Aspectos Técnicos na Conservação e Reabilitação de

PAVIMENTOS RODOVIÁRIOS

Processos Construtivos nas Técnicas

de Conservação e Reabilitação

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“A UTILIZAÇÃO DE LIGANTES BETUMINOSOS A FRIO EM PAVIMENTAÇÃO RODOVIÁRIA”

RESUMO

A construção e conservação de novas infra-estruturas rodoviárias, tem-se revelado como um

factor de desenvolvimento social e económico à escala mundial, à qual não é alheio o

recurso a técnicas que permitam optimizar os recursos financeiros disponíveis.

São porventura as emulsões betuminosas aquelas que mais terão evoluído, tanto do ponto

de vista da diversificação das suas aplicações, como do ponto de vista da optimização e

“performance” das suas características.

Podemos certamente considerar que as emulsões betuminosas como material de

construção e conservação no domínio rodoviário estão certamente na primeira linha dos

conceitos inerentes à inovação e qualidade requeridos para os ligantes betuminosos em

geral.

No âmbito deste trabalho procurar-se-á efectuar a elaboração de um quadro síntese das

emulsões betuminosas mais correntemente indicadas para cada aplicação específica.

É pois nesse contexto que a presente comunicação visará como objectivo essencial, a

apresentação em linhas gerais do estado actual das técnicas rodoviárias associadas ao

ligante betuminoso por excelência utilizado na construção e conservação rodoviária

recorrendo à tecnologia a frio. Estamos naturalmente a falar das Emulsões Betuminosas.

INTRODUÇÃO

A construção de novas infra-estruturas rodoviárias em Portugal tem registado nos últimos

anos um incremento significativo. Esse facto, associado ao constante grau de exigência a

que as mesmas actualmente estão sujeitas, tem levado à execução de infra-estruturas

rodoviárias bastante diversificadas, algumas dotadas de características especiais. Em

consequência, tem-se assistido à implementação em Portugal de novas técnicas e materiais

rodoviários, dando a esta temática um significado cuja tendência é previsível venha cada

vez mais a ter uma importância acrescida.

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Nessa perspectiva, o objectivo fundamental deste documento é o de apresentar em linhas

gerais o estado actual das técnicas rodoviárias associadas ao ligante betuminoso por

excelência utilizado na construção e conservação rodoviária recorrendo à tecnologia a frio,

estamos naturalmente a falar das Emulsões Betuminosas.

ARTIGO

1. ENQUADRAMENTO

Os ligantes betuminosos mais correntemente utilizados em Portugal, no domínio rodoviário,

são basicamente:

Betumes de destilação directa do petróleo bruto (normalmente designados pelos limites

de penetração).

Betumes fluidificados ou “Cut-Back`s” (betume menos viscoso por adição de um

fluidificante convenientemente volátil).

Betumes modificados.

Emulsões betuminosas.

São porventura as emulsões betuminosas aquelas que mais terão evoluído, tanto do ponto

de vista da diversificação das suas aplicações, como do ponto de vista da optimização e

“performance” das suas características. Podemos certamente afirmar que as emulsões

betuminosas como material de construção no domínio rodoviário estão certamente na

primeira linha dos conceitos inerentes à inovação e qualidade requeridos para os ligantes

betuminosos em geral.

2. CONCEITOS GENÉRICOS

Uma emulsão betuminosa define-se como sendo a dispersão de um líquido (betume) noutro

(água) em forma de partículas microscópicas. O líquido onde se realiza a dispersão (água)

designa-se por fase contínua ou externa e o líquido dispersado (betume) fase dispersa ou

interna. Nestas condições, a emulsão recebe o nome de directa.

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Os componentes básicos de uma emulsão betuminosa são:

- Ligante betuminoso;

- Água;

- Emulsionantes;

- Aditivos específicos.

As emulsões betuminosas correntemente utilizadas em Portugal, são de natureza Catiónica

ou Aniónica, de acordo com a carga das partículas de betume seja positiva ou negativa

respectivamente.

A sua classificação é feita atendendo à velocidade de rotura (separação irreversível das

fases constituintes, água e betume) que apresentam face a um mesmo tipo de utilização, e

são identificadas pelas letras R, M, L, (Rápida, Média e Lenta respectivamente).

Existem em Portugal duas Especificações do Laboratório Nacional de Engenharia Civil que

contemplam algumas das emulsões betuminosas utilizadas em Portugal, e que são a E128-

1984 (Emulsões Betuminosas Aniónicas para Pavimentação), e a E354-1984 (Emulsões

Betuminosas Catiónicas para Pavimentação). As restantes emulsões betuminosas são

objecto de enquadramento pelos Cadernos de Encargos tipo ou por Fichas Técnicas

individualizadas das Empresas Produtoras, submetidas a posterior aprovação.

3. TÉCNICAS A FRIO

Pode-se considerar como técnica a frio, qualquer combinação de um material granular e de

um ligante betuminoso de características tais, que se pode manejar, espalhar e compactar à

temperatura ambiente.

A utilização de um ligante betuminoso nas técnicas a frio, comparativamente às técnicas a

quente, que mais correntemente implica a utilização de betumes de destilação directa puros

ou modificados, pode resumir-se nos seguintes tópicos:

VERSATILIDADE

- Facilidade, mobilidade e economia de fabrico e aplicação;

- Adaptação às características específicas de cada obra, nomeadamente aos

agregados;

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- Potenciação do aparecimento de novas técnicas de pavimentação (caso dos

slurrys e microaglomerados a frio);

- Menores exigências climatéricas;

- Algumas misturas a frio admitem o seu armazenamento.

MENOR IMPACTE AMBIENTAL

- Quase eliminação da emissão de fumos e pó para a atmosfera

(ecologicamente mais favorável);

- Reciclagem “in situ”.

