Reforço de Pavimentos Rodoviários com Misturas Betuminosas Produzidas com Betume-Borracha

Reforço de Pavimentos Rodoviários com Misturas Betuminosas Produzidas com Betume-Borracha Marco Rodrigues** /Silvino Capitão*

*Instituto Politécnico de Coimbra, ISEC /**Instituto Politécnico de Coimbra, ISEC, & CESUR, IST, UTL, [email protected] /[email protected]

Área Científica – CT 16 Resumo O reforço de pavimentos rodoviários com camadas de misturas betuminosas com borracha é uma técnica de reabilitação que tem tido uma considerável utilização em Portugal. Aquelas misturas incorporam como ligante betume asfáltico e granulado de borracha de pneus usados. Apresenta-se um resumo das características do betumeborracha (BB), obtido por via húmida, e das misturas produzidas com BB. Faz-se ainda uma súmula das principais propriedades das misturas com BB utilizadas em Portugal. Por fim, é efetuado um estudo comparativo do dimensionamento de reforço de camadas betuminosas com BB e convencionais, utilizando métodos empíricomecanicistas, com e sem a consideração da reflexão de fendas das camadas betuminosas existentes para a camada de reforço. Dada a boa resistência das misturas com BB à propagação do fendilhamento, quando se considera a reflexão de fendas no dimensionamento, as misturas com BB têm uma vida útil consideravelmente superior à das convencionais para a mesma espessura de reforço. Palavras-chave: Misturas betuminosas com borracha; avaliação de desempenho; camadas de desgaste; camadas de ligação; reabilitação.

1. Introdução As camadas superficiais dos pavimentos flexíveis são habitualmente constituídas por misturas betuminosas ditas tradicionais. A necessidade de construir pavimentos com maior capacidade estrutural e melhores características funcionais facilitou o desenvolvimento de novos materiais. Um desses materiais é o betume-borracha (BB) que, embora fosse bastante conhecido e desenvolvido nos Estados Unidos da América, só por volta de 1999 foi aplicado em obras em Portugal. Este ligante melhorado é constituído principalmente por dois materiais. O betume asfáltico e a borracha de pneus em fim de vida. A incorporação da borracha de pneu (granulado) no betume permite a reutilização daquele material, o qual doutra forma teria de ser colocado em aterros, com maior risco de poluição ambiental. Assim, a reutilização dos pneus constitui uma clara vantagem ambiental e, ao mesmo tempo, permite cumprir a legislação nacional que regula o destino final e a reutilização de resíduos. O BB tem sido utilizado, quer em misturas que constituem camadas de pavimentos construídos de raiz, quer na reabilitação de pavimentos existentes.

2. Constituição e Propriedades do Betume-Borracha Os pneus são utilizados para produzir granulado de borracha, o qual é incorporado no processo de fabrico de misturas betuminosas. Para se produzir o granulado de borracha pode recorrer-se à trituração mecânica à temperatura ambiente, até a obtenção de partículas do tamanho desejado. Outros produtores utilizam o processo criogénico no qual fragmentos de borracha com 10 a 15 mm, inicialmente obtidos por trituração mecânica, são submetidos a temperaturas extremamente baixas (entre 87 e 198°C negativos), com recurso a azoto líquido, permitindo obter partículas de menores dimensões por fratura dos fragmentos congelados [1]. A composição da borracha utilizada influencia as características das misturas betuminosas nas quais se incorpora borracha. A existência de contaminantes tais como metais, fibras e água podem influenciar o comportamento da mistura, devendo cumprir-se os limites estabelecidos INTERNATIONAL CONFERENCE ON ENGINEERING UBI2013 - 27-29 Nov 2013 – University of Beira Interior – Covilhã, Portugal

