Como reaproveitar melhor o material fresado (RAP)?

                             

                        Embora o tema já tenha sido abordado aqui no Blog, nos últimos tempos houve um grande aumento na busca de maiores informações e esclarecimentos técnicos sobre a melhor forma de reaproveitamento do RAP, o material asfáltico granular oriundo da remoção de pavimentos envelhecidos através da fresagem asfáltica. Ainda há dúvidas básicas e conflitos de informações sobre as melhores práticas, motivo pelo qual o assunto está sendo abordado novamente de forma mais detalhada.

                      O termo RAP vem do inglês “Reclaimed Asphalt Pavement”, pavimento asfáltico reciclado. No Brasil é conhecido também como material asfáltico reciclado ou simplesmente fresado. O seu reaproveitamento tem sido um dos assuntos mais comentados na pavimentação brasileira nos últimos tempos em função do aumento das políticas de ESG (especialmente pelas concessionárias de rodovias e bancos de financiamento de obras), pelo apelo ambiental e de sustentabilidade, além da questão de redução de custos que a reutilização de um material tão nobre possibilita.

                      Os pavimentos asfálticos estão diariamente envelhecendo, o processo de oxidação é natural e um dia será necessária a remoção total da camada asfáltica envelhecida. Porém o Brasil ainda está engatinhando no reuso do RAP. Nosso país tem poucas usinas de asfalto adaptadas para o correto reaproveitamento, muitas vezes feitas de forma inadequada tecnicamente. É estimado que menos de 2% das usinas de asfalto do Brasil tenham alguma adaptação para uma correta adição do RAP na produção de um novo concreto asfáltico. Montanhas deste material são frequentemente vistas às margens de nossas rodovias, mesmo em trechos de concessionárias privadas. Em obras públicas muitas vezes o RAP acaba sendo doado a prefeituras para utilização como cascalho em vias não-pavimentadas, o que acaba sendo um desperdício de um material que poderia ser muito melhor aproveitado do ponto de vista técnico e financeiro.

                      Já os Estados Unidos é um país onde mais de 95% das usinas de asfalto reaproveitam o RAP. O que podemos aprender com o conhecimento mais que consolidado na América do Norte e como trazer para a nossa realidade de equipamentos e obras no Brasil?

 

                           Material nobre para um reaproveitamento nobre

                      O RAP é chamado nos Estados Unidos também de Black Gold (Ouro Negro), em função de sua importância técnica e financeira. Isto pelo fato deste material ter em sua composição o ligante asfáltico, que hoje representa o custo mais alto de todos os insumos da pavimentação. Mesmo envelhecido há uma grande importância na presença deste ligante asfáltico no RAP, o qual deve ser reutilizado de maneira adequada.

                      Em uma publicação em 2019 de uma revista norte-americana especializada em equipamentos é ressaltado o termo Black Gold. A matéria cita os equipamentos utilizados no beneficiamento do RAP para transformar o material tanto em agregado quanto em ligante asfáltico na produção de novas misturas asfálticas.

Revista Heavy Equipment dos Estados Unidos ressaltando o termo “black gold” no processo de reaproveitamento do RAP.

 

                                   Reutilizar a quente ou a frio?

                      A NAPA (National Asphalt Pavement Association), a associação norte-americana de pavimentação, realiza uma pesquisa anual com mais de 1.000 empresas do ramo de pavimentação. Uma informação importante apresentada no relatório é a respeito da forma como o RAP tem sido reutilizado nos Estados. No gráfico abaixo consta que menos de 1% do RAP é reaproveitado a frio (Cold Mix), enquanto mais de 94% é reaproveitado a quente (HMA – Hot Mix Asphalt) ou a morno (WMA – Warm Mix Asphalt). Historicamente o uso do RAP em misturas à frio sempre foi baixo nos Estados Unidos e vem diminuindo ano a ano desde 2009.

                      No mercado brasileiro tem surgido inúmeros produtos que prometem verdadeiros milagres na reutilização do RAP à frio, após uma simples mistura do tal produto com o material fresado em temperatura ambiente. Muitos destes produtos não passam de solventes que amolecem o ligante asfáltico presente no RAP, inutilizando esta parte que é a mais nobre, assim o material acaba sendo tecnicamente reutilizado somente como agregado.

                      As técnicas utilizadas no reaproveitamento a quente ou a morno permitem que o ligante asfáltico envelhecido presente no RAP seja reutilizado em maior proporção, podendo ocorrer economia na quantidade de ligante asfáltico novo que será adicionado na produção da nova mistura asfáltica.

Dados da NAPA sobre o uso do RAP em diferentes aplicações, mostrando a grande predominância do reaproveitamento em misturas à quente e mornas (HMA/WMA). 