REDUÇÃO NO CONSUMO DE ENERGIA

É particularmente significativo o facto dos países com uma tecnologia de pavimentação mais

desenvolvida, serem simultaneamente os maiores consumidores de emulsões betuminosas,

quer no que diz respeito ao volume total (USA), quer ao volume relativo (França) tal como

refere o anexo 1.

4. BALANÇO DA TÉCNICA

Existe uma tendência cada vez mais crescente para a utilização de emulsões betuminosas

modificadas, no sentido de possibilitar um aumento da durabilidade das técnicas a elas

associadas, e que está directamente relacionado com a obtenção de:

Maior coesão a temperaturas elevadas;

Maior flexibilidade a baixas temperaturas, diminuindo os riscos de fissuração e

fragilidade em tempo frio;

Diminuição do risco de refluimentos em consequência do aumento da temperatura de

amolecimento;

Maior resistência ao envelhecimento;

Melhor ia da adesiv idade especia lmente a passiva.

O estado actual das técnicas de construção e conservação rodoviária, envolvendo a

utilização de emulsões betuminosas pode resumir-se da seguinte forma:

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4.1 TÉCNICAS AUXILIARES DE CONSTRUÇÃO

São técnicas que não constituem em si mesmas métodos de pavimentação, possibilitando

no entanto que os mesmos se desenvolvam adequadamente.

4.1.1 REGAS DE COLAGEM / ADERÊNCIA

Consiste na aplicação de um ligante betuminoso sobre uma superfície já tratada com um

ligante, de forma a assegurar a aderência e consequente funcionamento conjunto das

camadas que constituem o pavimento, para que o seu comportamento estrutural seja

adequado. São normalmente utilizadas emulsões betuminosas catiónicas de rotura rápida e

de baixa viscosidade, do tipo ECR - 1.

Nos casos em que seja fundamental garantir uma eficácia acrescida na interface de

colagem, como são por exemplo as regas de colagem em camadas delgadas do tipo

membrana anti-fissura, camadas rugosas e misturas betuminosas drenantes, deve recorrer-

se à utilização de emulsões betuminosas catiónicas, modificadas com elastómeros.

Normalmente são referidas pela designação comercial das empresas produtoras.

4.1.2 REGAS DE IMPREGNAÇÃO

Consiste na aplicação de um ligante betuminoso sobre uma camada constituída por um

material granular, tendo como objectivo fundamental a sua impermeabilização e

estabilização superficial evitando a presença de partículas minerais soltas. As emulsões

mais frequentemente utilizadas são as do tipo ECI ( emulsões catiónicas de impregnação),

bem como as do tipo ECL ou EAL (catiónicas ou aniónicas de rotura lenta).

4.1.3 REGAS DE CURA

Consiste na aplicação de um ligante betuminoso sobre uma camada tratada com um ligante

hidráulico, de forma a evitar a evaporação prematura da água, e dessa forma facilitar o

processo de cura. São utilizadas o mesmo tipo de emulsões betuminosas que nas regas de

colagem com emulsões tradicionais.

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4.1.4 REGAS ANTI-PÓ

Visam evitar a formação de poeiras em caminhos (normalmente agrícolas) constituídos por

materiais granulares sem qualquer tipo de tratamento betuminoso e desta forma facilitar a

circulação. São normalmente utilizadas emulsões betuminosas do tipo ECL ou EAL.

4.1.5 REGAS DE SELAGEM

Consiste no espalhamento de um ligante betuminoso, seguido da aplicação de um agregado

de características apropriadas, normalmente fino, sendo similar à técnica dos revestimentos

superficiais simples.

Este tipo de operação é comum em pavimentos constituídos por misturas betuminosas

abertas, de forma a impermeabilizar a camada da acção da água, podendo ser extensiva a

outros tipos de pavimentos. São mais usuais a utilização de emulsões betuminosas do tipo

das ECR-3.

4.1.6 REGAS DE PROTECÇÃO

Consiste numa operação de espalhamento de um ligante betuminoso especial, sobre um

revestimento superficial já executado, sem qualquer operação complementar de

espalhamento de agregado.

Esta operação permite garantir uma melhor fixação dos agregados constituintes do

revestimento superficial já executado, particularmente da última camada, aumentar a

impermeabilização do revestimento, contribuindo para uma maior durabilidade do mesmo, e

conferir ao trabalho executado um aspecto final bastante melhorado, mais identificado com

um tratamento betuminoso.

A emulsão betuminosa para este tipo de rega é formulada especificamente para este fim,

sendo normalmente de natureza catiónica, rotura rápida e de muito baixa concentração de

ligante.

4.2 GEOTÊXTIL IMPREGNADO

Consiste na aplicação de um geotêxtil adequado, impregnado com um ligante betuminoso,

de forma a constituir uma membrana retardadora da propagação de fissuras.

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Devem recorrer-se preferencialmente às emulsões betuminosas catiónicas de rotura rápida,

com ligantes modificados, cuja designação comercial depende das empresas produtoras.

4.3 REVESTIMENTOS SUPERFICIAIS BETUMINOSOS

Define-se como sendo o conjunto de uma ou mais operações de espalhamento de um

aglutinante betuminoso sobre uma superfície, complementada por uma ou mais operações

de espalhamento de agregado.

Sem prejuízo da adopção de outros tipos de revestimentos superficiais julgados mais

adequados para os fins em vista, iremos distinguir os seguintes:

4.3.1 REVESTIMENTO SUPERFICIAL SIMPLES

É composto por uma operação de espalhamento de um ligante betuminoso complementado

com uma operação de espalhamento de agregado.

4.3.2 REVESTIMENTO SUPERFICIAL “SANDWICH”

Consiste numa operação de espalhamento de agregado, seguida da aplicação do ligante

betuminoso, complementado com uma operação de espalhamento duma camada final de

agregado.

4.3.3 REVESTIMENTO SUPERFICIAL DUPLO

É composto por duas operações de espalhamento de ligante, complementado com duas

operações de espalhamento de agregado. Normalmente agregado de maior dimensão na

primeira camada, terminando com uma camada de agregado normalmente mais fino.