[2]. A presença de água na borracha pode provocar espuma durante a mistura com o betume, sendo necessário o controlo do teor em água (devendo ser inferior a 2%) de maneira a evitar esse fenómeno [3]. Na produção corrente de misturas betuminosas com borracha tem-se utilizado granulados bastante finos, uma vez que estes exigem menos tempo de interação entre o betume asfáltico e a borracha, com vista à sua adequada combinação, podendo o processo decorrer a temperaturas mais baixas [4]. Por exemplo, o documento de aplicação DA 15 [2], do Laboratório Nacional de Engenharia Civil, propõe para misturas betuminosas rugosas produzidas com BB (MBR-BMB®) o fuso granulométrico que se apresenta na Tabela 1. Tabela 1 - Fuso granulométrico típico do granulado de borracha para MBR-BMB [2] Abertura dos peneiros ASTM 1,180 mm (nº16) 0,85 mm (nº20) 0,600 mm (nº30) 0,43 mm (nº40) 0,25 mm (nº 60) 0,075 mm (nº200)

Percentagem acumulada de material que passa (%) (ASTM D 5644-01) 100 95 a 100 85 a 100 45 a 70 5 a 25 0a5

O BB é obtido a partir de um betume rodoviário convencional, geralmente do tipo 35/50 ou 50/70, cuja reologia é melhorada com a incorporação de granulado de borracha. A modificação da reologia do betume permite a melhoria de características mecânicas tais como: o aumento da flexibilidade e da elasticidade; a melhoria da resistência à fadiga e à deformação permanente; a menor suscetibilidade térmica a altas temperaturas; o incremento da adesividade agregado-ligante, bem como da coesão interna e da resistência ao envelhecimento. A incorporação de borracha por via húmida (adição da borracha ao betume) permite obter um BB com uma viscosidade superior à dos betumes modificados [5]. A quantidade de borracha incorporada no betume é variável, obtendo-se três tipos diferentes de ligantes em função da percentagem de borracha adicionada [6]: BBB − betume-borracha de baixa percentagem de borracha (8% ou menos de granulado em relação à massa total de ligante,); BBM − betume-borracha de média percentagem de borracha (entre 10 e 14% de granulado em relação à massa total de ligante); BBA − betume-borracha de alta percentagem de borracha (18% ou mais de granulado em relação à massa total de ligante). O BB mais utilizado em camadas de reforço, como as MBR-BMB®, tem sido o BBA [7]. O BB pode ser fabricado por via húmida ou por via seca. O processo por via húmida consiste na adição de granulado de borracha ao betume convencional previamente aquecido, mantendo os constituintes em contacto durante um determinado tempo. Aquele tempo é o necessário para ocorrer a interação entre o betume e a borracha, quando misturados a elevadas temperaturas (160 a 220 °C) [8]. Deve garantir-se que os constituintes são mantidos com elevada agitação para manter as partículas de borracha suspensas na mistura. Recentemente, Dias [9] realizou o estudo de misturas betuminosas rugosas com alta e média percentagem de borracha, utilizando o processo de fabrico por via seca. Em geral, o processo de incorporação de borracha pela via seca consiste na mistura de granulado de borracha com os agregados pré-aquecidos (a temperaturas que variam entre 200 e 210 °C, durante alguns segundos). A inovação daquele estudo foi a de utilizar granulados finos de borracha, tal como acontece geralmente no processo por via húmida. Assim, a borracha é introduzida de modo a fazer parte do ligante e não como substituição do agregado como é mais habitual nos processos mais convencionais por via seca. Os BBA não são geralmente estáveis ao armazenamento, o que impede a sua produção em fábrica para distribuição e venda em períodos alargados. Já os BBM podem ser produzidos em fábrica, havendo várias empresas petrolíferas que comercializam BB pronto a utilizar. INTERNATIONAL CONFERENCE ON ENGINEERING UBI2013 - 27-29 Nov 2013 – University of Beira Interior – Covilhã, Portugal

