas no quadro, identificou-se uma camada betuminosa com espessura de 5 cm e um módulo de deformabilidade de 4000 MPa, como se pode confirmar no Anexo E.

36


Os coeficientes de correcção (K20, K25 e K30) foram avaliados com base nas estimativas

dos módulos de deformabilidade à temperatura de ensaio, fixada em 13 ºC, e às respectivas

temperaturas (20, 25 e 30 ºC). Os módulo de deformabilidade das misturas foram

estimados, tomando como referência as expressões de previsão da Shell, disponíveis por

exemplo em [7], e com base nas características médias das misturas compactadas

provenientes do pavimento (percentagens de betume, VMA, TVB). A penetração do

ligante estimou-se a partir da expressão a seguir indicada, referida em [6]:

log(pen2)R)(1log(pen1)Rlog(pen) ×−+×=

onde,

pen – penetração a 25ºC do ligante final da mistura reciclada;

R – relação de ligante envelhecido no ligante total da mistura reciclada;

pen1 – penetração a 25ºC do ligante envelhecido (recuperado do fresado);

pen2 – penetração a 25ºC do ligante de adição recuperado.

Tomou-se como boa indicação 65% do valor médio dos limites de penetração para o

betume novo (0,65×42,5 10-1mm) e a penetração de 14 10-1mm determinada em [2]. No

Quadro 5.3 apresenta-se um resumo dos valores considerados na avaliação dos módulos de

deformabilidade para os 12 sub-trechos.

Quadro 5.3 – Características das misturas e do ligante, consideradas na avaliação do módulo de deformabilidade das misturas, para os diferentes sub-trechos

Grandeza A1 A2 A3 B1 B2 B3 C1 C2 C3 D1 D2 D3

VMA 13,9 13,9 14,2 14,0 13,7 13,0 14,8 14,5 13,1 12,5 14,0 12,8

TVB 8,1 9,4 10,6 8,7 10,2 10,9 9,4 10,6 11,8 10,0 10,8 12,0

Va 86,1 86,1 85,8 86,0 86,3 87,0 85,2 85,5 86,9 87,5 86,0 87,2

pb 3,6 4,1 4,6 3,8 4,4 4,7 4,1 4,6 5,0 4,3 4,7 5,1

pb(novo) 3,6 4,1 4,6 3,0 3,6 3,9 2,9 3,4 3,8 2,7 3,1 3,5

pb (env.) - - - 0,8 0,8 0,8 1,2 1,2 1,2 1,6 1,6 1,6

R 0,0 0,0 0,0 0,211 0,182 0,170 0,293 0,261 0,240 0,372 0,340 0,314

penr 27,6 27,6 27,6 23,9 24,4 24,6 22,6 23,1 23,5 21,4 21,9 22,3

37


No Quadro 5.4 apresentam-se os resultados da estimativa do módulo de deformabilidade e

no Quadro 5.5 a síntese dos coeficientes de correcção, havendo a registar o facto de os

módulos obtidos a 13ºC com base nos ensaios de auscultação estrutural (Quadro 5.2) serem

da mesma ordem de grandeza dos estimados.

Quadro 5.4 – Módulos de deformabilidade, estimados pelas expressões da Shell, a 13, 20, 25 e 30ºC, para as

misturas dos 12 sub-trechos

Módulo A1 A2 A3 B1 B2 B3 C1 C2 C3 D1 D2 D3

E13 (MPa) 14000 14010 13650 14770 15050 15960 14140 14390 16140 17590 15370 16910

E20 (MPa) 9510 9380 9010 10380 10450 11090 9970 10060 11360 12970 11000 12170

E25 (MPa) 6550 6320 5950 7190 7050 7390 6860 6780 7520 8900 7440 8090

E30 (MPa) 4270 4010 3700 4720 4490 4650 4480 4330 4700 5790 4770 5080

Quadro 5.5 – Coeficientes de correcção dos módulos das misturas a 13ºC para 20, 25 e 30 ºC

