Preservação de Pavimentos

 

A falta de políticas de preservação de pavimentos é uma das razões pelas quais a pavimentação brasileira no geral é de baixa qualidade e de pouca durabilidade. No Brasil as concessionárias privadas de rodovias adotam técnicas de preservação de pavimentos em maior escala justamente para prolongar a vida útil da camada asfáltica e obter melhor custo-benefício em relação à manutenção ao longo dos anos.

O que é exatamente a preservação de pavimentos? É um conjunto de técnicas que busca minimizar os custos de manutenção no médio e longo prazo, com aumento da vida útil e preservação da qualidade funcional do pavimento. Para entender melhor de uma forma resumida basta visualizar os gráficos mais abaixo. O primeiro mostra dados publicados pela PPRA (Pavement Preservation and Recycling Alliance), uma aliança nos Estados Unidos que une três importantes entidades: AEMA (Asphalt Emulsion Manufacturers Association), ISSA (International Slurry Surfacing Association) e ARRA (Asphalt Recycling and Reclamation Association). Ou seja, entidades dos setores de emulsão asfáltica, lama asfáltica e reciclagem. A malha viária pavimentada dos Estados Unidos é muito maior em relação ao Brasil, o que necessita de técnicas de preservação para evitar que haja degradações com custos proibitivos de reabilitação posterior.

 A figura abaixo apresenta um estudo da PPRA sobre os custos da preservação de pavimentos em comparação com a reconstrução da rodovia. Visualizando a representação do pavimento a partir do ponto “A” ocorre o início de uma deterioração apenas superficial da capa asfáltica que vai aumentando gradativamente, passando para as camadas granulares de base. Quando chega no ponto “F”, os problemas já são estruturais e atingem o subleito. A rodovia quando inaugurada está no ápice de sua qualidade, porém ocorre uma deterioração superficial nos primeiros anos. Se não houver falhas de projeto e execução, o tempo estimado para uma primeira intervenção preventiva é de 5 anos mesmo que a camada asfáltica esteja avaliada entre excelente e boa. O custo desta intervenção é estimada em apenas 10% do valor de uma intervenção corretiva profunda, que pode ocorrer caso nenhuma manutenção seja realizada e a rodovia passe a sofrer de danos estruturais. Infelizmente este ponto é uma realidade muito comum das estradas brasileiras. O preço por não realizar manutenções preventivas é muito alto.

A execução de manutenções preventivas aumenta a vida útil do pavimento, evita altos custos de manutenções corretivas e prolonga a vida útil da estrutura da rodovia.

O seguinte gráfico apresenta os custos locais do estado do Hawaii, nos Estados Unidos. Mesmo com diferenças de custos unitários em comparação ao Brasil e da unidade de medida distinta, é fácil observar a diferença de custos entre as intervenções. Quando o pavimento está em bom estado, o custo de preservação é baixo. Quando o estado é regular (fair), o custo para refazer a parte superficial já aumenta em mais de 3 vezes. Quando o estado do pavimento é ruim (poor), o custo é cerca de 8 vezes maior em relação à preservação inicial. Quando o pavimento é péssimo (failed), o custo é de mais de 15 vezes maior para a recuperação.

Exemplo de custos nos Estados Unidos comprovam que o melhor custo-benefício em termos de manutenção para um pavimento asfáltico ao longo dos anos é a preservação inicial.

REALIDADE DO BRASIL

Qual seria a melhor técnica para preservação inicial de pavimentos no Brasil? O microrrevestimento asfáltico à frio, já adotado em larga escala pelas concessionárias de rodovias mas ainda em baixa escala pelo poder público.  A técnica que aplica em temperatura ambiente uma camada delgada de agregados miúdos e emulsão asfáltica é de rápida e fácil execução, podendo ser utilizada em qualquer tipo de obra de pavimentação onde esteja iniciando um processo de degradação superficial do pavimento. Não apenas em rodovias movimentadas, mas também em avenidas e ruas dentro de cidades, em estradas vicinais, etc. Segundo números da PPRA, o uso do microrrevestimento pode reduzir os custos do ciclo de vida entre 25% a 45% em comparação com os métodos tradicionais de recapeamento. Outro benefício é a redução em até 35% das matérias-primas utilizadas na pavimentação.

Microrrevestimento é uma técnica aplicada em temperatura ambiente e de rápida execução, sendo uma ótima alternativa para manutenção preventiva de pavimentos asfálticos quando surgem as primeiras trincas superficiais.

O uso do microrrevestimento cria uma espécie de proteção que prolonga a vida útil da capa asfáltica de rolamento e mantem preservadas as camadas estruturais do pavimento.

Em vias de baixo tráfego o microrrevestimento pode ser uma excelente solução caso haja uma base mais reforçada abaixo, substituindo justamente a camada mais cara da estrutura: a capa asfáltica de rolamento, construída com CBUQ (concreto betuminoso usinada a quente). Vários países já adotam para estradas de baixo tráfego a solução de construção de camada de base reforçada com emulsão asfáltica (em vez de bases cimentadas, que sofrem com trincas de retração que refletem para a capa de rolamento) e aplicação de microrrevestimento em substituição às camadas asfálticas convencionais em CBUQ, obtendo um pavimento de qualidade mesmo a um custo muito mais baixo. No Brasil onde mais de 80% das estradas ainda não são pavimentadas e muitas cidades ainda sofrem com poucas vias asfaltadas, a solução envolvendo camadas estabilizadas com emulsão e microrrevestimento pode ser uma excelente alternativa e o início de uma revolução para pavimentar o país onde menos de 15% das estradas são pavimentadas. 