3. Misturas Betuminosas com Betume-Borracha Aplicadas como Reforço Estrutural 3.1. Considerações Iniciais Em Portugal têm sido utilizadas misturas betuminosas com BB em obras de reabilitação de pavimentos ou de construção nova. Aquelas misturas têm sido aplicadas nas camadas de desgaste ou nas camadas intermédias. As misturas rugosas com BB (MBR-BB) têm sido aplicadas principalmente em camadas de desgaste (embora também possam aplicar-se em camadas de ligação/regularização), enquanto as misturas abertas (MBA-BB) foram sempre utilizadas em camadas de desgaste [7]. Pelas suas características mecânicas, apenas as misturas betuminosas rugosas (MBR) podem considerar-se úteis para o reforço estrutural de pavimentos. Tipicamente têm sido aplicadas misturas com agregado de dimensão máxima de 14 mm, com 8 a 9% de betume-borracha, o qual incorpora 18 a 22% de granulado de borracha. Este tipo de material pode ser colocado em camadas até 6 cm de espessura [6]. A granulometria habitualmente utilizada é a que se ilustra na Figura 1.

Figura 1 - Fuso granulométrico da mistura de agregados e filer da MBR-BMB [2]

3.2. Propriedades Mecânicas O módulo de deformabilidade é a relação entre a amplitude da tensão aplicada no material e a correspondente extensão observada, para certas condições de temperatura e frequência. Na Tabela 2 apresenta-se a gama de valores de módulo de deformabilidade indicados pelo LNEC no DA 15 [2] para camadas rugosas. Resumem-se ainda os valores obtidos por Pais et al. [10] e por Dias [9], a título comparativo, medidos em ensaios de flexão de provetes prismáticos, com aplicação de cargas repetidas (EN 12697-26) para camadas descontínuas (via húmida) e para MBR (via seca). Tabela 2 - Módulos de deformabilidade (MPa) de misturas com BB, a 20ºC ®

Frequência (Hz)

MBR-BMB [2]

10 5 1

3000 − 4500 − −

M1 (35/50) [10]

M2 (50/70) [10]

B1 [9]

B2 [9]

B3 [9]

5192 4537 3652

3357 2687 1890

3275 3070 2443

3600 3590 2905

2476 2502 2151

M1 e M2 – misturas do tipo gap graded, semelhante às MBR utilizadas em Portugal (21% de borracha; 8% de ligante; betume base 35/50 e 50/70, respetivamente) B1 – mistura do tipo MBR (média incorporação de borracha; 5% de ligante; betume base 35/50) B2 e B3 – misturas do tipo MBR (alta incorporação de borracha; betume base 35/50; 8,5 e 9% de ligante final, respetivamente)

INTERNATIONAL CONFERENCE ON ENGINEERING UBI2013 - 27-29 Nov 2013 – University of Beira Interior – Covilhã, Portugal

Embora os resultados apresentados evidenciem uma certa variação dos módulos com as composições ensaiadas, pode observar-se que os valores estão genericamente no intervalo de referência de 3000 a 4500 MPa declarados pelo fabricante de misturas MBR-BMB® obtido por via húmida [2]. Também a resistência à deformação permanente (DP) ocorre nos materiais betuminosos devido à sucessiva repetição de cargas (originadas pela passagem do tráfego rodoviário). Ocorrem como depressões transversais (rodeiras) que se desenvolvem ao longo do local do pavimento onde há passagem de rodados dos veículos, por vezes acompanhadas de elevações laterais [11]. A suscetibilidade à DP avalia-se a partir da medição da profundidade da rodeira criada pela passagem sucessiva de uma roda carregada, ao longo do número de carregamentos, para as condições de temperatura especificadas num ensaio de pista de laboratório. No caso de utilização, por exemplo, do equipamento utilizado em Espanha (NLT-173/84), a velocidade de deformação máxima (inclinação da zona quase linear da curva deformação−número de carregamentos) de misturas betuminosas caracterizadas no ensaio de pista, para uma situação típica de utilização do material, é de 15×10-3 mm/min [12]. Este limite foi cumprido pelas misturas B1, B2 e B3 descritas acima, as quais foram fabricadas pelo processo de via seca proposto por Dias [9] (Tabela 3), fazendo prever uma adequada resistência à DP. Tabela 3 - Resultados da velocidade de deformação [9] Amostra B1 B2 B3