As emulsões betuminosas mais adequadas para este tipo de revestimentos são de natureza

catiónica, de rotura rápida e de elevada viscosidade, do tipo das ECR-3. Sempre que as

condições específicas da obra relacionadas com o tráfego, traçado, climatologia etc.. sejam

mais exigentes, devem recorrer-se às emulsões com ligantes modificados, cuja designação

comercial depende das empresas produtoras.

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No âmbito das técnicas que envolvem o espalhamento em separado do ligante betuminoso

e do agregado, existem também - embora com uma expressão cada vez mais reduzida - as

tradicionais penetrações e semi-penetrações betuminosas, para as quais (sempre que se

executem) as emulsões betuminosas a utilizar são as mesmas referidas para os

revestimentos superficiais.

4.4 TÉCNICAS DE SLURRYS E MICROAGLOMERADOS

Consiste na aplicação sobre uma superfície de uma ou várias camadas de uma mistura

betuminosa fabricada a frio com agregados, emulsão betuminosa, água e eventualmente

filer comercial e/ou aditivos, cuja consistência à temperatura ambiente é adequada para a

sua colocação em obra.

Embora sejam normalmente utilizadas como um revestimento superficial que tem

características de desgaste (denso, rugoso e impermeável) constituem uma família especial

de misturas betuminosas caracterizada pelo facto de a colocação em obra ser realizada com

uma consistência líquido-pastosa que se obtém adicionando aos componentes habituais

uma percentagem relativamente elevada de água. São fabricadas e aplicadas com

equipamentos específicos e a sua colocação na obra exige pessoal com formação e com

grande experiência.

São normalmente utilizadas emulsões betuminosas à base de ligantes puros ou modificados

(mais frequentemente), sendo mais corrente as catiónicas de rotura controlada e cuja

formulação é normalmente optimizada para as características da obra em causa.

4.5 MISTURAS BETUMINOSAS ABERTAS

Diferem (à semelhança igualmente das misturas densas), das misturas betuminosas a

quente, por serem fabricadas e aplicadas em obra à temperatura ambiente. Caracterizam-se

pela utilização de agregados de granulometria contínua mas sem finos.

As emulsões betuminosas normalmente utilizadas para este tipo de misturas são de

natureza catiónica (ECM) ou aniónica (EAM - caso dos calcários), de rotura média,

fluidificadas, à base de ligantes tradicionais ou modificados (cuja designação comercial

depende da empresa produtora), neste caso recomendado sempre que as características da

obra exijam um desempenho superior da mistura final. Uma das particularidades inerentes a

este tipo de misturas betuminosas é o facto de permitirem o seu armazenamento durante

algum tempo após o seu fabrico.

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4.6 AGREGADO BRITADO DE GRANULOMETRIA EXTENSA, TRATADO COM EMULSÃO

BETUMINOSA

São um caso particular das misturas a frio, utilizando agregados de granulometria extensa,

com finos e cuja particularidade de fabrico implica a utilização de água de pré-mistura.

Diferentes das técnicas que envolvem os slurrys e microaglomerados, a percentagem de

água deve ser o mais reduzida possível compatibilizando esse factor com uma boa mistura

final.

Neste tipo de técnica, o aspecto em que a diferença é mais significativa prende-se com o

facto de se utilizar uma quantidade de emulsão relativamente pequena e o ligante residual

deposita-se preferencialmente sobre o agregado fino, obtendo-se assim um mastique

suficientemente rico em ligante que congrega os elementos grossos.

As emulsões betuminosas utilizadas são normalmente de rotura lenta, catiónicas ou

aniónicas, isentas de fluidificantes e especificamente formuladas para os materiais a utilizar.

4.7 RECICLAGEM DE PAVIMENTOS “IN SITU”

Esta técnica tem como objectivo fundamental a reutilização dos materiais existentes no

pavimento, o que para além do seu interesse ecológico, a torna igualmente interessante do

ponto de vista económico e técnico. A reciclagem “in situ” com emulsão betuminosa reduz

ao mínimo a necessidade de novos agregados e aglutinantes, elimina os elementos

contaminantes (pó e fumos) das técnicas tradicionais, bem como redução drástica das

necessidades de transporte entre outros.

A concepção deste tipo de reciclagens implica uma análise do tipo e quantidade de ligante

presente na mistura betuminosa a reciclar de forma a definir o tipo de ligante base a utilizar

na emulsão, que deverá ter capacidade para regenerar o existente.

Face às variáveis que podem influenciar a sua natureza, as emulsões betuminosas para

estas técnicas são particularmente formuladas de acordo com o estudo laboratorial, sendo

normalmente de estabilidade elevada e catiónicas, adoptando designações comerciais das

empresas produtoras deste tipo de ligantes betuminosos.

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AGREGADO BRITADO DE GRANULOMETRIA EXTENSA TRATADO COM EMULSÃO BETUMINOSA

É uma mistura betuminosa a frio, destinada a camadas de base ou reforço de infra-

estruturas rodoviárias, constituída por agregados de granulometria extensa, um ligante

betuminoso (emulsão) e água, para o qual não se torna necessário o aquecimento dos

agregados, podendo decorrer todo o processo desde a mistura à compactação, à

temperatura ambiente.

CARACTERÍSTICAS DOS AGREGADOS:

Desgaste na máquina de Los Angeles (gran. A) 40 %

Equivalente de areia....................................... 40 % *

Absorção de água (por fracção).......................... 3 %

Curva granulométrica de forma regular

* 35 % se Azul de metileno 1

Fuso granulométrico

Peneiros ASTM % que passa25,0 mm (1”) 100

19,0 mm (3/4”) 90 - 100

12,5 mm (1/2”) 65 - 90

9,5 mm (3/8”) 55 - 75

4,75 mm (nº4) 40 - 58

2,00 mm (nº10) 25 - 40

0,850 mm (nº20) 16 - 28

0,425 mm (n.º 40) 12 - 22

0,180 mm (n.º 80) 8 - 16

0,075 mm (nº200) 4 - 10

Fracções (mm) 0/4;4/10;10/20

CARACTERÍSTICAS DO LIGANTE BETUMINOSO:

Emulsões betuminosas do tipo aniónico ou catiónico.