Aplicação de microrrevestimento sobre base granular em uma obra urbana na Argentina.

QUAIS SÃO AS ALTERNATIVAS DE TÉCNICAS?

Embora a literatura técnica internacional seja muito ampla, há uma convergência para determinadas técnicas. Em uma condição do pavimento classificado entre ótimo e bom, o uso do microrrevestimento à frio é bastante disseminado a nível mundial, embora haja outras técnicas como chip and seal (tratamento superficial), ultra thin HMA (camada asfáltica a quente ultra-delgada) e slurry seal (lama asfáltica). Em uma condição do pavimento entre regular e bom, ocorre a remoção de uma certa espessura através da fresagem asfáltica e a execução de uma nova camada asfáltica a quente. No Brasil é a técnica mais utillizada até mesmo quando o nível de degradação é maior, quando há também problemas estruturais. Tecnicamente não é a recomendação quando há problemas nas camadas de base ou falta de capacidade de suporte das mesmas.

Em muitos países é adotada a técnica da reciclagem rasa (Cold-in Place Recycling, chamada também de reciclagem CIR), que é o corte, mistura e homogeneização somente da camada asfáltica no modo frio (temperatura ambiente, sem aquecimento). No Brasil a dificuldade é a ausência de equipamentos que executam tal técnica e a falta de homogeneidade das camadas asfálticas em nossas rodovias.

Por outro lado, o Brasil está bem equipado de máquinas recicladoras para a aplicação FDR (Full Depth Reclamation, ou reciclagem FDR). Conhecido também como reciclagem profunda ou reciclagem in-situ, esta técnica utiliza o equipamento para cortar, misturar e tornar homogênea as camadas granulares de base e a camada asfáltica em uma única camada intermediária do pavimento. A grande vantagem é poder adicionar materiais de reforço, tais como cimento, emulsão asfáltica ou espuma de asfalto, melhorando as propriedades técnicas e aumentando a capacidade estrutural do pavimento.

O uso de técnicas corretas permitem prolongar a vida útil do pavimento assim como melhorar a sua condição de acordo com o nível de degradação.

A reciclagem profunda (FDR) de pavimentos asfálticas é uma técnica excelente para recuperação estrutural. Nesta foto, a adição de emulsão asfáltica sobre uma base granular cimentada com problemas estruturais em função da disseminação de trincas por retração.

POR QUE UTILIZAR AS TÉCNICAS CORRETAS?

Como já mencionado anteriormente, a adoção de políticas de preservação de pavimentos com técnicas para manutenção preventiva reduz os custos e prolonga a vida útil de uma rodovia. Assim evitando chegar ao patamar catastrófico que o Brasil já atingiu, onde grande parte das rodovias pavimentadas estão em estado regular, ruim ou péssimo, o que exige um orçamento bilionário para a manutenção corretiva necessária para deixar as rodovias em um estado minimamente aceitável de qualidade.

 Os gráficos abaixo divulgados pela PPRA ilustram de maneira ainda mais clara a questão da política da preservação de pavimentos. Nos Estados Unidos, os pavimentos são projetados para durar pelo menos 15 anos, até atingirem a condição entre regular (fair) e ruim (poor).

Nos primeiros 75% da vida útil da rodovia, a qualidade diminui cerca de 40%. Já nos próximos 12% da vida útil, a qualidade diminui mais 40%. Há um ponto de aceleração da deterioração quando a rodovia atinge um estado entre regular e ruim, onde a reabilitação/reconstrução são as únicas opções tecnicamente viáveis.

Investindo em tratamentos preventivos, os proprietários da rodovia (poder público ou concessionária de rodovia) prolongam a vida do pavimento de maneira barata.

Ao realizar os tratamentos corretos ao longo do tempo, as rodovias podem obter 40 anos ou mais de vida útil. A base é mantida intacta, desde que haja também o controle do peso do tráfego que passa pela via.

Além disso, quando boas estradas permanecem boas, elas passam mais tempo acima da “linha de reclamação” (complaint line) entre as condições regular (fair) e boa (good). Assim reduzindo a manutenção, diminuindo os custos do usuário e levando a moradores, empresas e contribuintes mais satisfeitos. A gerência de pavimentos é fundamental para que haja essas intervenções no tempo certo.

Os custos entre cada tipo de intervenção também comprovam que a preservação de pavimentos com tratamentos iniciais adequados é questão de boa gestão. Segundo a PPRA, a cada US$ 2 investidos na manutenção preventiva na fase inicial de degradação (representado na curva em cor azul), seriam necessários entre US$ 4 e US$ 8 no caso de uma intervenção de recapeio com fresagem e nova pavimentação (representado na curva em cor verde). Já no caso de uma intervenção estrutural, o custo pode variar entre US$ 12 e US$ 18 (representado na curva em cor laranja) considerando reciclagem profunda FDR ou reconstrução total do pavimento.

 

Misturas asfálticas mornas

    As misturas asfálticas mornas, conhecidas também como WMA (Warm Mix Asphalt), estão em total crescimento em todo o mundo. Gradualmente estão substituindo as misturas asfálticas à quente (HMA – Hot Mix Asphalt) em função de diversas vantagens técnicas, econômicas e ambientais que proporcionam. As misturas mornas foram desenvolvidas em mais de duas décadas no exterior, sendo aplicada de diversas formas: através da produção de espuma de asfalto, com o uso de ceras ou de aditivos químicos. O uso cresceu bastante em outros países através do uso do aditivo químico por agregar as melhores propriedades, pela facilidade de uso, economia gerada em todo o processo e diversas melhorias técnicas incorporadas ao concreto asfáltico. A tendência é que em breve seja o principal tipo de mistura asfáltica utilizado no mundo.