Valor médio (mm/min) 5,7×10-3 3,4×10-3 4,2×10-3

Quando são sujeitas a repetidas passagens de cargas dos veículos, as camadas betuminosas ficam sujeitas ao fenómeno de fadiga. Visualmente traduz-se pelo aparecimento de fendas. No momento em que uma carga atua sobre o pavimento o valor máximo da tensão exercida no material é, normalmente, inferior à tensão de rotura desse mesmo material. Contudo, os sucessivos carregamentos instalados no pavimento podem levar ao aparecimento de fendas, e à consequente propagação destas através das várias camadas betuminosas [13]. Uma das formas de medir a resistência relativa de várias misturas à fadiga é o uso do parâmetro ε6, o qual traduz a extensão de tração necessária para provocar a ruína (convencional) por fadiga após um milhão de ciclos de carga [13]. Maiores valores de ε6 traduzem maior resistência à fadiga. Utiliza-se o mesmo equipamento de ensaio referido para a medição de módulos de deformabilidade. Na Tabela 4 resumem-se os resultados dos ensaios de fadiga obtidos por Miranda [14] e por Dias [9] em ensaios de flexão, realizados a 20ºC, para medição da resistência à fadiga (rotura convencional dos provetes correspondente a 50% de redução do módulo de deformabilidade inicial). Tabela 4 - Resistência à fadiga de misturas com BB representada pelo parâmetro ε6 (µm/m) [9, 14] MBR1 [14]

MBR2 [14]

B1 [9]

B2 [9]

B3 [9]

640

550

240

315

360

MBR1 e MBR2 – misturas do tipo gap graded, semelhantes às MBR utilizadas em Portugal (21% de borracha; 8% de ligante; betume base 35/50 e 50/70, respetivamente) B1, B2 e B3 – misturas descritas na Tabela 2

Miranda [14] verificou que as misturas betuminosas estudadas apresentam um bom comportamento à fadiga. Obteve valores de ε6 superiores a 500 µm/m. Comparando estes resultados com os da investigação de Sousa et al. [15], na qual se obtiveram valores de ε6 da ordem de 100 µm/m para as misturas convencionais, verifica-se que a resistência à fadiga das INTERNATIONAL CONFERENCE ON ENGINEERING UBI2013 - 27-29 Nov 2013 – University of Beira Interior – Covilhã, Portugal

misturas com BB é muito superior à das misturas convencionais. Comparativamente ao estudo realizado por Sousa et al. [15], verifica-se que as misturas com BB fabricadas por via seca apresentam resistência à fadiga superior à das misturas convencionais.

