Reciclagem profunda com emulsão asfáltica

 

À medida que ocorre um aumento na deterioração da infraestrutura viária e o orçamento para reabilitar essas vias não é o suficiente, segue a busca por soluções técnicas mais econômicas para manter uma infraestrutura viável. A técnica atual de "fresar e recompor", que envolve a remoção da camada superior de asfalto deteriorado e sua substituição por uma nova camada asfáltica à quente, tornou-se a prática padrão no Brasil. No entanto, quando a estrutura do pavimento está deteriorada a ponto de exigir reparos mais profundos, técnicas mais abrangentes são necessárias. Um método para realizar isso é a reciclagem profunda. Este processo tritura a camada asfáltica, a camada de base granular e, às vezes, a camada superior do subleito para formar uma nova camada de base homogênea. Várias formas de reciclagem de pavimentos in-situ têm sido praticadas por muitos anos no Brasil, as quais podem ser aprimoradas tecnicamente com o uso de novos materiais como a emulsão asfáltica.

Comboio de equipamentos em execução de reciclagem profunda com adição de emulsão asfáltica em execução na região Centro-Oeste do Brasil.

  

A reciclagem de pavimentos in-situ (no local) do tipo profunda FDR (Full Depth Reclamation) com adição de emulsão asfáltica é uma alternativa mais econômica, duradoura e ambientalmente amigável às técnicas de reabilitação profunda ou de remoção e substituição. É uma técnica de reabilitação planejada na qual toda a espessura da pavimentação asfáltica e uma porção determinada dos materiais subjacentes (base, sub-base e/ou subleito) são uniformemente pulverizados e misturados para fornecer um material aprimorado e homogêneo. A reciclagem profunda não se destina apenas a estradas em condições ruins, mas também é um processo de projeto viável para aumentar a capacidade estrutural de um pavimento em boas condições, assim como em implantações de rodovias. Entre as suas principais características:

·        Até 80% de economia comparado com outras técnicas de reconstrução;

·        Redução de mais de 90% na movimentação e transporte de materiais;

·        Reutiliza até 100% dos materiais existentes;

·        Retorno do tráfego leve no mesmo dia;

·        Extensão de vida útil em até 25 anos. O fator limitante para a vida útil de pavimentos reciclados de forma profunda geralmente é a vida útil da camada superficial e não a própria mistura reciclada.

 

A Reciclagem profunda in-situ de pavimentos resumidamente é uma técnica que permite uma rápida reabilitação e reforço estrutural do pavimento. Em uma única passada da máquina recicladora ocorre o corte, mistura, homogeneização e reforço na estrutura de um pavimento, com melhor custo-benefício em relação a outras soluções. É a aplicação mais usada em todo o mundo em projetos onde há necessidade de melhorar a capacidade estrutural de um pavimento de forma muito rápida e econômica. Uma recicladora possui largura de trabalho de 2,0 metros a 2,4 metros (depende do modelo da máquina) e em média pode alcançar uma velocidade de avanço de mais de 10 m/min considerando uma profundidade média de 20 cm. A produção alcançada depende da composição das camadas do pavimento. Os projetos costumam adotar profundidades entre 15 cm e 30 cm, definidas em dimensionamento.

No Brasil é comum a utilização da reciclagem profunda FDR com adição de cimento ou apenas a pulverização, sem adição alguma de um agente aglutinador de reforço. O uso da emulsão asfáltica apresenta benefícios técnicos e econômicos, agregando diversas melhorias e inibindo a propagação de trincas, que é uma característica da hidratação do cimento.

Situação das rodovias brasileiras

A maior parte das rodovias no Brasil foram projetadas e construídas há décadas, sendo dimensionadas para um tráfego estimado da época. Houve um grande crescimento do tráfego pesado de caminhões e em muitas regiões há falta de controle de peso por eixo, o que resulta problemas estruturais nas rodovias. A situação é agravada pela falta de manutenção preventiva adequada, o que potencializa os danos estruturais.