Formulação especial, de estabilidade (gama das lentas), indicada para a sua utilização.

Isentas de fluidificantes.

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Valores

Ensaios Mínimo Máximo

Amostra da emulsão

Viscosidade Saybolt-Furol a 25ºC, (s)

- 50

Sedimentação, (%) - 5

Peneiração, (%) - 0,1

Carga das partículas Positiva

Conteúdo em água, (volume), (%) - 43

Destilado a 260ºC, (volume), (%) - 0

Resíduo de destilação, (%) 57 -

Resíduo de destilação

Penetração, 25ºC;100g;5s, (0,1mm) 60 100

Ductilidade, 25ºC;5 cm/min,(cm) 40 -

Solubilidade no tricloroetileno, (%) 97,5 -

CRITÉRIOS DE DOSIFICAÇÃO

Os critérios de dosificação usuais neste tipo de mistura betuminosa recorrem aos seguintes ensaios:

Proctor Modificado Para determinação do teor óptimo em líquidos para compactação (%), e baridade máxima de referência (g/cm3).

Ensaio de Imersão-Compressão

Para determinação da percentagem do conteúdo óptimo de ligante (emulsão betuminosa).

Os valores normalmente estabelecidos para as características da mistura betuminosa poderão ser os seguintes:

Resistência à compressão simples após imersão dos provetes 5000 N.

Resistência conservada 60 %.

Percentagem de betume residual 3

FABRICO E ARMAZENAMENTO

Este tipo de misturas betuminosas devem ser fabricadas em centrais contínuas próprias para misturas betuminosas a frio, que permitam a dosificação por separado de cada um dos componentes (água inclusive).

São misturas que mais frequentemente são aplicadas imediatamente ou pouco tempo após o seu fabrico, dado que o seu armazenamento é bastante limitado, sendo função da humidade que a mistura possua.

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ESPALHAMENTO E COMPACTAÇÃO

O transporte e espalhamento são feitos com os meios tradicionais utilizados nas misturas betuminosas a quente, devendo naturalmente ser precedido de uma preparação da superfície de trabalho por limpeza geral e particularmente de eventuais zonas contaminadas.

Dever-se-á efectuar previamente uma rega de colagem ou impregnação, consoante o suporte seja betuminoso ou granular.

Em situações de reperfilagem de zonas bastante deformadas, poderá prever-se o recurso a motoniveladora.

A compactação é feita com o recurso a cilindros metálicos vibratórios de rasto liso e cilindro de pneus. Deve ser enérgica e eficaz de forma a atingir um valor 98 % do Proctor Modificado.

Particularmente nos casos em que a obra seja aberta à acção do tráfego, e antes que isto se verifique, deverá ser executado no próprio dia um tratamento superficial em forma de rega de selagem, com uma emulsão betuminosa de rotura rápida com cerca de 300 a 500 g/m2 de betume residual, seguida do espalhamento de um agregado do tipo 2/4 com cerca de 3 a 5 l/ m2).

A abertura ao tráfego é imediata com limitação de velocidade, de forma a não danificar a camada recém executada.

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MISTURA BETUMINOSA ABERTA A FRIO

Define-se como sendo a mistura de agregados e de um ligante betuminoso (emulsão), para o qual não se torna necessário o aquecimento dos agregados, podendo decorrer todo o processo desde o fabrico à compactação, à temperatura ambiente.

CARACTERÍSTICAS DOS AGREGADOS:

Desgaste na máquina de Los Angeles (gran. B) 35 %

Equivalente de areia....................................... 40 % *

Absorção de água (por fracção).......................... 3 %

Isentos de sujidade de forma a não comprometer a adesividade do ligante.

Curva granulométrica de forma regular

* 35 % se Azul de metileno 1

Fusos granulométricos

% que passa

Peneiros ASTM Fuso A Fuso B Fuso C

25,0 mm (1”) 100

19,0 mm (3/4”) 70 - 90 10012,5 mm (1/2”) 50 - 70 60 - 80 1009,5 mm (3/8”) 35 - 55 45 - 65 70 - 904,75 mm (nº4) 5 - 30 10 - 35 15 - 402,36 mm (nº8) 0 - 5 0 - 5 0 - 5

0,075 mm (nº200) 0 - 2 0 - 2 0 - 2Espessuras recomendadas

por camada (cm) 6 4

6 4

Fracções (mm) 2/4;4/10;10/20

2/4;4/10;10/14

2/4;4/10

CARACTERÍSTICAS DOS LIGANTES BETUMINOSOS:

Emulsões betuminosas clássicas do tipo aniónico ou catiónico.

Emulsões betuminosas modificadas com elastómeros do tipo aniónico ou catiónico.

Formulação especial, em função do tipo de agregados.

Elevada concentração de ligante.

Rotura média e fluidificadas.

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Valores Valores

Ensaios Mínimo Máximo Mínimo Máximo

Amostra da emulsão ECM 2 Modificada

Viscosidade Saybolt-Furol a 50ºC, (s)

20 300 20 -

Sedimentação, (%) - 5 - 5

Peneiração, (%) - 0,1 - 0,1

Carga das partículas Positiva Positiva

Conteúdo de água, (%) - - - 35

Destilado a 260ºC, (volume), (%)

- 12 - 10

Resíduo de destilação, (%) 57 - 60 -

Resíduo de destilação Evaporação a 163ºC

Penetração, 25ºC;100g;5s, (0,1mm)

100 250 100 220

Ductilidade, 25ºC;5 cm/min, (cm)

40 - 10 (5ºC)

-

Solubilidade no tricloroetileno, (%)

97,5 - 95 -

Retorno elástico (25º C; torção), (%)

- - 12 -

Temperatura de amolecimento, (ºC)

- - 40 -

CRITÉRIOS DE DOSIFICAÇÃO

Os critérios de dosificação usuais neste tipo de mistura betuminosa recorrem ao método expedito da superfície específica:

Pb = k 5∑ em que:

Pb Percentagem de betume residual ( 3,5 %)

K Módulo de riqueza em betume

= 2,65 / a sendo a massa volúmica da mistura de agregados (g/cm3).