    No Brasil ainda há muita desinformação em relação ao entendimento do que são as misturas asfálticas mornas. Geralmente há uma confusão relacionada a misturas asfalticas à frio que são produzidas a temperatura ambiente e não conseguem obter o mesmo desempenho por apresentar menor poder de coesão. Enquanto as misturas à quente são produzidas em torno de 165°C, as misturas mornas são produzidas em uma faixa de temperatura entre 100°C e 140°C na secagem dos agregados na usina de asfalto, enquanto que o ligante asfáltico com o aditivo é mantido na temperatura convencional.        

O concreto asfáltico saindo da usina a uma temperatura próxima de 120°C é classificado dentro da faixa de mistura asfáltica morna (WMA – Warm Mix Asphalt)

Faixas de temperaturas de usinagem para cada classificação de mistura asfáltica. Gráfico traduzido da EAPA (European Asphalt Pavement Association).

Trecho de qualidade aplicado com asfalto morno em uma concessão rodoviária na região Centro-Oeste do Brasil.

    FACILIDADE DE USO 

    O aditivo para asfalto morno é adicionado diretamente ao cimento asfáltico de petróleo (CAP) em uma proporção muito reduzida, de apenas 0,3%. Ou seja, de cada 1.000 kg de CAP, apenas 3 kg de aditivo é necessário para ativar as suas propriedades. Com o uso de asfalto modificado por polímero ou borracha, a proporção pode aumentar um pouco, para uma faixa entre 0,4% e 0,5%. Quando ocorre o reaproveitamento de RAP na mistura, o percentual pode passar para uma faixa de 0,5% a 0,7%, todavia a economia obtida é tão alta que o custo do aditivo não representa um valor que o inviabilize.

    O produto é fornecido de forma industrializada, transportada desde o distribuidor de asfalto até a obra em um caminhão e adicionado ao tanque de armazenamento da usina de asfalto. Não há necessidade de qualquer mudança nos equipamentos utilizados em todo o processo de pavimentação, seja na usina de asfalto ou na aplicação em campo com a pavimentadora e rolos compactadores. Desta maneira, o asfalto morno com aditivo químico pode ser utilizado em qualquer obra de pavimentação do Brasil.    

O aditivo para misturas mornas já vem incorporado no caminhão de CAP do distribuidor. É possível adicionar manualmente no tanque de armazenamento da usina de asfalto pequenas quantidades para realização de testes em trechos experimentais.

    PROLONGA A VIDA ÚTIL DA CAMADA ASFÁLTICA    

    O processo de oxidação natural da mistura asfáltica já inicia durante o processo de produção na usina de asfalto. A exposição à altas temperatuas já resulta em um grau inicial de oxidação, cuja característica é uma perda gradual da propriedade elástica do asfalto. Quando um pavimento asfáltico alcança um certo grau de oxidação, as trincas começam a surgir.

    Ao usinar em temperaturas mornas, a oxidação inicial que ocorre em misturas à quente deixa de existir. Diversos estudos e artigos já foram publicados mostrando através de análises de laboratório. Isto garante que a mistura asfáltica terá maior vida útil.

O contato dos agregados com o CAP em temperaturas acima de 160°C já ocasiona o envelhecimento de curto prazo.

O envelhecimento de curto prazo é inevitável nas misturas à quente, mas pode ser reduzido com a adoção das misturas asfálticas mornas.

    FUNÇÃO QUÍMICA DO ADITIVO    

    O asfalto é termo-viscoelástico, mudando suas propriedades viscosas e elásticas conforme temperatura. Viscosidade é a resistência de um fluído ao escoamento. Em misturas asfálticas à quente, é necessário aplicar uma quantidade imensa de calor para aquecer os materiais, baixar a viscosidade do ligante asfáltico e assim alcançar melhor trabalhabilidade que permita a mistura com os agregados, permitindo maior envolvimento com as pedras e maior capacidade de compactação. Nas misturas mornas com aditivo químico não há dependência de altas temperaturas para possibilitar a execução da mistura.

    Um dos aditivos químicos mais usado em todo o mundo, o Evotherm, foi desenvolvido para promover a adesão dos agregados com o cimento asfáltico em temperaturas mais baixas sem qualquer alteração no ligante asfáltico. É constituído por surfactantes (chamados também de tensoativos) especiais derivados de óleos renováveis na maior parte de sua composição. Estes óleos são derivados do pinus, uma espécie nativa amplamente utilizada na indústria da celulose, papel e extração de resina.

    Resumidamente, o aditivo é formado por moléculas especiais que promovem um tipo de harmonia química na interface dos materiais. O agente surfactante Evotherm é uma molécula formada por uma cauda apolar (sem diferença de eletronegatividade entre os átomos) e uma extremidade polar, apresentando diferença de eletronegatividade com um polo positivo e outro negativo.  Na mistura asfáltica, os agregados são polares enquanto o ligante asfáltico é apolar. Desta maneira, é necessário uma molécula de um agente surfactante que faça uma ponte para acabar com esta separação, pois materiais polares e apolares não se misturam naturalmente. Assim, a energia térmica necessária para aquecer os materiais e possibilitar a mistura é substituída pelo surfactante que possibilita a mistura a temperaturas mais baixas.