Esta técnica tem um grande potencial no Brasil em função da grande quantidade de rodovias com problemas estruturais. Outro fator é a possibilidade de ser utilizada também em vias não pavimentadas com o objetivo de agregar maior capacidade estrutural ao pavimento de forma rápida e econômica. Em um país onde mais de 80% das vias não estão asfaltadas, pode ser uma ótima alternativa técnica para melhorar as condições de tráfego ao combinar a reciclagem profunda com emulsão e um revestimento mais econômico como o microrrevestimento à frio.

A recuperação estrutural das rodovias através da reciclagem profunda in-situ é uma necessidade no Brasil.

A reciclagem profunda in-situ pode ser uma alternativa técnica para melhoria estrutural tanto de vias pavimentadas como também de vias não-pavimentadas.

Técnicas utilizadas na recuperação de rodovias

Basicamente são utilizadas três técnicas para a recuperação de trechos degradados de rodovias onde há problemas estruturais: 

·        Reconstrução: são removidas as camadas asfálticas, as camadas granulares de base e algumas vezes também a sub-base para a reconstrução de novas camadas com espessuras e materiais mais adequados para suportar o volume de tráfego atual. O problema é o alto custo de materiais e transporte, baixíssima produtividade de execução, além da questão de acomodação do trânsito durante o período de execução da obra. 

·        Sobreposição de camadas: é a aplicação de uma nova camada asfáltica sobre a estrutura já existente. Embora seja um reforço na composição da estrutura, pode não resolver problemas existentes nas camadas de base e sub-base. Situação é agravada quando há proliferação de trincas que não foram removidas para a aplicação de novas camadas acima. Os danos estruturais ocasionados pelas trincas e a infiltração de água pode gerar uma rápida degradação do pavimento recém reabilitado. 

·        Reciclagem profunda: técnica que permite cortar, triturar e homogeneizar várias camadas do pavimento, utilizando agentes de coesão como reforço. No Brasil é utilizado na reciclagem profunda principalmente o cimento, além de algumas obras esporádicas que utilizaram espuma de asfalto e emulsão asfáltica. Entre as vantagens da reciclagem profunda é a reutilização de 100% do material degradado existente na pista, reduzindo drasticamente custos de transporte na remoção de materiais degradados e movimentação de novos materiais. Outra grande vantagem é a velocidade de execução, permitindo realizar mais de um quilômetro de faixa por dia.

 

Características e benefícios da reciclagem profunda in-situ de pavimentos asfálticos.

Esquematização do processo de execução da reciclagem profunda in-situ

Benefícios da técnica da reciclagem profunda de pavimentos

É possível promover melhorias técnicas na estrutura do pavimento de várias maneiras, aprimorando os seguintes atributos técnicos: 

·        Resistência ao cisalhamento: maior capacidade de resistir a tensões cisalhantes e deformações permanentes, cujas consequências comuns são as ondulações provocadas pela ação do tráfego. 

·        Módulo (rigidez): a sua melhoria resulta em uma maior capacidade de manter o volume físico e responder elasticamente à carga do tráfego, minimizando deformações permanente. 

·        Durabilidade: a capacidade de manter as propriedades materiais e de engenharia e resistir à absorção de água quando exposto a condições ambientais, como umidade e mudanças de temperatura. 

·        Resistência à fadiga: permite estender a vida útil do pavimento adicionando uma camada de base resistente a trincas que transfere tensões máximas de tração horizontal da parte inferior da camada de asfalto usinado à quente para uma porção mais profunda na estrutura do pavimento. 