= 1/100 (0,25 G+2,3 S+12 s+135 f) em que:

Superfície específica.

G Proporção ponderal de elementos superiores a 6,3 mm.

S Proporção ponderal de elementos compreendidos entre 6,3 mm e 0,135 mm.

s Proporção ponderal de elementos compreendidos entre 0,135 mm e 0,075 mm.

f Proporção ponderal de elementos inferiores a 0,075 mm.

FABRICO E ARMAZENAMENTO

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Este tipo de misturas betuminosas devem ser fabricadas em centrais contínuas (móveis ou fixas) adequadas para misturas betuminosas a frio, que permitam a dosificação por separado de cada um dos componentes.

As principais condicionantes do processo de fabrico, para além da qualidade dos materiais, são normalmente os dispositivos dosificadores e de pulverização da emulsão betuminosa.

São misturas betuminosas que dadas as suas características (fluidificantes especiais), são facilmente armazenáveis (com emulsões tradicionais) durante algum tempo sendo função do volume do stock e da presença de voláteis, conservando a sua trabalhabilidade.

Pode também proceder-se ao seu fabrico e aplicação imediata. No caso das misturas fabricadas com emulsões modificadas, e dada a elevada coesão do ligante, é recomendável proceder à sua aplicação após o fabrico, sem recorrer ao armazenamento, particularmente em tempo frio.

UTILIZAÇÃO DE EMULSÕES BETUMINOSAS MODIFICADAS

As vantagens comparativas da sua utilização face às misturas a frio tradicionais são:

Maior coesão inicial.

Maior resistência ao envelhecimento.

Menor susceptibilidade às deformações.

Menor susceptibilidade térmica (a altas e baixas temperaturas).

Maior flexibilidade.

Maior durabilidade.

Maior garantia de êxito na aplicação de misturas delgadas e misturas com função drenante.

ESPALHAMENTO E COMPACTAÇÃO

O transporte e espalhamento são feitos com os meios tradicionais utilizados nas misturas betuminosas a quente, devendo naturalmente ser precedido de uma preparação da superfície de trabalho por limpeza geral e particularmente de eventuais zonas contaminadas.

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Dever-se-á efectuar previamente uma rega de colagem ou impregnação, em função do tipo da camada de suporte betuminosa ou granular.

A compactação é normalmente feita com o recurso a cilindros metálicos de rasto liso, e cilindro de pneus, de forma a estabilizar a camada e diminuir eventuais assentamentos diferenciais, especialmente nos pontos onde a circulação está canalizada.

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TRATAMENTOS SUPERFICIAIS1 - DESCRIÇÃO SUMÁRIA

As formas de actuação ao nível da conservação de uma rede viária têm sido efectuadas a partir de meios e materiais vulgarmente disponíveis nas técnicas de pavimentação. No entanto o crescente nível de investigação que nesta área se tem produzido, tem possibilitado a introdução de novas técnicas com resultados mais expressivos no sentido da obtenção de melhores resultados quer do ponto de vista técnico quer económico.

Face à necessidade de prolongar a vida útil do pavimento, conferindo-lhe simultaneamente características superficiais de superior qualidade, quer em conforto quer em segurança, era fundamental dispor de um produto que sendo de fácil aplicação em obra, e bastante versátil em termos de formulação, permite-se ir ao encontro das necessidades de fazer face às solicitações e condições de exploração cada vez mais severas nas nossas estradas, nomeadamente o aumento do parque automóvel, maiores cargas circulantes, maiores velocidades etc...

As técnicas tradicionais de aplicação de misturas betuminosas a frio em revestimentos superficiais, do tipo Slurry Seal, recorrendo habitualmente a ligantes não modificados, já se revelavam por si só insuficientes para fazer face a todas estas condicionantes.

A investigação no campo dos tratamentos superficiais, e das misturas betuminosas em geral, permitiu desenvolver e implementar um microaglomerado betuminoso a frio aplicável, em estradas de qualquer nível de tráfego.

Um microaglomerado betuminoso a frio, define-se como sendo a aplicação sobre uma superfície, de uma ou mais camadas de uma mistura betuminosa densa, rugosa e impermeável, fabricada a frio com agregados, emulsão betuminosa, água e eventualmente filer comercial e/ou aditivos, cuja consistência à temperatura ambiente é adequada para a sua aplicação em obra.

Um microaglomerado betuminoso, é uma mistura similar ao Slurry Seal, na sua formulação e funcionamento, embora na sua composição intervenham normalmente agregados mais grossos (D máx. 6 12 mm), sendo a emulsão betuminosa modificada com elastómeros, e o equipamento utilizado no seu espalhamento pertencente à mais recente tecnologia.

2 - MATERIAIS

2.1- AGREGADOS

Os agregados, provenientes da exploração de formações homogéneas, devem ser limpos, duros, pouco alteráveis, com adequada adesividade ao ligante, de qualidade uniforme e isentos de materiais decompostos, de matéria orgânica ou de outras substâncias prejudiciais.

A mistura de agregados para execução do microaglomerado betuminoso a frio deverá obedecer às seguintes prescrições.