  

                             Cuidados básicos na estocagem do RAP

                      É muito importante uma correta estocagem do RAP, independente da forma como será feita a reutilização. Assim como os agregados virgens utilizados na produção de um novo concreto asfáltico à quente devem ser estocados em locais cobertos e com inclinação (para permitir eventual escoamento de água), para o RAP é ainda mais importante estes cuidados devido à grande capacidade de aglutinação e formação de grumos deste material.

                      Infelizmente a grande maioria dos estoques de RAP pelo Brasil são improvisações em locais aleatórios sem qualquer cuidado, simplesmente jogados a céu aberto de forma improvisada. Isto torna mais difícil o posterior beneficiamento e correta reutilização, o que acaba favorecendo um uso precário do material.

Uma cena muito comum nas rodovias brasileiras é encontrar imensos depósitos temporários de RAP, estocados ao ar livre.

Ao permanecer muito tempo exposto às intempéries, o RAP forma grandes grumos e ainda sofre com o crescimento da vegetação sobre o material, dificultando um futuro reaproveitamento adequado.

Depósito de RAP com cobertura de lona na Colômbia danificada após um temporal.

Local de armazenamento de RAP no Brasil com cobertura.

Estoque de RAP com cobertura em uma instalação nos Estados Unidos.

 

                                 Como beneficiar e destorroar o RAP?

                      Uma das maiores dúvidas em relação ao reuso do material fresado é em relação ao processo de beneficiamento do material. A granulometria inicial do RAP depende da forma como foi executada a fresagem, pois os grumos podem surgir no caso de desgaste das ferramentas de corte da fresadora. Os pavimentos brasileiros no geral são muito heterogêneos, com variações constantes de tipos de misturas asfálticas e espessuras, portanto o RAP terá também uma característica heterogênea.azenado, é possível através de um beneficiamento simples alcançar um maior grau de homogeneidade no material. A primeira opção é um simples peneiramento do RAP. Experiências no Brasil mostram que o material passante na peneira de ¾ de polegada (19,05 mm) pode ser facilmente reutilizado ao ser enquadrado na curva granulométrica dos agregados virgens. É possível também separar o RAP em duas granulometrias, enquadrando respectivamente cada granulometria na curva dos agregados virgens. A granulometria mais fina terá maior quantidade de ligante asfáltico presente, portanto é preciso cuidado na análise de laboratório para o projeto da mistura.

                      A etapa de destorroamento do RAP é importante e recomendado. O processo de destorroar é diferente do processo de britagem. O destorroamento é uma separação das partículas que estão aglutinadas, porém mantendo a película de ligante asfáltico encobrindo os agregados. Já a britagem convencional quando aplicada no processamento de RAP acaba também rompendo os agregados, deixando uma face exposta sem recobrimento de ligante asfáltico. O ideal é deixar o agregado com cobertura do ligante, para que haja na etapa de dosagem da mistura um comportamento que permita reutilizar esse ligante presente de forma com quem haja uma leve redução na quantidade de ligante asfáltico novo.

                      Mesmo na literatura técnica internacional há poucas informações técnicas a respeito dos equipamentos destorroadores de RAP, ficando a informação restrita a poucos fabricantes do dispositivo. Basicamente são duas espécies de conjuntos com discos que giram um contra o outro, promovendo a separação das partículas sem rompimento dos agregados. Há também uma opção de tambores com uma espécie de dentes, também um girando contra o outro.

                 Em relação a britadores, no Brasil algumas poucas empresas usam o moinho tipo martelo para beneficiamento do RAP. Este tipo de britador é equipado com um tambor dotado de uma espécie de barras soldadas no seu diâmetro. Ao girar promove o processo de britagem do material. Já no exterior é comum o uso do britador do tipo impacto, equipado com um rotor girando em alta velocidade com o material caindo por cima e se desfragmentando ao se chocar com o rotor em alta velocidade e escudos dentro da câmara.  Porém esse tipo de britador gera muito material fino, o que pode atrapalhar o reaproveitamendo do RAP em percentuais mais baixos.       

Destorroador de RAP em funcionamento (video).

Sistema simples de destorroamento de RAP com silo, peneira vibratória, destorroador e correia de transporte conectando diretamente ao misturador da usina de asfalto.

O sistema de destorroamento pode funcionar de forma separada da usina de asfalto, dividindo o RAP em diversas granulometrias para diferentes formas de utilização posterior.

Exemplo de um croqui de sistema de destorramento de RAP em diversas granulometrias. 

                             Adaptação das usinas de asfalto típicas do Brasil

                      Este tema já foi abordado com maior profundidade aqui no Blog em uma publicação de setembro de 2021. No Brasil há uma grande predominância de usinas de asfalto móveis com produção contínua, popularmente também chamadas de usinas volumétricas (embora esse termo não esteja tecnicamente correto, mas o termo se popularizou em algumas regiões). A maioria dessas usinas são equipadas com misturador externo ao tambor de secagem, por onde o RAP é adicionado diretamente após uma simples adaptação com silo de recebimento e correia de transporte.