Coeficiente A1 A2 A3 B1 B2 B3 C1 C2 C3 D1 D2 D3

K20 (Shell) 0,68 0,67 0,66 0,70 0,69 0,69 0,71 0,70 0,70 0,74 0,72 0,72

K20 (Adopt.) 0,67 0,70 0,70 0,72

K25 (Shell) 0,47 0,45 0,44 0,49 0,47 0,46 0,49 0,47 0,47 0,51 0,48 0,48

K25 (Adopt.) 0,45 0,47 0,47 0,49

K30 (Shell) 0,31 0,29 0,27 0,32 0,30 0,29 0,32 0,30 0,29 0,33 0,31 0,30

K30(Adopt.) 0,29 0,30 0,30 0,31

Finalmente, com base nos coeficientes de correcção adoptados (Quadro 5.5), fez-se a

correcção dos módulos de deformabilidade das misturas para as temperaturas de 20, 25 e

30ºC (Quadro 5.6).

Quadro 5.6 – Módulos de deformabilidade observados a 13ºC e corrigidos para 20, 25 e 30ºC

Módulo A1 A2 A3 B1 B2 B3 C1 C2 C3 D1 D2 D3

E13 (MPa) 10000 16000 16000 15000 16000 16000 20000 19000 11000 18000 16000 12000

E20 (MPa) 6700 10710 10710 10460 11160 11160 14050 13350 7730 13040 11590 8690

E25 (MPa) 4520 7230 7230 7090 7560 7560 9480 9010 5210 8810 7830 5870

E30 (MPa) 2870 4600 4600 4550 4850 4850 6060 5760 3330 5640 5010 3760

38


Na Figura 5.4 faz-se a representação gráfica dos módulos de deformabilidade, para a

temperatura de 25ºC, obtidos por correcção dos valores da avaliação estrutural, e os

estimados pelas expressões da Shell. Os valores são muito próximos nos sub-trechos A2,

A3, B1, B2, B3, D1 e D2. Nos sub-trechos C1 e C2 obteve-se um módulo relativamente

mais alto que o previsível e nos sub-trechos A1, C3 e D3 mais baixo. Aliás, nestes dois

últimos casos, o comportamento à deformação permanente, a ver na secção seguinte, virá a

confirmar o pior desempenho das misturas destes dois sub-trechos relativamente aos

restantes do trecho. No caso do sub-trecho A1, o resultado terá ficado a dever-se às más

condições de fundação e não propriamente às características da mistura. Os módulos de

deformabilidade a que se chegou poderão constituir uma boa referência, havendo, no

entanto que confirmar tais indicações, na análise dos resultados da avaliação das

características de deformabilidade que se irão realizar em laboratório a curto prazo.

0

2000

4000

6000

8000

10000

12000

A1 A2 A3 B1 B2 B3 C1 C2 C3 D1 D2 D3

Mód

ulo

de D

efor

mab

ilida

de (M

Pa)

Análise Estimativa - Shell

Figura 5.4 – Comparação entre o módulo de deformabilidade a 25ºC, obtido na análise-inversa e estimado

pelas expressões da Shell

39


6. AVALIAÇÃO DO COMPORTAMENTO À DEFORMAÇÃO

PERMANENTE

6.1. Generalidades

Para avaliar o comportamento à deformação permanente das misturas betuminosas, foram

realizados ensaios com simulador de tráfego (Wheel tracking) e ensaios de compressão

uniaxial de cargas repetidas, sobre provetes provenientes dos trechos experimentais. Em

ambos os casos, adoptou-se uma temperatura de 45ºC, a qual representa, no nosso país, o

máximo a adoptar nos ensaios de caracterização à deformação permanente de misturas

betuminosas para camada de base (Capitão, [8]; Freire, [9]). A análise dos resultados,

permitiu chegar a algumas conclusões sobre o comportamento à deformação permanente

das misturas betuminosas recicladas a quente aplicadas nos trechos experimentais.