. Percentagem de material britado.................................................................................. 100 %

. Perda por desgaste na máquina de Los Angeles (granulometria B), máxima................. 20 % *

. Coeficiente de polimento acelerado, mínimo..................................................................... 0,50

. Equivalente de areia da mistura de agregados (sem a adição de filer), mínimo............... 60 %

. Equivalente de areia da mistura de agregados (com a adição de filer), mínimo............... 40 %

. Valor de azul de metileno (material de dimensão inferior a 75 um), máximo …………….. 0,8

* 30 % Em granitos

2.2 - LIGANTE BETUMINOSO

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O ligante betuminoso a utilizar nestes microaglomerados betuminosos a frio, deverá ser obrigatoriamente uma emulsão betuminosa especial (obtida a partir de um betume de destilação directa especialmente seleccionado), cujas características fundamentais são:

. Natureza Catiónicas;

. Rotura controlada;

. Modificada com a incorporação de elastómeros adequados.

e em que as especificações técnicas a respeitar deverão ser as constantes do quadro anexo:

ENSAIOSVALORES

MÍNIMO MÁXIMO

AMOSTRA DA EMULSÃO

VISCOSIDADE SAYBOLT-FUROL A 25º C, (s) -- 50

SEDIMENTAÇÃO (7 dias), (%) -- 10

PENEIRAÇÃO, (%) -- 0,1

CARGA DAS PARTÍCULAS POSITIVA

CONTEÚDO DE ÁGUA, (%) -- 40

RESÍDUO DE DESTILAÇÃO, (%) 60 --

RESÍDUO DE DESTILAÇÃO (EVAPORAÇÃO A 163º C)

PENETRAÇÃO, 25º C; 100 g ; 5 s ; (0,1 mm) 60 100

RETORNO ELÁSTICO (25º C; TORSÃO), (%) 15 --

TEMPERATURA DE AMOLECIMENTO, (º C) 55 --

A modificação do ligante base, através da incorporação de elastómeros adequados, é um processo delicado e que exige tecnologia e equipamento apropriado. Faz-se mais frequentemente por incorporação do agente modificador (elastómero) na fase aquosa, antes de ocorrer a emulsificação.

A incorporação ao ligante base do elastómero seleccionado, comparativamente a uma emulsão betuminosa convencional fabricada com o mesmo betume base, tem como objectivos fundamentais a modificação da reologia do ligante residual induzindo neste melhorias tão importantes como as associadas aos seguintes factores:

. Maior elasticidade; . Maior resistência à tracção;

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. Menor susceptibilidade térmica;

. Maior resistência ao envelhecimento.

Estes factores traduzem-se num aumento da temperatura de amolecimento, conferindo uma maior flexibilidade a baixas temperaturas, diminuindo os riscos de fissuração e fragilidade em tempo frio, e uma maior coesão a altas temperaturas, dado que o intervalo de plasticidade é aumentado. O risco da ocorrência de eventuais fenómenos de refluimentos do ligante residual na superfície do pavimento fica desta forma substancialmente reduzido.

Em consequência da mais valia introduzida pela emulsão modificada, a mistura final apresenta:

- Menores perdas por abrasão, para a mesma fórmula de trabalho;

- Melhor resistência mecânica;

- Maior resistência aos fenómenos climatéricos;

- Maior durabilidade.

2.3 - ÁGUA

É um componente fundamental no processo de fabrico deste tipo de misturas betuminosas, já que a sua presença é decisiva para permitir uma boa dispersão da emulsão betuminosa sobre os agregados e desta forma se conseguir um bom fabrico e espalhamento do microaglomerado. Esta deverá ser limpa e isenta de matérias orgânicas que possam prejudicar a mistura final.

A quantidade de água a incorporar na mistura betuminosa, será função do estudo prévio de formulação, e das condições climatéricas e estado de humidade natural dos agregados na altura do espalhamento. Após o espalhamento do microaglomerado, a água elimina-se da superfície do pavimento por um processo de evaporação.

2.4 - FILER DE ADIÇÃO

Embora em determinadas circunstâncias se possa prescindir da sua utilização, a técnica de aplicação do microaglomerado, tem demonstrado a necessidade da sua incorporação. Trata-se normalmente de um cimento, que poderá intervir em percentagens próximas a 1 % sobre o peso dos agregados, valor este que deverá ser optimizado durante a definição da fórmula de trabalho.

Dada a natureza deste tipo de trabalhos, que requerem inequivocamente a utilização de equipamento e equipas de aplicação especializadas, é condição básica que os materiais também sejam de boa qualidade, nomeadamente os agregados, daí que a utilização do cimento como filer, actue essencialmente como regulador do processo químico da rotura da emulsão betuminosa, contribuindo também para o aumento da coesão final da mistura betuminosa.

2.5 - ADITIVO

É um componente que poderá ou não estar presente na mistura produzida, sendo consequência da natureza dos materiais utilizados, da sua compatibilidade e das condições climatéricas no momento da aplicação, sendo no entanto a sua presença determinada em primeira instância através do estudo de formulação.

Tem como objectivos fundamentais, por um lado regular o tempo de rotura da mistura betuminosa, de forma a permitir uma correcta fabricação e espalhamento da mesma, e por outro melhorar a adesividade ligante - agregado, de forma a assegurar um perfeito recobrimento deste.

3 - FORMULAÇÃO DA MISTURA BETUMINOSA

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A composição granulométrica da mistura de agregados, obtida a partir das fracções granulométricas impostas, deverá respeitar os seguintes fusos granulométricos:

FUSOS GRANULOMÉTRICOS

% acumulada de material que passa Peneiros ASTM A B C D 12,5 mm (1/2") 100 - - - 9,50 mm (3/8") 85 - 95 100 - - 6,30 mm (1/4") 70 - 90 80 - 95 100 - 4,75 mm (nº 4) 60 - 85 70 - 90 85 - 95 100

2,36 mm (nº 8) 40 - 60 45 - 70 65 - 90 85 - 95

1,18 mm (nº 16) 28 - 45 28 - 50 45 - 70 60 - 85

0,600 mm (nº 30) 18 - 33 18 - 33 30 - 50 40 - 60

0,300 mm (nº 50) 11 - 25 12 - 25 18 - 35 25 - 45

0,180 mm (nº 80) 6 - 17 6 - 18 10 - 20 18 - 30

0,075 mm (nº 200) 4 - 8 5 - 10 7 - 15 12 - 20

As curvas granulométricas além de respeitar os fusos propostos, devem apresentar uma forma regular.