               Ou seja, a adaptação mais simples é a instalação deste conjunto. Pode ser realizado também uma adaptação mais complexa e cara, com troca do tambor secador por outro que tenha um anel externo por onde o RAP é aquecido de forma indireta antes de entrar no misturador. Alguns fabricantes brasileiros fornecem a usina de asfalto já com este tambor dotado do anel externo. O RAP precisa deste cuidado especial porque não pode ser utilizado como agregado virgem no processo, uma vez que o ligante asfáltico presente quando exposto às altas temperaturas internas do tambor de secagem sofreria danos irreversíveis.   

Posicionamento do silo de recebimento do RAP instalado junto à usina de asfalto, com correia transportadora com sistema de pesagem e dosagem, transportando o material ao compartimento de mistura com agregados virgens e cimento asfáltico.

A entrada do RAP no misturador ocorre pelo outro lado da usina de asfalto, sinalizado na foto pelo círculo amarelo.

                                 Melhor combinação técnica: RAP e Asfalto Morno

                      O Brasil é um país onde há uma grande quantidade de usinas de asfalto móveis com misturador externo, com o RAP podendo ser adicionado em temperatura ambiente diretamente ao misturador. Sendo assim a melhor opção técnica para otimizar o reaproveitamento do RAP é realizar uma combinação com misturas asfálticas mornas, cujos benefícios técnicos, financeiros e ambientais já foram apresentados aqui no Blog em publicação de novembro de 2022.

                      As misturas asfálticas mornas estão em processo de crescimento em todo o mundo e também no Brasil especialmente após a Petrobrás ter lançado ao mercado em dezembro de 2023 o CAP Pro W 30/45, um ligante asfáltico com aditivo químico incorporado que permite a redução da temperatura de usinagem em mais de 30°C.

                      E qual é o porquê da combinação de RAP com mistura morna ser a mais vantajosa? Devido a questão da temperatura final da mistura quando ocorre a incorporação do RAP entrando em temperatura ambiente. Para que haja por exemplo a produção de um CBUQ a 165°C utilizando 20% de RAP na mistura, é preciso superaquecer os agregados virgens para compensar estes 20% de RAP que entram em temperatura ambiente. Questão de equilíbrio térmico em relação à realidade de nossas usinas de asfalto, com a maioria dos equipamentos não dispondo de sistema de leve aquecimento do RAP.

                        Ao usinar com temperaturas reduzidas há menor consumo de combustível e menos emissões de poluentes, possibilitando maior quantidade de RAP a ser adicionado. Há ganhos técnicos (menor envelhecimento de curto prazo), ganhos financeiros e ganhos ambientais.

          

Princípio básico do equilíbrio térmico exemplifica o porquê das misturas asfálticas mornas (faixa de temperatura entre 110°C e 150°C) é a melhor alternativa técnica para reaproveitamento do RAP, pois não há necessidade de superaquecimento excessivo dos agregados virgens.

          

Material de divulgação da Petrobrás sobre o ligante asfáltico aditivado com surfactante que permite a usinagem em temperaturas mornas e suas vantagens técnicas.      

                 

                       Qual o percentual de RAP que poderia ser usado nas misturas?

                  Embora seja um país que de maneira geral reutiliza pouco o RAP na produção de misturas à quente ou morno, já há um número bastante razoável de experiências realizadas em diversas regiões pelos fabricantes de equipamentos e também por fornecedores de produtos químicos para pavimentação. Em misturas à quente o reaproveitamento fica limitado entre 10% e 20%, dependendo do modelo da usina de asfalto e suas características técnicas tais como volume do misturador e comprimento do tambor de secagem dos agregados, o que permite um maior superaquecimento dos mesmos para que haja maior percentual de RAP adicionado. Usinas com tambor secador equipado com anel de secagem externo para o RAP permite um percentual maior, porém foram pouquíssimas experiências práticas.

             Em relação ao uso do RAP em misturas mornas houve já experiências no Brasil com reaproveitamento de 30% com adição direta do RAP ao misturador. Nestas condições houve uma redução de aproximadamente 50% no consumo de combustível da usina ao reduzir em mais de 40°C a temperatura da mistura asfáltica. Houve também aumento de mais de 10% na produção da usina de asfalto. Para o proprietário da usina há também ganhos financeiros em função do menor desgaste com redução nos custos de manutenção.