6.2. Ensaios com Simulador de Tráfego - Wheel tracking


Os ensaios com simulador de tráfego, habitualmente designados por ensaios de Wheel

tracking, foram realizados com o equipamento existente no DEC-FCTUC (Figura 6.1), o

qual permite ensaiar lajetas de 300×300×h mm3, com (h ≤ 80 mm), tal como é preconizado

na prEN 12697-22, Test Methods for Hot Mix Asphalt – Wheel Tracking, (CEN, [10]). Esta

recomenda, para o tipo de misturas em estudo, que as lajetas apresentem uma espessura de

80 mm e que a carga rolante aplicada seja de 700 N.

Figura 6.1 – Aspecto do simulador de tráfego (Wessex Wheel Tracker, DEC-FCTUC)

40


O condicionamento, ao ar, decorreu durante um mínimo de seis horas e a temperatura de

ensaio, como já se referiu, fixou-se em 45ºC. Adoptou-se uma duração de 45 minutos e

uma velocidade de aplicação da carga de 21 ciclos/minuto, correspondendo cada ciclo a

duas passagens.

6.2.2. Caracterização dos provetes (lajetas)

Para realizar os ensaios seriam necessárias 3 lajetas por sub-trecho, o que corresponde a 9

lajetas por trecho e um total de 36 lajetas para os quatro trechos. As lajetas, de

300×300×80mm3, já referidas na secção 4, foram obtidas por serragem e rectificação de

lajes de 400mm×400mm×Espessura da camada, extraídas do pavimento (Figura 6.2).

Figura 6.2 – Levantamento de lajes de 400mm×400mm×Espessura da camada

No Quadro 6.1 resumem-se as seguintes características das lajetas: designação, espessura,

percentagem de betume, baridade, baridade máxima teórica, porosidade, TVB e VMA. Os

relatórios de ensaio referentes à determinação da baridade, apresentam-se no Anexo D. Os

valores da percentagem de betume e da baridade máxima teórica já tinham sido

determinados na secção 4. A título de exemplo apresenta-se, na Figura 6.3, a lajeta

PAV300-D34, antes, durante e após o ensaio.

Figura 6.3 – Exemplo da lajeta PAV300-D34, antes, durante e após o ensaio com simulador de tráfego

41


Quadro 6.1 – Características das lajetas 300×300×80mm3 ensaiadas no simulador de tráfego

Designação da Lajeta

Espessura (mm)

Percent. Bet. (%)

Baridade (g/cm3)

Barid. Max. Teórica (g/cm3)

Porosidade (%)

TVB (%)

VMA (%)