3.1 - CRITÉRIOS DE FORMULAÇÃO

Os critérios de formulação, de forma a obter uma correcta dosificação da mistura betuminosa, são os seguintes:

Ensaio do “Cone de Consistência”

Este ensaio permite a determinação da quantidade de água óptima para obter uma boa dispersão do ligante betuminoso, e uma correcta trabalhabilidade da mistura, tal como se ilustra na foto.

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Consiste na adição de água em quantidades variáveis, aos restantes componentes (agregados, filer e emulsão), de forma a obter no cone de consistência um assentamento entre 2 e 3 centímetros. Os

valores obtidos neste ensaio são susceptíveis de serem ajustados em obra, de acordo com as variáveis que se venham a verificar, nomeadamente as climatológicas.

Determinação do conteúdo de ligante

A determinação da percentagem de betume residual por método teórico é feita através do método da superfície específica, de acordo com o seguinte procedimento:

a) Cálculo da superfície específica

Conhecida que é a granulometria dos agregados que compõem a mistura betuminosa (curva teórica obtida), calcula-se a sua superfície específica (S.E.) expressa em m 2/kg.

Calculam-se os factores de superfície específica (F.S.E.) através da seguinte fórmula:

F .S .E .=2,5D´d

´A onde:

F.S.E. = Factor de superfície específica.

D = Abertura do peneiro maior.

d = Abertura do peneiro menor.

A = Factor de correcção do peso específico da mistura de agregados.

Por diferença calcula-se a percentagem retida entre peneiros e multiplica-se pelos F.S.E. obtidos pela fórmula. A soma destes produtos parciais conduz-nos ao valor de S.E.

b) Conteúdo de ligante

A fórmula utilizada para a obtenção do conteúdo em ligante é a seguinte:

L=K 5 S .E . onde:

L = Conteúdo de betume residual sobre peso de agregados (%).

K = módulo de riqueza (constante).

S.E. = Superfície específica (m2/kg).

O valor adoptado para o K resulta da experiência obtida após comprovação em ensaios laboratoriais, assim como do comportamento das misturas betuminosas em obra, e poderá oscilar normalmente

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entre 4,1 e 4,5, o que face às características da emulsão betuminosa proposta, se traduz habitualmente em cerca de 11 a 13 % de emulsão betuminosa sobre o peso de agregados.

Nas condições apuradas e que conduzem a uma determinada fórmula de trabalho, a composição deverá ser testada pelo método empírico do ensaio abrasivo com roda molhada (Wet Track Abrasive Testing - W.T.A.T.), de forma a limitar a resistência ao desgaste a uma determinada perda máxima, e que varia normalmente entre 500 a 800 g/m2, em função do tipo de tráfego da via em estudo. Desta forma define-se a percentagem mínima de ligante, comprovando-se da necessidade ou não de ajustamentos à fórmula de trabalho teórica previamente determinada.

O ensaio complementar da roda carregada (Loaded Wheel Test - L.W.T.), permite definir a percentagem máxima de ligante, limitando-se a 538 g/m2, a areia absorvida pelo provete nas condições do ensaio.

Ensaio de torção

A cura total de um microaglomerado efectiva-se quando se produz a coesão completa entre as partículas minerais e o ligante betuminoso. Nos casos em que as misturas betuminosas sejam aplicadas em estradas em serviço, em que se imponha uma abertura rápida ao tráfego, a sua composição deverá ser tal que proporcione os seguintes resultados no ensaio de torção: - Aos 30 minutos mínimo 12 kgf/cm2

- Aos 60 minutos mínimo 20 kgf/cm2

Conteúdo de aditivo

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A determinação do conteúdo de aditivo (quando necessário), não é directamente extrapolável para as condições de obra, pelas razões já anteriormente referidas.

Consiste em misturar de forma homogénea os agregados e o filer, durante 10 a 20 segundos, aos quais se adiciona a água e o aditivo (em quantidades variáveis), durante cerca de 30 segundos, por último adiciona-se a emulsão betuminosa.

O conteúdo mínimo de aditivo implica a manutenção da fluidez da mistura betuminosa pelo menos em 30 segundos durante o processo de agitação, sendo considerado aceitáveis valores que oscilem entre 30 e 90 segundos de fluidez. O máximo tempo de mistura até se verificar a rotura da emulsão não deverá em princípio ultrapassar os 2 minutos.

Sem dispensar naturalmente a verificação pelos métodos anteriormente descritos, a fórmula de trabalho para os fusos mais correntes, poderá corresponder aproximadamente a uma dosificação do tipo:

. Agregados...................................... 80 % em peso

. Emulsão betuminosa....................... 11 - 13 % em peso

. Água.............................................. 10 %

. Filer de adição................................ 1 %

. Aditivo (se necessário).................... Variável

4 - FABRICO E APLICAÇÃO EM OBRA

O processo de fabrico e espalhamento do microaglomerado betuminoso é efectuado em simultâneo, sendo imprescindível dadas as suas características a disponibilização de meios humanos e materiais que possibilitem um produto final de qualidade.

Antes do fabrico e espalhamento, deve-se proceder ao tratamento prévio de pequenas reparações, bem como proceder a uma limpeza eficaz da superfície a tratar. O fabrico da mistura betuminosa deve ser realizado em central móvel de fabrico contínuo constituída por:

- Tremonha para agregados;

- Tremonha para filer de adição;

- Depósitos diferenciados para água, emulsão betuminosa e aditivo;

- Misturadora do tipo contínuo que permita um envolvimento perfeito dos agregados e o seu envio para a grade de espalhamento;

- Dispositivos adequados que assegurem uma correcta dosificação e transporte dos distintos componentes à misturadora.