    Para entender melhor o funcionamento do aditivo químico surfactante para produzir misturas asfálticas mornas, basta fazer uma analogia com um surfactante bastante conhecido em nosso dia-a-dia: o sabão. Para limpar um copo sujo com óleo de cozinha não basta apenas adicionar água, pois como todos sabemos a água não combina com o óleo. É preciso adicionar o sabão, fazendo com que o óleo seja atraído para a cauda apolar enquanto a água é atraída para a extremidade polar. Desta maneira, o óleo é encapsulado e facilmente enxaguado. Este encapsulamento é conhecido como micelas, um agrupamento em formato de esfera que retem alguma substância entre as junções de moléculas polares e apolares. No aditivo químico utilizado para produzir misturas asfálticas mornas, o princípio é exatamente o mesmo.

    A água que ainda não tenha sido totalmente evaporada na secagem dos agregados na usina de asfalto, muitas vezes presente em rochas porosas, acaba sendo retida dentro das micelas formadas pelo surfactante. A parte polar se conecta aos agregados, enquanto a cauda apolar se conecta com o ligante asfáltico. Em uma usina de asfalto com temperatura acima de 100°C na secagem dos agregados, a água já foi quase toda evaporada, enquanto a parte presente está ainda absorvida dentro dos agregados. Esta água residual é retida na micela do Evotherm de uma forma encapsulada. As micelas se comportam como pequenas esferas em um rolamento, dando consistência escorregadia e agregando propriedade de lubricidade para a mistura. As micelas procuram uma “saída” para então a água retida entrar em contato com o ar e finalmente evaporar.    

O aditivo químico para misturas asfálticas mornas promove a adesão com os agregados e o ligante asfáltico através de sua característica química, com uma extremidade polar e uma cadeia apolar, formando uma espécie de esfera chamada micela.

As micelas mudam o formato durante a produção da mistura na usina de asfalto e a compactação final na pista, agregando uma excelente característica de lubricidade ao material, melhorando sua trabalhabilidade em todo o processo de pavimentação.

    

    BENEFÍCIOS DE DESEMPENHO

    Uma mistura asfáltica usinada em temperatura reduzida leva muito mais tempo para esfriar. Quanto maior a temperatura, mais rápida é a troca de calor com o ambiente, resultando em um esfriamento mais rápido. Desta maneira, as misturas asfálticas mornas resolvem um problema que é muito comum na pavimentação: a distância entre a usina de asfalto e o local da obra. Dependendo da condição climática a mistura asfáltica esfria entre 2° e 6°C por hora quando usinada em temperatura próxima a 130°C. Quando usinada em temperatura maior, a troca térmica é maior com o ambiente e assim esfria mais rápido.

    O uso do aditivo químico para produzir misturas mornas agrega uma propriedade otimizadora na mistura e redutor de riscos na execução. Ocorre uma grande melhoria na trabalhabilidade e lubricidade do material. Isto significa que a facilidade para manuseio, aplicação e compactação é muito maior. Falhas comuns na pavimentação podem ser evitadas, tais como segregações e excesso de passadas dos rolos compactadores. A temperatura de compactação pode ser reduzida para até 80°C, enquanto que em misturas à quente convencionais o ideal é que seja em até 100°C no mínimo. As micelas formadas pelo aditivo promovem esta lubricidade que permite uma compactação mais rápida e em temperaturas inferiores, abrindo também uma maior janela para compactação noturna.

        O aditivo também promove melhorias de adesividade, eliminando o uso da cal ou dope quando o agregado utilizado requer estes materiais. O uso da cal é problemático no Brasil, onde por falta de conhecimento técnico muitas vezes o material é adicionado em um local incorreto na usina de asfalto, ou sem um sistema de dosagem adequado, afetando totalmente a quantidade necessária para promover a adesividade. Outro benefício é a possibilidade de substituir a fibra em misturas asfálticas do tipo SMA. Todas estas experiências já foram utilizadas tanto no Brasil quanto no exterior, sendo que no Brasil o uso foi adotado principalmente por concessionárias de rodovias.

Melhor trabalhabilidade das misturas mornas proporciona melhorias no transporte, aplicação e compactação, com grande redução no número de passadas dos rolos compactadores.

Em função dos ganhos em desempenho, a mistura asfáltica morna com aditivo tem sido cada vez mais usada no Brasil durante os meses de clima frio nas regiões que sofrem com baixas temperaturas durante alguns períodos do ano.

Pela menor oxidação causada ao ligante asfáltico em função da menor temperatura de usinagem, é possível aperfeiçoar o projeto da mistura, com uso mais eficiente dos materiais.

    BENEFÍCIOS AMBIENTAIS

    O processo inicial das misturas mornas começa com reflorestamento sustentável do pinus, árvore de onde é extraída a resina do aditivo químico utilizado. Então podemos considerar a aplicação como 100% sustentável desde o início da cadeia de produção do aditivo até a compactação asfáltica final em obra. O uso de misturas asfálticas mornas se enquadra totalmente em políticas ESG (Environmental, Social and Governance), termo conhecido atualmente que significa sustentabilidade. Ao usinar em temperaturas mais baixas, consequentemente o consumo de combustível na usina de asfalto é reduzido e a emissão de poluentes é igualmente diminuída. Estima-se uma redução em 15% nas emissões de gases de efeito estufa devido ao menor consumo de combustível na usinagem e eliminação da cal como agente de promotor de adesividade, uma vez que o aditivo surfactante possui esta caractistica. Quando em combinação com o uso de RAP, o nível de sustentabilidade é ainda maior pelo reaproveitamento de materiais. Podemos então definir que misturas mornas significam pavimentação totalmente sustentável. 