PAV300-A12 73 3,6 2,348 2,504 6,2 8,1 14,4 PAV300-A15 78 3,6 2,339 2,504 6,6 8,1 14,7 PAV300-A16 79 3,6 2,364 2,504 5,6 8,2 13,8 PAV300-A21 76 4,1 2,364 2,497 5,3 9,3 14,6 PAV300-A22 72 4,1 2,398 2,497 4,0 9,5 13,4 PAV300-A24 80 4,1 2,402 2,497 3,8 9,5 13,3 PAV300-A33 78 4,6 2,390 2,493 4,1 10,6 14,7 PAV300-A35 77 4,6 2,396 2,493 3,9 10,7 14,6 PAV300-A36 76 4,6 2,399 2,493 3,8 10,7 14,5 PAV300-B11 77 3,8 2,403 2,516 4,5 8,8 13,3 PAV300-B15 77 3,8 2,382 2,516 5,3 8,7 14,0 PAV300-B16 76 3,8 2,384 2,516 5,2 8,7 14,0 PAV300-B23 75 4,4 2,392 2,494 4,1 10,1 14,2 PAV300-B24 72 4,4 2,406 2,494 3,5 10,2 13,7 PAV300-B25 75 4,4 2,392 2,494 4,1 10,1 14,2 PAV300-B33 78 4,7 2,424 2,475 2,1 11,0 13,0 PAV300-B35 77 4,7 2,422 2,475 2,1 10,9 13,1 PAV300-B36 76 4,7 2,421 2,475 2,2 10,9 13,1 PAV300-C13 76 4,1 2,386 2,506 4,8 9,4 14,2 PAV300-C14 78 4,1 2,385 2,506 4,8 9,4 14,2 PAV300-C15 76 4,1 2,353 2,506 6,1 9,3 15,4 PAV300-C21 78 4,6 2,424 2,495 2,8 10,7 13,6 PAV300-C24 78 4,6 2,355 2,495 5,6 10,4 16,0 PAV300-C26 75 4,6 2,416 2,495 3,2 10,7 13,9 PAV300-C33 75 5,0 2,457 2,486 1,2 11,8 13,0 PAV300-C34 74 5,0 2,456 2,486 1,2 11,8 13,0 PAV300-C36 73 5,0 2,456 2,486 1,2 11,8 13,0 PAV300-D14 78 4,3 2,419 2,490 2,9 10,0 12,9 PAV300-D15 77 4,3 2,435 2,490 2,2 10,1 12,3 PAV300-D16 77 4,3 2,434 2,490 2,2 10,1 12,3 PAV300-D23 76 4,7 2,376 2,478 4,1 10,7 14,9 PAV300-D25 78 4,7 2,387 2,478 3,7 10,8 14,5 PAV300-D26 77 4,7 2,438 2,478 1,6 11,0 12,6 PAV300-D33 74 5,1 2,453 2,467 0,6 12,0 12,6 PAV300-D34 77 5,1 2,453 2,467 0,6 12,0 12,6 PAV300-D36 78 5,1 2,453 2,467 0,6 12,0 12,6

42



Entendeu-se por bem apresentar aqui, de forma resumida, os valores médios encontrados

para cada um dos quatro trechos. Assim, nas Figuras 6.4 a 6.7, apresenta-se a evolução do

valor médio da deformação permanente, expressa em mm, observada no ensaio com

simulador de tráfego, para cada um dos quatro trechos, apresentando-se em cada gráfico a

evolução média observada nos respectivos sub-trechos. No Anexo F apresentam-se, de

forma mais detalhada, os resultados de todos os ensaios. Além da deformação permanente

observada no final do ensaio, determinou-se, por ajuste linear, a velocidade de deformação

nos últimos 15 minutos (Vdef-30/45). No Quadro 6.2 indicam-se, para os doze sub-trechos, a

deformação permanente e a velocidade de deformação.

0,0

1,0

2,0

3,0

4,0

5,0

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45Tempo (min)

Def

orm

ação

(mm

)

A1

A2

A3

Figura 6.4 – Evolução do valor médio da deformação permanente observada no ensaio com simulador de

tráfego, para as misturas do trecho A

0,0

1,0

2,0

3,0

4,0

5,0

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45Tempo (min)

Def

orm

ação

(mm

)

B1

B2

B3


tráfego, para as misturas do trecho B

43


0,0

1,0

2,0

3,0

4,0

5,0

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45Tempo (min)

Def

orm

ação

(mm

)

C1

C2

C3


tráfego, para as misturas do trecho C

0,0

1,0

2,0

3,0

4,0

5,0

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45Tempo (min)

Def

orm

ação

(mm

)

D1D2D3


tráfego, para as misturas do trecho D

Quadro 6.2 – Valores observados no ensaio com simulador de tráfego: Deformação permanente, velocidade

de deformação (Vdef-30/45)

Trecho Sub-trecho Deformação permanente (mm)

Vdef-30/45 (10-3mm/minuto)

A1 2,57 55,5 A2 2,50 61,2 A A3 3,64 75,2 B1 1,00 14,7 B2 1,51 21,0 B B3 1,31 13,4 C1 0,76 12,7 C2 1,08 14,4 C C3 1,46 11,4 D1 0,97 11,8 D2 1,48 19,6 D D3 4,77 23,0

44


6.3. Ensaios de compressão uniaxial de cargas repetidas


Os ensaios de compressão uniaxial de cargas repetidas, para avaliação do comportamento à

deformação permanente das misturas, foram realizados na Máquina de Ensaios com

Aplicação de Cargas Repetidas, desenvolvida no DEC-FCTUC, a qual permite executar

também ensaios de flexão de cargas repetidas com vista à avaliação das características de

deformabilidade e de resistência à fadiga. Em [8] uma descrição adequada do equipamento.