O espalhamento em contínuo, realiza-se através de uma grade mecânica de forma rectangular e largura variável, dotada de parafusos niveladores que permitem regular a espessura da camada aplicada. Esta grade deverá conter uns senfins incorporados para assegurar uma homogeneização perfeita da mistura em toda a largura de trabalho.

A central móvel deverá ainda, preferencialmente estar equipada com uma barra pulverizadora de água, para que sempre que necessário se proceda a um ligeiro humedecimento da superfície a revestir, de forma a facilitar o processo de espalhamento.

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Sempre que esteja previsto no projecto a aplicação de mais de uma camada de mistura betuminosa, aplicar-se-á a última somente após se ter submetido a camada anterior à acção do tráfego pelo menos um dia, e depois de varrer algum material solto.

A abertura ao tráfego em perfeitas condições de circulação é sem dúvida o aspecto mais importante a ter em conta após o processo de espalhamento, devendo ocorrer somente depois da rotura da emulsão betuminosa se ter verificado, e a mistura ter alcançado a coesão necessária.

A verificação destas condições prévias é função dum conjunto de factores tão diversos como:

. Condições climatéricas no momento do espalhamento;

. Características dos agregados;

. Características do ligante betuminoso;

. Aferição da fórmula de trabalho durante o espalhamento (sobretudo do aditivo).

Em qualquer caso e mesmo em condições globalmente favoráveis não é recomendável a sua abertura ao tráfego antes de decorridos pelo menos trinta minutos após o seu espalhamento, e ainda assim com tráfego a velocidade controlada.

A técnica de aplicação do microaglomerado, comparativamente a outras técnicas tradicionais de revestimentos superficiais, apresenta um conjunto de vantagens que têm a ver com os seguintes aspectos:

- Elevados rendimentos de execução;

- Eliminação dos riscos de desprendimento de gravilhas,

- Homogeneidade na distribuição do ligante.

- Maior garantia de impermeabilidade dada a sua elevada compacidade;

- Boa aderência às camadas de suporte (tratadas);

- Maior conforto e segurança;

- Redução do nível de ruído;

- Menores implicações com a circulação do tráfego;

- Menor custo final.

5 - CAMPOS DE APLICAÇÃO

Os campos de aplicação da técnica dos microaglomerados são bastante diversificados, cobrindo praticamente todas as variantes dos tratamentos superficiais em vias rodoviárias quer sejam urbanas ou não, e em pavimentos aeroportuários.

Ao tratar-se de uma técnica de tratamento superficial, com características essencialmente funcionais, é importante garantir à partida a capacidade de suporte (estrutural) do pavimento a tratar. As suas características impermeabilizantes tornam o seu contributo muito importante para a manutenção da capacidade resistente dos pavimentos, de forma a proteger e alargar a sua vida útil.

Dadas as suas características, o microaglomerado é igualmente um produto de excelente aplicação nos casos em que o pavimento existente já não garante a segurança à circulação por falta de textura,

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devolvendo desta forma as suas características originais. Em termos genéricos esta técnica é particularmente recomendado nos seguintes casos:

- Correcção de pavimentos deslizantes renovando a textura;

- Impermeabilização de pavimentos fissurados;

- Rejuvenescedor de pavimentos desagregados e envelhecidos;

- Correcção de pequenas deformações;

- Tratamento de selagem em pavimentos de estrutura aberta;

- Correcção de cavados de rodeira;

- Como tratamento superficial em obras novas e/ou de reforço, para qualquer tipo de tráfego;

- Como tratamento anti-fissuras, dadas as características do seu ligante residual;

- Protecção e revestimento de bermas;

- Como camada intermédia impermeabilizante (ex: drenantes).

Face à heterogeneidade susceptível de ser encontrada em cada tipo de intervenção, deverão ser consideradas as seguintes variáveis para cada caso específico:

- Tipo de tráfego;

- Natureza e estado do suporte;

- Objectivo pretendido;

- Fuso ou fusos granulométricos a seleccionar (depende do número de camadas);

- Taxa de aplicação por metro quadrado em Kg/m2;

- Número de camadas.

Apenas como factor orientativo indicam-se os possíveis critérios de aplicação para cada um dos fusos anteriormente propostos, não dispensando como já referido a análise particular de cada caso, podendo com frequência conduzir a um aumento da taxa média por camada.

Fuso A Fuso B Fuso C Fuso DTaxa média por camada (Kg/

m2)

14 - 18 11 - 14 8 - 11 5 - 8

Ligante residual (% / inerte) 5 - 7 6 - 10 7 - 11 8 - 13

Água total (% / inerte) 8 - 12 10 - 15 10 - 15 10 - 20

Camada em que se aplica 2ª ou única qualquer 1ª ou única

Textura superficial mínima, C.A. (mm)

1,1 0,9 0,7 0,5

Tipo D :

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- Selagem e impermeabilização de pavimentos porosos e permeáveis (envelhecidos) em vias de baixa velocidade;

- Como primeira camada de preparação para outra camada mais grossa com maior esqueleto mineral e superior rugosidade.

Tipo C :

- São as mais utilizadas; (Dmáx. 6 mm);

- Renovação das características superficiais em estradas com intensidade de tráfego médio.

Tipo B e Tipo A :

- Tipos mais grossos; (Dmáx. 8 -12 mm);

- Excelente rugosidade;

- Em camada única ou como 2ª camada;

- Estradas com elevada intensidade de tráfego.

O fuso granulométrico do tipo A pode revelar-se de delicada aplicação exigindo uma consistência ajustada para evitar acumulação de grossos na parte posterior da caixa de espalhamento, produzindo segregações e sulcos.

Lisboa, Novembro de 2009

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