 

Agentes aglutinantes de reforço na reciclagem profunda

São utilizados para promover melhorias técnicas na nova camada reciclada. O seu uso e a quantidade necessária são definidos em estudos preliminares de laboratório, após extração e análise dos materiais existentes na rodovia. Os agentes aglutinantes utilizados na reciclagem profunda são: 

·        Cimento: agrega maior resistência e aumento da rigidez. Normalmente se utiliza em torno de 3% de cimento em relação ao volume que está sendo reciclado, aumentando a rigidez e capacidade estrutural. A aplicação do cimento deve ser feita com o uso de um distribuidor de cimento que aplique com ótima acuracidade e homogeneidade, pois muitas vezes a aplicação é feita de forma manual em função da falta de disponibilidade de equipamento. 

·        Espuma de asfalto: a combinação de cimento asfáltico de petróleo (CAP) em alta temperatura, água e ar comprimido provoca o efeito da espumação do asfalto. O aumento temporário do volume encobre os materiais granulares durante a passagem da máquina recicladora sem necessidade de aquecimento dos agregados, o que é necessário por exemplo na produção de uma mistura asfáltica à quente. Na reciclagem profunda in-situ com espuma é produzida uma mistura com ligações parciais de asfalto entre os agregados, o que inibe a propagação de trincas características das camadas continuamente ligadas como as bases cimentadas e camadas asfálticas à quente. Este tipo de camada é internacionalmente chamada de BSM (Bitumen Stabilized Material), o que significa material estabilizado com asfalto. Por ser uma camada composta por uma mistura não-continuamente ligada, evita a propagação de trincas ao mesmo tempo que apresenta propriedades flexíveis. A espuma de asfalto exige um maquinário especial configurado com o sistema de geração de espuma. Há também a exigência de um percentual mínimo de finos para que haja a devida adesão dos pontos de conexão de asfalto com os agregados. 

·        Emulsão asfáltica: assim como a espuma, o uso da emulsão asfáltica em obras de reciclagem profunda de pavimentos é executado a temperatura ambiente, uma vez que a emulsão asfáltica é uma composição de asfalto, água e agente emulsificante que permite a mistura dos materiais sem necessidade de aquecimento. O uso da emulsão asfáltica em misturas granulares produz igualmente uma base estabilizada com asfalto (BSM). As emulsões asfálticas evoluíram tecnicamente, não sendo mais necessário esperar a secagem da emulsão por evaporação, uma dificuldade técnica que ocorria no passado. Ocorre um rompimento químico na emulsão, com o asfalto sendo aderido aos agregados sem necessidade de esperar pela evaporação natural da água. A vantagem da emulsão é o fato de ser um produto industrializado, entregue na obra por um caminhão-tanque adequado, aplicado em temperatura ambiente sem qualquer necessidade de manuseio de produtos em alta temperatura. As máquinas recicladoras são dotadas de um sistema de dosagem eletrônica de água, por onde pode ser adicionada a emulsão asfáltica. Sendo assim é muito mais fácil obter um equipamento no Brasil para a execução da obra em comparação com a espuma asfáltica, que exige uma máquina com configuração específica desde a fábrica.

 

Ganhos técnicos do uso de camadas estabilizadas com asfalto (BSM)

Há inúmeras pesquisas e publicações técnicas em congressos nacionais e internacionais sobre as vantagens técnicas da utilização de uma camada flexível do tipo BSM debaixo da camada asfáltica de rolamento. Os esforços de tração da camada asfáltica são distribuídos para a camada de base BSM, reduzindo assim os esforços de tração na camada asfáltica em até 50%. O uso de camadas de base sem ligação (brita graduada simples) faz com que os esforços de tração permaneçam concentrados nas fibras inferiores da camada asfáltica, o que pode reduzir a sua vida útil.

Pesquisas realizadas no estado do Minessota (Estados Unidos) mostraram que os esforços de tração são transferidas das camadas asfálticas superiores para as camadas estabilizadas com asfalto (BSM), quando comparada com o uso de camadas granulares sem coesão na base.