Os ensaios desenrolaram-se de acordo com a prEN 12697-25, Bituminous mixtures - Test

Methods for Hot Mix Asphalt – Part 25: Cyclic Compression test, (CEN, [11]). A

temperatura, tal como no ensaio com simulador de tráfego, fixou-se em 45ºC, sendo o

condicionamento cumprido durante um mínimo de seis horas. Em termos de carregamento,

adoptou-se uma carga do tipo sinusoidal com repouso de 1 segundo (Figura 6.8), sendo a

pressão de 150 kPa assegurada para a carga de 1,1 kN e a duração de 2 horas (3600 ciclos).

0,00,20,40,60,81,01,21,4

120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130

Tempo (s)

Carg

a (k

N)

0,500,520,540,560,580,600,620,64

Des

loca

men

to (m

m)

Carga (kN)

Deslocamento(mm)

Figura 6.8 – Exemplo de forma da onda sinusoidal de carregamento adoptada e da evolução do deslocamento 6.3.2. Caracterização dos provetes

Para realizar os ensaios de compressão de cargas repetidas (uniaxiais, de que agora se trata,

e triaxiais, a realizar depois), foram extraídos, por carotagem (Figura 6.9), tarolos

cilíndricos com D=150mm, já referidos na secção 4. Contando, para cada caso, com 2

provetes para os ensaios uniaxiais, 6 para os triaxiais e ainda 2 de reserva, foram extraídos

10 tarolos por sub-trecho, o que conduziu a 120 tarolos no global. Após extracção, os

tarolos foram serrados na face inferior e rectificados em ambas as faces.

45


Figura 6.9 – Extracção de tarolos de D=150mm No Quadro 6.3 resumem-se as seguintes as características dos provetes ensaiados. Os

relatórios de ensaio referentes à determinação da baridade, apresentam-se no Anexo D, e

para a baridade máxima teórica, adoptaram-se os valores determinados na secção 4.

Quadro 6.3 – Características dos provetes cilíndricos de D=150mm, sujeitos a ensaio de compressão uniaxial Designação da

Lajeta Altura (mm)

Percent. Bet. (%)

Baridade (g/cm3)

Barid. Max. Teórica (g/cm3)

Porosidade (%)

TVB (%)

VMA (%)

PAV150-A11 86 3,6 2,389 2,504 4,6 8,3 12,9 PAV150-A12 82 3,6 2,362 2,504 5,7 8,2 13,8 PAV150-A21 88 4,1 2,395 2,497 4,1 9,4 13,5 PAV150-A22 91 4,1 2,420 2,497 3,1 9,5 12,6 PAV150-A31 107 4,6 2,390 2,493 4,1 10,6 14,7 PAV150-A32 96 4,6 2,426 2,493 2,7 10,7 13,4 PAV150-B13 104 3,8 2,384 2,516 5,2 8,7 14,0 PAV150-B16 108 3,8 2,385 2,516 5,2 8,7 13,9 PAV150-B28 102 4,4 2,406 2,494 3,5 10,2 13,7

PAV150-B210 103 4,4 2,402 2,494 3,7 10,2 13,9 PAV150-B35 100 4,7 2,435 2,475 1,6 11,0 12,6 PAV150-B37 97 4,7 2,425 2,475 2,0 11,0 13,0 PAV150-C18 90 4,1 2,353 2,506 6,1 9,3 15,4 PAV150-C19 88 4,1 2,340 2,506 6,6 9,2 15,8 PAV150-C24 90 4,6 2,383 2,495 4,5 10,5 15,0