             Qual poderia ser um percentual médio a ser utilizado no Brasil? Vejamos novamente o exemplo dos Estados Unidos através do relatório anual da NAPA. Mesmo em um país onde 95% das usinas de asfalto estão adaptadas para reutilizar o RAP, o percentual médio de reutilização é de 25% de RAP na mistura asfáltica à quente ou morno. Embora haja nos Estados Unidos centenas de usinas de tambor duplo do tipo Double-Barrel que podem reutilizar até 50% de RAP em misturas à quente, o percentual médio é a metade deste valor. O uso em percentuais próximos de 20% é o mais ágil e fácil tanto do ponto de vista técnico (projeto da mistura asfáltica) quanto operacional (todo o processo de produção). No Brasil temos visto estudos de universidades considerando altos percentuais de RAP (50%) em laboratório com o uso de agentes rejuvenescedores, o que foge da realidade de equipamentos do país e também de outros países. O ideal seria aprofundar estudos com percentuais de utilização em torno de 20% a 30% com diferentes tipos de ligantes asfálticos, sem necessidade de agente rejuvenescedor.

Dados da NAPA sobre o percentual médio de RAP utilizado nos Estados Unidos, cujo valor foi de 25% em 2021.

Uso de 30% de RAP usinado na faixa de temperaturas mornas na produção de um novo concreto asfáltico no Brasil.

  

                         Deve ser reutilizado um agente rejuvenescedor no RAP?

               O agente rejuvenescedor tem a propriedade de renovar as propriedades originais do ligante asfáltico envelhecido presente no RAP que está oxidado, restaurando a proporção original deste material de asfaltenos para maltenos. Porém o seu uso nos Estados Unidos é considerado apenas em percentuais altos, em misturas asfálticas com uso acima de 30% de RAP. Em percentuais inferiores a parte envelhecida do ligante presente no RAP é encoberta pela adição do ligante asfáltico novo, assim ocorrendo um balanceamento de suas propriedades de modo a não prejudicar a nova mistura. Importante ressaltar novamente que o uso do RAP em misturas à quente ou mornas permite uma leve redução da quantidade de cimento asfáltico novo, este o insumo mais caro de todos na pavimentação asfáltica.       

               Embora seja tema de estudo em pesquisas de universidades brasileiras, o uso do agente rejuvenescedor nos Estados Unidos é muito baixo, com apenas 5% de uso no total das misturas asfálticas produzidas. Mesmo em um país com um número muito maior de usinas de asfalto que permite um alto uso de RAP (acima de 30%) na produção de novas misturas. Para a realidade brasileira, com poucas usinas adaptadas e com características técnicas que permitem um uso moderado de RAP, podemos concluir que o uso do agente rejuvenescedor não é necessário.

             No relatório da NAPA é citado também o uso de um Softer Binder, que seria um ligante asfáltico mais “macio”, ou simplesmente de maior penetração, com uma média de uso de 22% no total das misturas asfálticas produzidas com RAP nos Estados Unidos. A Petrobrás fez um lançamento conjunto no final de 2023 também do ligante CAP Pro W 70/85, um cimento asfáltico de alta penetração. Este ligante é ideal para uso do RAP na produção de um novo concreto asfáltico, também com capacidade rejuvenescedora, em misturas com uso superior a 15% de RAP.

Dados da NAPA sobre o uso de algum agente rejuvenescedor nos Estados Unidos, com apenas 5% de relatos de uso em 2021, enquanto o uso de um ligante asfáltico de maior penetração (Softer Binder) foi de 22%. 

                    

                   Função dos órgãos públicos no fomento da reutilização do RAP

            Ainda há processos a serem feitos ou modificados para que seja fomentado o reuso de RAP no Brasil. Como não há definições claras, montanhas de RAP se acumulam ao longo de rodovias administradas por órgãos públicos federais ou estaduais, assim como em algumas prefeituras. Boa parte destes materiais acabam sendo doados para cidades próximas das rodovias utilizarem de forma precária, espalhando como cascalho em vias não-pavimentadas. Há registro também de furtos de volumes de RAP em algumas regiões.

           Algumas sugestões já foram discutidas em eventos técnicos do setor de pavimentação tais como o RAPv (Reunião Anual de Pavimentação), ENACOR (Encontro Nacional de Conservação Rodoviária) e feiras como a Paving Expo Brasil. Já existem normas técnicas atualizadas, tais como a norma DNIT 033/2021 – ES “Concreto asfáltico reciclado em usina a quente”. Licitações deveriam ser montadas com o objetivo de reutilizar o RAP em percentuais até 20%, o que exige uma simples adaptação na usina de asfalto com instalação de silo de recebimento de RAP e correia transportadora de ligação ao compartimento de mistura com o CAP. Como a reutilização do RAP traz economia financeira, deve ser levado em consideração nas planilhas de custos uma leve redução nos valores financeiros que traga ganhos aos cofres públicos, mas de modo que a empresa ganhadora da licitação que tenha capacidade técnica seja capaz de produzir o concreto asfáltico com RAP também se beneficie financeiramente desta redução de custos.

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.