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.

Fresagem asfáltica e reaproveitamento do RAP

 

O Brasil ainda não despertou sobre os benefícios técnicos e financeiros a respeito do reaproveitamento do material asfáltico reciclado (RAP, do inglês Reclaimed Asphalt Pavement), que é o asfalto removido através da fresagem da camada asfáltica. Como o próprio termo em inglês indica, o material é considerado um insumo reciclável.

 

DEFASAGEM TÉCNICA NA EXECUÇÃO DA FRESAGEM

A etapa de remoção de pavimentos através da fresagem costuma ter baixa produtividade no Brasil. O tempo de execução das obras poderia ser mais rápido caso a fresagem tivesse uma forma de execução com maior produtividade. Os serviços de recuperação de pavimentos poderiam ter mais quilômetros executados dentro da programação semanal ou mensal caso alguns procedimentos fossem seguidos.

 

SELEÇÃO DO EQUIPAMENTO

O Brasil é um dos últimos países do mundo onde se utilizam fresadoras de pneus para fresagem de pavimentos em rodovias. É um ótimo equipamento para aplicação dentro de cidades e em obras de menor porte, mas em rodovias possui baixa produtividade. Os pneus apresentam área de contato mínima com o pavimento, o que resulta em baixa força de tração. Isto influencia diretamente sobre a força aplicada ao corte no pavimento.

As fresadoras de asfalto com locomoção sobre esteiras costumam apresentar mais de 40% de rendimento, mesmo utilizando um tambor de corte com a mesma largura. Outra dificuldade com as fresadoras de locomoção sobre rodas é a descarga traseira do material. Além da dificuldade para o operador, o caminhão que recolhe o material asfáltico fresado precisa se locomover em marcha a ré. Isto ocasiona colisões frequentes, como no exemplo abaixo.

VELOCIDADE DE AVANÇO DE ACORDO COM A PROFUNDIDADE

A velocidade de avanço varia conforme o modelo de fresadora, a profundidade de trabalho, o estado de conservação da camada asfáltica e o tipo de mistura asfáltica que compõe o pavimento. Fresadoras com alta potência de motor e maior largura costumam ter produção altíssima. No exemplo abaixo, uma fresadora com tambor de corte de 2,20 metros de largura consegue avançar 16 metros por minuto ao cortar uma espessura de 6,3 centímetros.

FATORES DE PRODUÇÃO

Além da correta seleção do modelo de fresadora de asfalto, alguns fatores precisam ser levados em consideração alcançar alta produção na fresagem de pavimentos. A performance da fresagem não pode ser determinada apenas pela velocidade de execução. Outros fatores podem reduzir a produtividade:

 

1.       Tipo de cilindro de fresagem:

·         Cilindros de fresagem fina e microfresagem possuem maior número de ferramentas de corte, destinadas para fresagens mais superficiais. Para fresagens acima de 5 centímetros, acabam criando maior resistência ao corte, diminuindo a velocidade de avanço.

2.       Tipo da ferramenta de corte (bit):

·         Existe no mercado inúmeros modelos de bits, como são conhecidas as ferramentas de corte montadas no tambor das fresadoras. É preciso testar e buscar identificar quais são os bits que se adaptam melhor ao tipo de aplicação (profundidade, dureza do asfalto, etc).

3.       Nível de dureza do asfalto:

·         A fresagem em camadas asfálticas deterioradas apresenta maior velocidade de avanço do que em camadas mais bem preservadas. Misturas asfálticas com maior presença de agregados graúdos (exemplo: SMA) também representa maior resistência ao corte, afetando a velocidade de avanço e por consequência a produção.

 

4.       Temperatura da camada asfáltica:

·         No Brasil não costuma ser um problema, por termos um clima tropical. Porém quando a temperatura está inferior a 15°C, o nível de dureza é maior. No exterior, é considerado que em temperaturas entre 0°C e 15°C, pode ocorrer uma diminuição na performance entre 5% e 10%. Entre 15°C e 30°C é considerado uma faixa de temperatura ideal. Acima de 30°C, o asfalto mais quente apresenta menor resistência, aumentando a produção da fresagem.

 

5.       Logística da obra:

·         Não basta ter apenas a fresadora. É preciso programar a logística de caminhões para remoção do RAP.

 

6.       Experiência do operador:

·         Colocar um operador inexperiente e sem o devido treinamento também é um fator que pode diminuir a performance da fresagem. Operadores capacitados e experientes entregam maior produção.

REUTILIZAÇÃO DO MATERIAL FRESADO (RAP)

O reaproveitamento do material asfáltico fresado ainda é muito baixo no Brasil. Por uma série de razões, somos um país onde o RAP é quase que totalmente descartado, sem ter a devida reutilização.

Por sermos um país protecionista, as construtoras brasileiras estão há décadas dependendo da indústria nacional de equipamentos para equipar a sua frota. Por outro lado, os fabricantes brasileiros acabam produzindo equipamentos que atendam às necessidades técnicas local. É um círculo vicioso, sem a devida inovação e sem acompanhar a evolução que ocorre no restante do mundo. Importar uma usina de asfalto de outros países sempre foi muito caro, devido aos impostos de importação aplicados para proteger os produtos nacionais.

Um dos maiores atrasos da indústria nacional de equipamentos é o baixo reaproveitamento do RAP na produção de novas misturas asfálticas à quente. Embora os fabricantes brasileiros tenham sido comprados por grupos internacionais, as configurações das usinas de asfalto comercializadas continuam abrangendo um baixo percentual de uso do RAP. Este material não pode ser adicionado como um agregado virgem, por ter a presença de ligante asfáltico em sua composição. As altas temperaturas do tambor secador de uma usina afetariam o ligante asfáltico, por isso o RAP precisa ser introduzido e aquecido de uma maneira diferente.

O fabricante norte-americano ASTEC fez a nacionalização de um modelo de usina de asfalto que permite um alto percentual de RAP na mistura, de até 30%. Com a instalação de um módulo a parte com silo, peneira vibratória, ponte de pesagem e correia transportadora, o RAP ingressa no tambor secador em um compartimento localizado após a passagem dos agregados virgens pelo queimador, onde as temperaturas são inferiores. Desta maneira o RAP é aquecido pela passagem por este compartimento e pelo contato com os agregados virgens, antes da mistura ser executada com a adição do cimento asfáltico de petróleo (CAP). O tambor tem comprimento suficiente para que a secagem e aquecimento ocorra de maneira gradual e eficiente, assim como gerando economia de combustível pelo alto comprimento, sem necessidade de aumentar a potência da chama para secar e aquecer os materiais.

A economia com o reuso do RAP é considerável. Nos Estados Unidos, quando se utiliza 20% de RAP na produção de novas misturas asfálticas, a economia costuma ficar próximo de 15%.