PAV150-C210 88 4,6 2,350 2,495 5,8 10,4 16,2 PAV150-C34 108 5,0 2,452 2,486 1,4 11,8 13,2 PAV150-C39 100 5,0 2,453 2,486 1,3 11,8 13,1 PAV150-D14 82 4,3 2,437 2,490 2,1 10,1 12,2 PAV150-D17 83 4,3 2,447 2,490 1,7 10,1 11,8 PAV150-D21 89 4,7 2,399 2,478 3,2 10,8 14,0 PAV150-D26 85 4,7 2,428 2,478 2,0 11,0 13,0 PAV150-D34 90 5,1 2,442 2,467 1,0 12,0 13,0 PAV150-D35 94 5,1 2,443 2,467 1,0 12,0 13,0

46



Apresentam-se aqui, de forma resumida, os valores médios encontrados para cada um dos

quatro trechos. Assim, nas Figuras 6.10 a 6.13, apresenta-se a evolução do valor médio da

deformação axial permanente, expressa em percentagem, para cada um dos quatro trechos,

apresentando-se em cada gráfico a evolução média observada nos respectivos sub-trechos.

No Anexo G apresentam-se, de forma mais detalhada, os resultados de todos os ensaios.

Além da deformação axial permanente final, determinou-se, por ajuste linear, a velocidade

de deformação nos últimos 1000 ciclos (Vdef). No Quadro 6.4 indicam-se, para os doze

sub-trechos, a deformação axial permanente e a velocidade de deformação.

0,0%

0,3%

0,6%

0,9%

1,2%

1,5%

0 600 1200 1800 2400 3000 3600

Número de Ciclos

Def

orm

. Axi

al P

erm

anen

te (%

)

A1

A2

A3

Figura 6.10 – Evolução da deformação axial permanente observada no ensaio de compressão uniaxial de

cargas repetidas, para as misturas do trecho A

0,0%

0,3%

0,6%

0,9%

1,2%

1,5%

0 600 1200 1800 2400 3000 3600

Número de Ciclos

Def

orm

ação

Axi

al P

erm

anen

te (%

)

B1

B2

B3


cargas repetidas, para as misturas do trecho B

47


0,0%

0,5%

1,0%

1,5%

2,0%

2,5%

0 600 1200 1800 2400 3000 3600

Número de Ciclos

Def

orm

. Axi

al P

erm

anen

te (%

)

C1

C2

C3


cargas repetidas, para as misturas do trecho C

0,0%

1,0%

2,0%

3,0%

4,0%

5,0%

0 600 1200 1800 2400 3000 3600

Número de Ciclos

Def

orm

. axi

al p

erm

anen

te (%

)

D1

D2

D3


cargas repetidas, para as misturas do trecho D

Quadro 6.4 – Valores observados no ensaio de compressão uniaxial de cargas repetidas: Deformação axial permanente (εN), velocidade de deformação (Vdef)

Trecho Sub-trecho εN (%) Vdef (10-6mm/ciclo) A1 1,19 70 A2 1,27 93 A A3 1,42 167 B1 1,18 99 B2 1,29 98 B B3 1,15 69 C1 0,69 30 C2 1,35 132 C C3 1,70 76 D1 0,62 15 D2 1,08 59 D D3 4,06 159

48



Pretende-se, nesta fase, fazer uma análise conjunta e comparativa dos resultados obtidos

nos ensaios com simulador de tráfego e nos ensaios de compressão uniaxial de cargas

repetidas. Para isso, nas Figuras 6.14 a 6.17, representam-se graficamente os valores da

deformação permanente e da velocidade de deformação, antes resumidos nos Quadros 6.2

(ensaios com simulador de tráfego) e 6.4 (ensaios de compressão uniaxial).

0,00

1,00

2,00

3,00

4,00

5,00

A1 A2 A3 B1 B2 B3 C1 C2 C3 D1 D2 D3

Sub-trechos

Def

orm

ação

Per

man

ente

(mm

)

Figura 6.14 – Valor médio da deformação permanente observada no ensaio com simulador de tráfego, para

os doze sub-trechos.