Outra vantagem do uso de camadas estabilizadas com asfalto na estrutura de base de pavimentos é a propriedade anti-reflexão de trincas. Estudos publicados no exterior mostram que as camadas do tipo CTB (Cement treated base), camada tratada com cimento, falham por colapso da estrutura em função da rigidez e reflexão de trincas que acabam se unindo umas às outras. Já as camadas do tipo BSM se deformam ao longo do tempo, mas são mantidas intactas. Neste caso, a recuperação necessária é apenas uma fresagem rasa e recomposição da parte superior da capa asfáltica de rolamento.

 

Modo de falha de bases cimentadas (CTB) e de bases estabilizadas com asfalto (BSM).

Ao contrário das camadas asfálticas à quente as quais tiveram inúmeras inovações quanto a asfalto modificado de alto desempenho (Polímero, SMA, Gap Graded, HIMA, etc), as camadas estruturais de base no Brasil estão estagnadas há décadas em apenas duas únicas soluções: bases granulares simples (BGS) e brita graduada tratada com cimento (BGTC).

Publicações da ASSHTO (American Association of State Highway and Transportation Officials), mostram que o uso de emulsões asfálticas em camadas granulares de base apresenta coeficiente estrutural superior ao de bases cimentadas (CTB) e bases de brita graduada simples (untrated base). Os estudos mostram que o coeficiente estrutural é superior também a espuma de asfalto (foam), sendo inferior apenas às camadas recicladas do tipo Cold-In Place Recycling (quando há uso de emulsão na reciclagem apenas de camadas asfálticas, sem materiais granulares de base) e das próprias camadas asfálticas à quente (HMA – Hot Mix Asphalt). 

Tabela com coeficientes estruturais da AASHTO para diferentes tipos de camadas de base mostra que as emulsões asfálticas podem alcançar números maiores em comparação com outros agentes aglutinantes.

                             

Solução técnica a nível mundial 

É uma técnica consolidada globalmente de rápida execução, sem necessidade de maquinário especialmente configurado para a aplicação, podendo utilizar a frota de equipamentos já existente no Brasil. Agrega uma grande capacidade estrutural ao pavimento devido ao ganho de coesão, elimina a propagação de trincas típicas de bases com maior rigidez, podendo aumentar consideravelmente a vida útil do pavimento. A técnica permite uma solução adequada a uma ampla gama de materiais, de granulometria mais fina até os mais graúdos, sem necessidade de ajuste granulométrico. A realidade das rodovias brasileiras são pavimentos asfálticos com uma grande heterogeneidade em termos de materiais e espessuras ao longo de suas extensões. Podemos ver no exemplo abaixo dois trechos de uma mesma rodovia após a execução da reciclagem profunda com emulsão asfáltica a uma profundidade de 30 centímetros. Um trecho apresentava uma base formada por solo-brita enquanto outro trecho apresentava uma base formada por brita graduada tratada com cimento (BGTC).

 

Trechos da rodovia após execução da reciclagem profunda com emulsão asfáltica em trechos com estruturas de base distintas.

 

Houve inúmeros casos de registros de trincas precoces em pavimentos construídos com base cimentadas ou reciclados profundamente com cimento. Erros na execução, má-dosagem ou até mesmo falha na elaboração do teor de projeto podem resultar na aplicação de um percentual acima do desejável. É da natureza do cimento o enrijecimento e aparecimento de trincas de retração. Há reflexão destas trincas na camada asfáltica de rolamento, o que é uma realidade em muitas estradas brasileiras. Isto pode representar um grande problema para a rodovia, com a água das chuvas entrando pelas trincas e em conjunto com a ação do tráfego ocorrer uma erosão da parte inferior do pavimento e bombeamento de finos, resultando em colapso estrutural.

A adoção da emulsão asfáltica como um agente aglutinante de reforço na reciclagem profunda é amplamente disseminada nos Estados Unidos e China. Na América do Sul, o Peru foi pioneiro na região ao selecionar esta técnica para recuperar centenas de quilômetros em diversas regiões do país, abrangendo diferentes materiais e condições climáticas na sua execução.