4. Dimensionamento de Reforço Utilizando Misturas com BB 4.1. Método Empírico-Mecanicista Baseado nas Deflexões Reversíveis Para dimensionar o reforço utilizam-se os chamados métodos empírico-mecanicistas, os quais se baseiam na medição de deflexões reversíveis, obtidas, por exemplo, através de ensaios de carga com defletómetro de impacto. Definem-se trechos de comportamento homogéneo, os quais são representados por um conjunto de deflexões características, geralmente correspondentes ao percentil 85 das deflexões medidas. Para calcular o estado de tensão-deformação num pavimento podem ser usados programas de cálculo automático, como o ELSYM ou o BISAR, entre outros. Estes permitem modelar o pavimento em estudo e simular aproximadamente as condições de aplicação de carga durante a medição das deflexões. Arbitram-se os valores dos módulos de deformabilidade para cada uma das camadas, considerando valores típicos para os coeficientes de Poisson, de acordo com a natureza dos materiais que as constituem. É também necessário conhecer os dados relativos às espessuras das camadas, os quais são obtidos através de sondagens e/ou de levantamento com georadar. Utilizando sistemas de cálculo como os referidos acima simula-se, de forma iterativa, os módulos de deformabilidade das camadas do pavimento até que o defletograma calculado seja suficientemente representativo do defletograma característico considerado. De forma a avaliar a capacidade resistente do pavimento é necessário corrigir, através de várias relações propostas por diferentes autores, os valores dos módulos de deformabilidade das camadas betuminosas, para que estes correspondam à temperatura de serviço do pavimento e não à temperatura dos ensaios de carga [16]. Determinados os módulos de deformabilidade e conhecidas as espessuras das camadas do pavimento, simula-se o estado de tensão−deformação associado ao carregamento de um eixo−padrão, o qual permite avaliar o tempo de vida do pavimento, através dos critérios de dimensionamento, ou seja, dos estados limites de ruína do pavimento, relacionados com o fendilhamento nas camadas betuminosas e o assentamento excessivo da estrutura do pavimento, controlando este ao nível da fundação. Quando se utiliza o método da Shell, os estados limites que se consideram para efeitos de dimensionamento são traduzidos pelas leis de fadiga (1) e de deformação permanente (2), as quais permitem verificar, respetivamente, a extensão máxima de tração, εt, na face inferior das camadas betuminosas, e a extensão vertical de compressão, εc, no topo da fundação do pavimento (95% de probabilidade de sobrevivência): εt = 0,856×Vb +1,08 ×E-0,36 ×N-0,20 -2

εc =1,8×10 ×N-0,25

(1) (2)

onde, N – número acumulado de eixos-padrão durante a vida útil; Vb – percentagem volumétrica de betume das misturas da camada inferior. Determinados os valores das extensões nos pontos críticos do pavimento, e baseando-se nos critérios de dimensionamento já referidos, é possível obter o número acumulado de eixos−padrão admissíveis. O cálculo do dano, ou seja, a razão entre o número de INTERNATIONAL CONFERENCE ON ENGINEERING UBI2013 - 27-29 Nov 2013 – University of Beira Interior – Covilhã, Portugal

eixos−padrão de dimensionamento e o número admissível de eixos−padrão, permite ajustar melhor o dimensionamento do pavimento, de modo a que verificando os estados limites de ruína do pavimento, a percentagem de dano (D) seja tanto quanto possível próxima de 100% mas sem ultrapassar este valor, o que corresponde a uma utilização previsível de praticamente toda a capacidade resistente disponível.

4.2. Método Empírico-Mecanicista Considerando a Reflexão de Fendas Na análise estrutural de um pavimento para se obter um reforço mais eficaz podem ser analisados o fendilhamento existente e o potencial de reflexão (atividade) das fendas para a camada de reforço a dimensionar quando sobre o pavimento atuam ações climáticas e de tráfego. Normalmente, no dimensionamento das camadas de reforço, não é tida em conta a reflexão de fendas [17]. O reforço de um pavimento que apresenta fendilhamento nas camadas superficiais, com uma nova camada betuminosa, causa um mecanismo de ruína adicional designado habitualmente por reflexão de fendas. Este critério de dimensionamento é geralmente o mais condicionante. Sousa et al. [18] propuseram um modelo empírico-mecanicista para reforço de pavimentos que tem em conta a reflexão de fendas, representando-se na Figura 2 um esquema ilustrativo.