0,00

1,00

2,00

3,00

4,00

5,00

A1 A2 A3 B1 B2 B3 C1 C2 C3 D1 D2 D3

Sub-trechos

Def

orm

ação

Axi

al P

erm

anen

te (%

)

Figura 6.15 – Valor médio da deformação axial permanente observada no ensaio de compressão uniaxial de

cargas repetidas, para os doze sub-trechos.

49


0

20

40

60

80

100

A1 A2 A3 B1 B2 B3 C1 C2 C3 D1 D2 D3

Sub-trechos

Vel

. Def

orm

. (10

-3m

m/m

in)

Figura 6.16 – Velocidade de deformação observada no ensaio com simulador de tráfego, para os doze sub-

trechos.

0

40

80

120

160

200

A1 A2 A3 B1 B2 B3 C1 C2 C3 D1 D2 D3

Sub-trechos

Vel

oc. D

efor

m. (

10-6

mm

/cic

lo)

Figura 6.17 – Velocidade de deformação observada no ensaio de compressão uniaxial de cargas repetidas,

para os doze sub-trechos.

Os valores encontrados e a observação da sua representação gráfica, permite chegar às

seguintes conclusões:

a) no que respeita aos parâmetros de referência (deformação permanente e velocidade

de deformação), como seria de esperar, existe uma tendência para o seu

agravamento com o aumento da percentagem de betume;

50


b) o comportamento à deformação permanente das misturas do trecho A é

manifestamente pior no caso do sub-trecho A3, observando-se um comportamento

idêntico nos sub-trechos A1 e A2, mas com ligeira vantagem do primeiro;

c) nos trechos C e D, existe claramente um melhor desempenho dos primeiros sub-

trechos (C1 e D1), o qual, por comparação, não deixa de ser satisfatório nos sub-

trechos seguintes (C2 e D2). Já no que respeita aos sub-trechos C3 e D3,

apresentam, comparativamente aos anteriores, valores normalmente elevados (de

deformação permanente e de velocidade de deformação), sendo excepção a

velocidade de deformação do sub-trecho D3 no ensaio de compressão uniaxial;

d) os sub-trechos B1, B2 e B3, apresentam comportamento muito semelhante, o que

demonstra que a percentagem de betume central (do sub-trecho B2) terá sido a

ideal. O mesmo não se poderá dizer dos trechos C e D, onde a percentagem de

referência deveria ter sido inferior.

51


7. CONCLUSÕES FINAIS E TRABALHO FUTURO

Ao longo do presente relatório fez-se uma avaliação das características gerais das misturas,

das suas características de deformabilidade e do seu comportamento à deformação

permanente, pelo que se justificava, no final desta etapa dos trabalhos, proceder a uma

análise global do desempenho das misturas aplicadas nos trechos experimentais. Para isso,

elaborou-se, para cada trecho, um resumo da avaliação qualitativa e comparativa entre os

diferentes sub-trechos (Quadro 7.1).

Quadro 7.1 – Apreciação qualitativa do desempenho das misturas

Características gerais das misturas

Características de

deformabilidade

Deformação permanente (Wheel Tracking)

Deformação permanente (Compr. uniaxial) Trecho

Melhor Pior Melhor Pior Melhor Pior Melhor Pior

A A2 A1/A3 A2/A3 A1 A1/A2 A3 A1/A2 A3

B B2 B1/B3 B1/B2/B3 - B1/B2/B3 - B1/B2/B3 -

C C1 C2/C3 C1/C2 C3 C1 C2/C3 C1 C3

D D1 D2/D3 D1/D2 D3 D1/D2 D3 D1 D3

No global pode afirmar-se que, entre as fórmulas estudadas, existe uma indicação de

melhor desempenho global das misturas dos sub-trechos A2, B2, C1 e D1, as quais

apresentavam percentagens de betume muito idênticas. Espera-se que esta conclusão venha

a ser confirmada na avaliação dos módulos de deformabilidade e da vida à fadiga, a

realizar em laboratório a curto prazo. Paralelamente, irá estudar-se também o desempenho

de misturas produzidas em laboratório, dos sub-trechos A2, B2, C1 e D1.