    As fumaças emitidas durante o processo de pavimentação são vapores tóxicos e muito prejudiciais ao trabalhador, pois são voláteis orgânicos sendo queimados. As emissões de fumaças na aplicação com misturas mornas são praticamente extintas, garantindo mais a saúde dos trabalhadores e sem gerar transtornos para a população do entorno da obra. Muitas vezes não é possível observar as emissões, que são geradas pela queima do ligante asfáltico quando ocorre a produção em altas temperaturas. Estudos mostraram que ao reduzir apenas 12°C a temperatura de secagem dos agregados na usina de asfalto, ocorre mais de 40% de redução das emissões. Ao reduzir cerca de 36°C, a redução nas emissões pode chegar até a 90%.

As emissões de fumos é praticamente eliminada quando o concreto asfáltico é produzido com temperaturas dentro da faixa considerada morna (de 100°C a 140°C), conforme foto registrada na mesma usina de asfalto produzindo CBUQ a quente e WMA (morno).

Mais um registro na redução das emissões comparando a usinagem de misturas asfálticas produzidas a quente e a morno em uma usina de asfalto no Uruguai.

Um exemplo de obra de pavimentação urbana em Balneário Camboriú, Santa Catarina, com grande diferença na emissão de fumaça entre as aplicações a quente e morno. Os resultados mensurados mostraram que é possível reduzir muito a passada dos rolos compactadores.

    BENEFÍCIOS ECONÔMICOS    

    Ao usinar com temperaturas inferiores ao convencional, o consumo de combustível na usina de asfalto é reduzido. Alguns estudos mostram que a cada 1°C reduzido, o consumo de combustível reduz aproximadamente 1%, embora haja variações entre diferentes modelos de usinas. Ao usinar em até 40°C a menos, a economia é alta. 

    Além da redução do consumo de combustível, a produção de misturas mornas resultam também na diminuição da manutenção da usina. O sistema de filtragem pode ter sua vida útil prolongada, exigindo um menor número de intervenções para limpeza e manutenção. Segundo alguns estudos, as misturas asfálticas mornas podem reduzir em até 5% no custo somente na produção do do concreto asfáltico. Utilizando RAP, a economia pode ser ainda maior.

    A redução no número de passadas dos rolos compactadores também é uma economia que pode ser mensurada. Alguns acompanhamentos de obras no Brasil mostraram que houve até 80% de redução nas passadas, com os dados de compactação coletados através do uso de densímetro. Isto significa menos custos com combustível e manutenção. Em alguns casos, foi possível até mesmo remover rolo compactador da patrulha de compactação.    

Através de estudos e acompanhamentos em campo, as economias obtidas em outros países foram alcançadas também em obras realizadas no Brasil. Um dos principais quesitos observados é uma redução drástica no número de passadas dos rolos compactadores.

Melhor trabalhabilidade da mistura garante maior homogeneização de temperatura, evitando segregações térmicas comuns em misturas a quente, diminuindo as chances de surgimento de falhas precoces e retrabalhos.

    COMBINAÇÃO COM USO DE RAP   

     Um grande benefício do uso de aditivo para mistura asfáltica morna é possibilitar um maior percentual de material asfáltico reciclado (RAP) na mistura. O RAP é o material proveniente da fresagem asfáltica e não pode ser utilizado como um agregado virgem na usina de asfalto em função da sua composição ter a presença do ligante asfáltico, que não deve ser exposto às altas temperaturas internas do tambor de secagem por onde passam os agregados virgens.

    Devido aos tipos de usinas de asfalto existentes no Brasil, o RAP geralmente entra em temperatura ambiente ao compartimento de mistura com os agregados virgens e cimento asfáltico. Em misturas à quente, para que haja um equilíbrio da temperatura de mistura, é necessário sobreaquecer os agregados virgens para que em combinação com o RAP em temperatura ambiente haja uma equalização de temperatura. Com misturas asfálticas mornas, este equilíbrio térmico da mistura final não exige um maior sobreaquecimento dos agregados virgens e ainda permite um percentual maior de RAP adicionado em temperatura ambiente.

    Esta combinação pode gerar uma grande economia na produção de uma nova mistura asfáltica, pois a incorporação de RAP diminui a quantidade de agregados virgens e principalmente o percentual de cimento asfáltico (CAP), que é a parte mais nobre e também a mais cara. Para usufruir do material asfáltico presente no RAP, é necessário aquecê-lo de alguma maneira, enquanto que em aplicação a frio não ocorre o reaproveitamento do ligante asfáltico. No processo de aquecimento, os riscos de danos por exposição a alta temperatura ocorre apenas em misturas à quente, enquanto que em misturas mornas o processo é muito mais seguro e eficiente.

    É altamente recomendado o uso de um destorroador para o reaproveitamento do RAP em misturas à quente ou mornas. Este dispositivo é formado por dois tambores equipados com uma espécie de dentes onde um gira um contra o outro. Desta forma ocorre a separação dos agregados sem trituração, mantendo a película de asfalto ao redor de cada partícula e assim reaproveitá-las da melhor maneira possível. 

Altos volumes de RAP podem ser reaproveitados de forma bastante rentável em uma combinação com mistura asfáltica morna. Nesta foto, um grande estoque de RAP nos Estados Unidos com bastante heterogeneidade, o qual é tratado através de destorroamento e separação granulométrica por peneiramento.