 

Obra de reciclagem profunda com emulsão asfáltica na costa peruana. O país é referência na América do Sul em quilometragem de obras executadas utilizando esta técnica.

Outro trecho de reciclagem com emulsão executado no Perú. Foto: Eng. Civil Jorge Escalante.

            

Emulsão asfáltica x Espuma de asfalto

Embora a espuma de asfalto seja uma técnica inovadora, há dificuldades práticas para o seu uso no Brasil. São pouquíssimas máquinas dotadas com o sistema de produção e injeção de espuma disponíveis. Uma recicladora existente sem o sistema não pode receber a instalação do dispositivo, sendo necessário que saia de fábrica já configurada com o sistema de espuma. O custo de uma recicladora nova com sistema de espuma é bem superior ao valor de uma recicladora com sistema de injeção eletrônica de água por onde é inserida a emulsão asfáltica. Outra dificuldade é que o uso da espuma requer um elevado percentual de finos, o que muitas vezes resulta na necessidade de correção granulométrica com adição de pó-de-pedra sobre o pavimento existente.

A espuma de asfalto é produzida pela própria recicladora, enquanto a emulsão asfáltica é um produto industrializado que passa por um rigoroso processo de qualidade em sua fabricação. O fato da espuma ser produzida pelo próprio equipamento pode resultar em má-formação da mesma em função de algumas variáveis, como alteração na pressão, temperatura e até mesmo a heterogeneidade típica dos pavimentos brasileiros. Já a emulsão asfáltica se comporta melhor em condições onde há uma grande heterogeneidade do pavimento. Outra vantagem é o fato da emulsão ser aplicada em temperatura ambiente, enquanto a espuma de asfalto exige o uso de cimento asfáltico em alta temperatura em obra.

  

Parâmetros de desempenho

Um ponto que é bastante questionado sobre a adoção da reciclagem profunda in-situ é a heterogeneidade de nossos pavimentos rodoviários e como fica esse pavimento após a reciclagem, pois obviamente é impossível tornar homogêneo um pavimento sem a uma nova dosagem dos materiais em uma planta ou usina, o que geraria maior tempo, maior custo de transporte, menor produtividade de execução de obra e maior custo geral da obra.

As bases granulares estabilizadas com asfalto (BSM) levam em consideração dois principais parâmetros de desempenho. O primeiro é a resistência à tração indireta e o segundo é o módulo, cuja melhoria reflete na diminuição drástica das deflexões do pavimento. Há duas normas internacionais que servem de referência para a reciclagem com emulsão, ARRA (Estados Unidos) e TG2 (África do Sul). Embora haja algumas diferenças quanto ao valor para resistência mínima à tração indireta, ambas convergem para este parâmetro. A função da resistência à tração indireta é redistribuir para a base os esforços que ficam concentrados na camada asfáltica de rolamento, fazendo com que as camadas asfálticas superiores sejam mais suscetíveis a suportar os esforços de compressão aplicados pelo tráfego.

Outra vantagem das bases asfálticas do tipo BSM é diminuir as espessuras das camadas asfálticas de rolamento em um cálculo de dimensionamento. Assim é possível racionalizar os recursos, ao diminuir o volume do material mais caro, a mistura asfáltica à quente. Isto depende da abordagem do projetista, podendo utilizar as características estruturais para obter um dimensionamento otimizado.

  

Excelente custo-benefício

Alguns estudos realizados mostram que a reciclagem profunda in-situ elimina em mais de 95% a necessidade de transportes de materiais, o que a torna uma técnica mais barata do que a remoção e reconstrução das camadas. A produtividade da técnica é bastante elevada, reduzindo tempo de execução de obra. As produções médias são entre 600 e 1.200 metros diários de faixa.

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.