No futuro, depois de terminados os ensaios previstos, irá transpor-se para obra, num troço

com uma extensão de 100 m, numa zona em escavação e em aterro, a fórmula de trabalho

mais adequada. Esta será estabelecida seguindo a metodologia habitual (que depende das

características dos materiais então disponíveis) e tendo em conta os resultados dos estudos

agora concluídos e em curso, nomeadamente no que respeita à percentagem de betume.

52


A decisão sobre a taxa de reciclagem de referência irá ter em conta a experiência adquirida

aquando da execução dos trechos (fabrico e colocação em obra), as características da

central, as limitações próprias da incorporação do fresado a frio e, não menos importante, a

eventual confirmação das conclusões do presente trabalho no que respeita aos ensaios de

desempenho previstos.

Coimbra, 17 de Outubro de 2004 Prof. Doutor Luís Picado Santos Eng.º António Miguel Costa Baptista (Coordenador do Estudo)

53


REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

[1] - Picado-Santos, L.; Baptista, A., “IP5 – Troço Angeja/A1. Estudo da Reciclagem do Pavimento”, 1.º Relatório, FCTUC/LUSOSCUT, Junho de 2002.

[2] - Picado-Santos, L.; Baptista, A., “IP5 – Troço Angeja/A1. Estudo da Reciclagem do Paviment”, 2.º Relatório, FCTUC/LUSOSCUT, Outubro de 2002.

[3] – Instituto das Estradas de Portugal, “Caderno de encargos-tipo”, Lisboa, 1998.

[4] - Instituto das Estradas de Portugal, “Manual de Concepção de Pavimentos para a Rede Rodoviária Nacional”, Lisboa, 1995.

[5] – EAPA – European Asphalt Pavement Association, “Directivas ambientais sobre as melhores técnicas disponíveis (BAT) para a produção de misturas betuminosas”, 1998.

[6] – Rubio, Aurélio Ruiz, “Reciclado de Mezclas Bituminosas en Planta en Caliente: Proceso, ventajas y limitaciones, empleo y perspectivas”, Jornadas sobre Mezcals Bituminosas Recicladas en Caliente, Barcelona, 18 a 20 de Setembro de 2001.

[7] – Picado-Santos, L.; Pereira, Paulo, “Pavimentos Rodoviários”, edição dos autores, 2002.

[8] – Capitão, Silvino D., “Caracterização Mecânica de Misturas Betuminosas de alto Módulo de Deformabilidade”, Dissertação submetida à FCT da Universidade de Coimbra, para obtenção do grau de Doutor em Engenharia Civil, DEC-FCTUC, Coimbra, 2003.

[9] – Freire, Ana C., “Deformações Permanentes de Misturas Betuminosas em Pavimentos Rodoviários”, Dissertação submetida à FCT da Universidade de Coimbra, para obtenção do grau de Doutor em Engenharia Civil, Lisboa-LNEC, 2002.

[10] – CEN – European Committee for Standardization, “Bituminous mixtures – test methods for hot mix asphalt – Part 22: Wheel Tracking“, Draft prEN 12697-22, Bruxelas, 1998.

[11] – CEN – European Committee for Standardization, “Bituminous mixtures – test methods for hot mix asphalt – Part 25: Cyclic Compression test“, Draft prEN 12697-25, Bruxelas, 2001.

54

ANEXO A

Ensaios de caracterização dos materiais disponíveis

ANEXO B

Fórmulas de trabalho

ANEXO C

Registo do fabrico das misturas em central

ANEXO D

Características base das misturas

ANEXO E

Avaliação estrutural com deflectómetro de impacto

ANEXO F

Ensaios com simulador de tráfego – Wheel Tracking

ANEXO G

Ensaios de compressão uniaxial de cargas repetidas

reciclagem a quente de misturas betuminosas em … · página n.º 6.3. ensaios de compressão...

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