O uso de RAP em misturas asfálticas a quente exige um superaquecimento dos agregados virgens para equilíbrio térmico da mistura. Quando usinado em temperaturas menores, consequentemente o aquecimento dos agregados virgens seria igualmente reduzido. Figura norma DNIT 033/2021 – Concreto asfáltico reciclado em usina a quente.

    ALGUMA DESVANTAGEM?

    Sim, a falta de conhecimento é a grande “desvantagem” das misturas asfálticas mornas. Há mais de 100 anos o mundo produz misturas asfálticas à quente, mas como em qualquer evolução de um produto ou processo é necessário tempo para que seja amplamente disseminado.

    O AVANÇO DAS MISTURAS MORNAS NO MUNDO

    No exterior está ocorrendo a adoção das misturas mornas em larga escala, conforme registros abaixo.

Percentual de misturas mornas em relação ao total de misturas asfálticas produzidas nos Estados Unidos até dezembro de 2020, para cada estado. Fonte: NAPA (National Asphalt Pavement Association).

Neste mesmo relatório da NAPA é apresentado que entre as diferentes opções para aplicação de asfalto morno, o uso de aditivos químicos (em amarelo) é o que apresentou maior crescimento nos Estados Unidos entre 2009 e 2020,  gradativamente ganhando espaço que era até então ocupada pela aplicação Plant Foaming (espuma de asfalto na usina).

O Reino Unido tem promovido forte campanha para substituir gradualmente as misturas asfalticas a quente para misturas mornas (WMA), visando a redução na emissão de gás carbônico na atmosfera.

Importante construtora europeia que trabalha com pavimentação asfáltica há 120 anos anunciando que vai encerrar a produção de misturas asfálticas a quente, passando a utilizar exclusivamente as misturas asfálticas mornas.

Uso de material asfáltico reciclado (RAP) em Usinas de Asfalto

 

O ano de 2021 está sendo de muita importância para a pavimentação brasileira. Este ano ocorreu a atualização da norma DNIT 033/2021 – Concreto asfáltico reciclado em usina a quente – Especificação de serviço. Esta norma dita as regras quanto ao correto uso do material asfáltico reciclado, conhecido mundialmente como RAP (Reclaimed Asphalt Pavement), que é simplesmente o material fresado removido através do processo de fresagem de pavimentos asfálticos deteriorados e envelhecidos. Uma realidade já em grande parte do mundo, mas que ainda está em fase muito inicial no Brasil.

A norma foi atualizada com os procedimentos e equipamentos que são utilizados a nível nacional e internacional, configurados de acordo com o tipo de usina de asfalto (produção contínua em usinas móveis ou descontínua em usina fixa gravimétrica) e o percentual de RAP a ser utilizado na mistura asfáltica.  

CUIDADO ESSENCIAL 1: NÃO SECAR COMO UM AGREGADO VIRGEM

O asfalto deteriorado é removido através do processo de fresagem asfáltica. A máquina fresadora possui um tambor giratório dotado de inúmeras ferramentas de corte removíveis que penetram no pavimento, executam o corte e trituram o material. Este material é lançado para uma correia transportadora e descarregado em um caminhão.

Neste processo, o material triturado possui em sua composição o agregado e o ligante asfáltico envelhecido, o que impede o seu uso da forma como são utilizados os agregados virgens. As altas temperaturas internas do tambor de secagem de uma usina de asfalto não são adequadas para um material com presença de ligante asfáltico. Portanto, o RAP deve ser aquecido de uma maneira especial para o seu reaproveitamento ocorrer de forma adequada.

Um pavimento deteriorado é removido através da fresagem, gerando o RAP, um material nobre.

CUIDADO ESSENCIAL 2: UMIDADE DO RAP

Assim como os agregados virgens, o RAP precisa ser estocado de maneira a evitar uma alta umidade no momento do seu uso. Por receber um processo de secagem diferente dos agregados virgens, manter o material o mais protegido possível se torna ainda mais importante. Algumas usinas de asfalto com misturador externo ao tambor recebem o RAP sem aquecimento algum, o que torna ainda mais delicado o seu uso.

PERCENTUAL DE RAP POSSÍVEL NA MISTURA

O valor será definido pelo tipo de usina de asfalto a disposição para executar a obra. A norma orienta a forma correta de acordo com o tipo de usina. De acordo com estudos realizados no exterior, quanto maior o percentual de RAP na produção de novas misturas asfálticas, maior é a economia por tonelada produzida. Portanto, é muito importante que seja feito um estudo minucioso de cada projeto.

O exemplo abaixo representa o cenário em que um percentual maior de RAP na mistura asfáltica poderia ser utilizado. Uma rodovia com inúmeras camadas asfálticas sobrepostas ao longo dos anos, sem ter ocorrido fresagem. O volume presente de material asfáltico pode justificar um projeto diferenciado, cuja redução de custos por tonelada produzida poderia justificar o investimento em uma usina adequada e ainda gerar um bom lucro para o dono da obra e a empresa executora.

Realidade de algumas estradas brasileiras: várias camadas asfálticas sobrepostas, aplicadas ao longo dos anos, com grande volume de CBUQ.

ADITIVOS NECESSÁRIOS

Embora não haja consenso a nível mundial, é recomendado que seja utilizado uma pequena dosagem de um agente rejuvenescedor para melhorar as propriedades do ligante asfáltico presente no RAP. O envelhecimento do asfalto é natural com o passar dos anos, onde ocorre um processo químico complexo que resulta na oxidação. O ligante asfáltico se torna mais rígido e quebradiço, perdendo a propriedade flexível e a resistência mecânica. A superfície do pavimento asfáltico envelhece mais do que as porções mais abaixo, devido à exposição solar direta. Com a fresagem de uma determinada espessura de CBUQ, o RAP gerado ainda contém uma pequena porção deste asfalto envelhecido, o qual precisa ser verificado na etapa de dosagem da mistura em laboratório.

Mesmo com esse pequeno incremento orçamentário, o reaproveitamento de RAP traz economias com qualquer percentual de uso, pois diminui o percentual de ligante asfáltico novo (CAP – Cimento asfáltico de petróleo) e de agregados virgens. Tudo isto definido pela dosagem de cada projeto.

VARIABILIDADE DO RAP E BENEFICIAMENTO

Um gargalo para o uso do RAP em larga escala na pavimentação asfáltica no Brasil é a variabilidade do material. Nossos pavimentos no geral não são homogêneos, com variações de tipos de misturas asfálticas, remendos com diferentes materiais, etc. É preciso que haja mais homogeneidade do RAP para melhor reaproveitamento.

É recomendado que o RAP passe por um processo simples de britagem. Em outros países, com percentuais acima de 20% de RAP, o material é dividido em duas ou mais granulometrias, para que seja encaixado nas faixas granulométricas dos agregados virgens. Após a britagem inicial, a fração mais fina do RAP apresenta um maior percentual de ligante asfáltico envelhecido do que a fração mais grossa. É preciso que tenha um trabalho de laboratório para realizar a dosagem do projeto.

TIPOS DE USINAS DE ASFALTO E O PERCENTUAL DE RAP

O valor percentual de RAP utilizado deverá ocorrer de acordo com o tipo de usina de asfalto que for utilizada. Independente da característica da usina, é preciso que para execução de misturas asfálticas recicladas haja acessórios para inserção e controle do RAP.

Há duas formas para tratamento de RAP:

·         SEM AQUECIMENTO DE RAP – entrada do material em temperatura ambiente com os demais insumos (agregados virgens e cimento asfáltico). Requer superaquecimento dos agregados virgens.

·         COM AQUECIMENTO DE RAP – o material sofre um processo de aquecimento especial. Exige menor superaquecimento dos agregados virgens.

 

Para os tipos de usinas de asfalto mais comuns no Brasil, temos as seguintes situações:

1. USINAS DE ASFALTO CONTÍNUAS COM MISTURADOR EXTERNO: 

É o tipo de usina de asfalto mais comum no Brasil, presente no mercado há mais de duas décadas. Composta de um chassi rodoviário único, com modo de produção contínua, no Brasil popularmente ainda é chamada de usina volumétrica. O compartimento de mistura dos agregados com o cimento asfáltico é externo ao tambor de secagem e aquecimento dos agregados virgens.

Neste tipo de usina, o RAP entra diretamente ao compartimento de mistura, também conhecido como misturador pugmill. É preciso que haja um superaquecimento dos agregados virgens para que ocorra uma equalização da temperatura final de mistura. Isto resulta em maior consumo de combustível e maior desgaste do sistema de filtragem da usina. Em função de exigir o superaquecimento dos agregados virgens, é pouco eficiente para utilizar percentuais acima de 10% de RAP na mistura. Há dificuldades para a secagem de agregados mais porosos e RAP com maior presença de umidade. Outro ponto problemático é que o vapor azulado (blue smoke) gerado a partir do contato do RAP úmido com os agregados aquecidos é emitido para a atmosfera, sem ter uma conexão com o sistema de filtragem.

Configuração básica em chassi único e mistura externa ao tambor de secagem dos agregados.

É preciso que haja um equilíbrio da temperatura da mistura asfáltica dentro do misturador externo da usina, sendo necessário superaquecer os agregados virgens para compensar a menor temperatura do RAP, que entra sem aquecimento.

2. USINAS CONTÍNUAS COM TAMBOR-MISTURADOR (DRUM-MIXER): 

Este tipo de usina de asfalto é padrão ainda nos dias de hoje nos Estados Unidos e Canadá. O tambor que executa a secagem e aquecimento dos agregados também produz a mistura asfáltica, com injeção do cimento asfáltico em um compartimento na parte final do tambor, já em um local com temperaturas adequadas. O chama do queimador é localizada em uma parte mais centralizada do tambor, através de uma extensão.

No Brasil, este tipo de usina perdeu popularidade por diversas razões. Alguns fabricantes brasileiros no passado fizeram cópias mal feitas de modelos norte-americanos, o que gerou muitos problemas de qualidade. O uso do tambor-misturador exige um tambor de maior comprimento, enquanto alguns fabricantes brasileiros lançaram usinas com tambor muito curto, problemático para secar os agregados e executar a mistura com o CAP. Os fabricantes que adotaram a usina com misturador externo fizeram um forte trabalho contra as usinas de mistura interna, cuja falta de informação e conhecimento técnico no mercado brasileiro fizeram com que em muitos locais não seja permitido o uso deste tipo de usina.

A vantagem da usina com tambor-misturador é permitir um aquecimento adequado do RAP e utilizar um percentual maior, chegando a 30%. Com o uso de misturas asfálticas mornas (WMA – Warm Mix Asphalt), o percentual pode ser ainda maior. Sobre misturas mornas, um novo artigo será escrito em breve, pois é uma técnica que traz grandes vantagens técnicas e financeiras.

Em usina com chassi duplo, o maior comprimento do tambor-misturador traz vantagens técnicas (permite maior percentual de RAP) e econômicas (menor consumo de combustível).

O tambor-misturador (drum-mixer) possui a área de mistura com o cimento asfáltico localizada em um compartimento ao final do tambor, com temperaturas inferiores a parte inicial que recebe o fluxo de gases diretamente da chama do queimador.

O RAP ingressa através de um anel de entrada ao tambor, com temperatura adequada para o seu aquecimento e maior tempo de mistura com agregados virgens e cimento asfáltico.

3. USINAS CONTÍNUAS COM TAMBOR-DUPLO: 

Uma grande inovação na engenharia rodoviária, a usina de tambor-duplo permite o uso de altos percentuais de RAP na mistura asfáltica, chegando a 50%. Trata-se de um tambor dentro de outro, com os agregados virgens secos e aquecidos passando do tambor interno para o tambor externo, onde entra o RAP a uma temperatura inferior ao do tambor interno. Foi desenvolvida uma geometria de aletas que permite no tambor externo que os materiais façam um sentido ascendente com a rotação do conjunto dos tambores-duplos.

Este tipo de usina possui maior área de secagem e mistura a seco de agregados virgens e RAP, assim como maior área de mistura dos insumos com o cimento asfáltico. Consegue produzir qualquer tipo de mistura asfáltica com qualidade de uma maneira muito fácil. Há um maior aproveitamento térmico, em função do tambor externo absorver o calor do tambor interno, o que gera economia de custos operacionais em relação à consumo de combustível. Temos usinas de asfalto deste tipo trabalhando na Argentina, Chile, Perú e Colômbia.

Tambor duplo traz várias vantagens técnicas, entre elas a possibilidade de uso de um percentual de até 50% de RAP na mistura, sem customizações caras.

Usina de asfalto com tambor-duplo instalada próximo a Medellin, na Colômbia.

4. USINAS GRAVIMÉTRICAS:

Popularmente no Brasil conhecidas como usinas gravimétricas, possuem um sistema de produção descontínua. Se caracterizam por serem equipamentos fixos, utilizando um sistema de dosagem de agregados com separação granulométrica através de peneiras e pesagem individual de cada insumo. A produção ocorre em lotes (batch), por isto em inglês é conhecida como asphalt batch plant.

No Brasil, acredita-se que hoje as usinas gravimétricas representam menos de 10% das usinas existentes no país. A popularização das usinas móveis contínuas em função do menor custo e grande facilidade de transporte fez com que ao longo dos anos as usinas gravimétricas fossem menos adotadas, mesmo com as vantagens técnicas na dosagem dos materiais. Outro fator determinante foi que as usinas gravimétricas sempre se caracterizaram por serem usinas imensas, altas, pesadas, difíceis de transportar e demoradas para instalar. Porém, as últimas gerações de usinas gravimétricas são modularizadas e de menor dimensão, o que diminui bastante os problemas que ocorriam com os modelos mais antigos.

Embora tenha vantagens para a produção com agregados virgens, a usina gravimétrica necessita de maiores adaptações para o uso de RAP. Por ter uma produção de maneira descontínua, é preciso ter um tambor extra dedicado para uma secagem adequada do RAP, pois a pesagem de cada material é realizada de forma separada e não há como ter um tempo de mistura a seco adequado entre agregados virgens superaquecidos e RAP. Em países de primeiro mundo, há grandes discussões travadas sobre o fato das usinas contínuas com tambor-duplo ser a melhor opção técnica para reaproveitamento de RAP em percentuais acima de 20% em comparação com usinas gravimétricas.

Usinas gravimétricas antigas eram equipamentos não-modulares, com grandes dimensões e peso elevado.

Conceito modular de usina gravimétrica de última geração

Para maiores percentuais de RAP na mistura, o processo contínuo em usina com tambor duplo traz mais facilidade e menor necessidade de customizações caras.

VANTAGENS TÉCNICAS E ECONÔMICAS COM O REAPROVEITAMENTO DE RAP EM USINAS DE ASFALTO:

 

1.       Redução do consumo de recursos naturais: diminuição no uso de agregados virgens e de cimento asfáltico. A redução vai apresentar uma variação conforme o percentual de RAP usado, no entanto sempre ocorrerá.

 

2.       Redução do consumo de energia: por usar um insumo que é proveniente de um processo que já ocorre (fresagem de pavimentos), ocorre diminuição no uso dos materiais virgens cuja produção exige diversos processos que consomem alta energia (perfuração, detonação e britagem).

 

3.       Solução para o problema de disposição de resíduos: o RAP muitas vezes não tem um destino correto. Diminuição de passivos ambientais com o devido reaproveitamento.

 

4.       Aproveitar o processo de envelhecimento das camadas asfálticas: é um fenômeno natural que exige uma remoção futura. O reaproveitamento do RAP gerado pelo processo de remoção através da fresagem pode ser já programado dentro de um fluxo logístico de trabalho de construção e manutenção de pavimentos.

 

5.       Redução dos custos de produção: sempre haverá uma economia com o uso do RAP em usinas de asfalto. Embora haja variações nos custos dos insumos locais de cada país, diversos estudos mostraram que ao usar 20% de RAP, a economia por tonelada produzida supera os 15%. Com o uso de 50% de RAP, várias empresas dos Estados Unidos tiveram uma redução superior a 40% no custo da tonelada asfáltica produzida.

1.       Vantagens competitivas: empresas que estejam preparadas e familiarizadas com o uso de RAP em misturas asfálticas à quente, terão vantagens técnicas e financeiras para o futuro.