Figura 2 - Esquematização do processo de dimensionamento do reforço considerando a reflexão de fendas [17]

Pela metodologia proposta o dimensionamento desenvolve-se segundo os seguintes procedimentos: INTERNATIONAL CONFERENCE ON ENGINEERING UBI2013 - 27-29 Nov 2013 – University of Beira Interior – Covilhã, Portugal

• • •

• • •

Caracterização mecânica do pavimento existente (determinação do módulo de deformabilidade e das espessuras da camada do pavimento existente); Determinação da temperatura representativa do ar (TMAA); Definição da percentagem de reflexão de fendas (PC: percentagem de fendilhamento); Determinação dos fatores de correção (AAF: envelhecimento do reforço; TAF: temperatura; FAF: consideração do comportamento in situ); Seleção do módulo de deformabilidade da camada de reforço; Cálculo da extensão de Von Mises a considerar na face inferior do reforço (εVM: extensão de Von Mises de projeto); Determinação do número admissível de eixos-padrão, de modo a cumprir o limite da área fendilhada por reflexão de fendas (N: vida útil da estrutura após reforço).

Para as misturas com BB e para as misturas betuminosas convencionais as leis de fadiga consideradas são as dadas pelas expressões (3) e (4), respetivamente: 19

NAEP=4,1245×10 × εVM 1×10 19

NAEP=6,4467×10 × εVM 1×10

-6 -6

-4,9761 -5,93

                   

(3)

     

(4)

Por razões de espaço não se apresenta de forma detalhada uma explicação do procedimento de dimensionamento que considera a reflexão de fendas, podendo o mesmo ser consultado em Sousa et al. [18].

4.3. Estudo Comparativo de Dimensionamento do Reforço Nesta secção faz-se uma análise comparativa dos resultados obtidos por Ribeiro [16] para as espessuras das camadas de reforço dimensionadas pelo método das deflexões reversíveis e as que podem obter-se considerando a reflexão de fendas. Para o primeiro método consideraram-se as estruturas, as características dos materiais e os resultados do dimensionamento obtidos por Ribeiro [16], os quais se resumem a seguir. Para o segundo, procede-se à aplicação do método desenvolvido por Sousa et al. [18], para as mesmas estruturas. A análise considera três estruturas de pavimentos base para as quais foi simulado o reforço do pavimento com betão betuminoso convencional e misturas betuminosas rugosas com BB (MBRBB). As três estruturas base são as seguintes: A- Pavimento flexível de base granular: 15 cm de camadas betuminosas sobre 20 cm de base granular e 20 cm de sub-base granular; B- Pavimento flexível de base betuminosa: 20 cm de camadas betuminosas sobre 20 cm de sub-base granular; C- Pavimento flexível de base betuminosa: 24 cm de camadas betuminosas sobre 20 cm de sub-base granular. Considerou-se que as camadas betuminosas existentes eram constituídas por misturas betuminosas convencionais com um módulo de deformabilidade de 4000 MPa. No entanto, Ribeiro simulou a redução de vida útil do pavimento existente diminuindo o módulo de deformabilidade em 25%. As camadas estudadas foram caracterizadas pelas propriedades mecânicas indicadas na Tabela 5 (E – módulo de deformabilidade; ν – coeficiente de Poisson). As tensões e as extensões foram calculadas com o programa BISAR, tendo sido considerado um eixo-padrão de 80 kN.

INTERNATIONAL CONFERENCE ON ENGINEERING UBI2013 - 27-29 Nov 2013 – University of Beira Interior – Covilhã, Portugal

A Tabela 6 apresenta os resultados obtidos por Ribeiro [16] para a vida útil restante (Nadm) das estruturas base A, B e C, utilizando as leis de comportamento da Shell, para 95% de probabilidade de sobrevivência. A vida útil para cada caso foi obtida para os dados referidos anteriormente, considerando as extensões de tração, na base das camadas betuminosas, εt, e as extensões de compressão no topo da fundação, εc, indicadas no mesmo quadro. Tabela 5 - Características mecânicas das camadas dos pavimentos Sub-base granular

Fundação Estruturas

A B C

Camadas betuminosas existentes

Base granular

Reforço Misturas betuminosas convencionais

MBR-BB

E (MPa)

ν

E (MPa)

ν

E (MPa)

ν

E (MPa)

ν

E (MPa)

ν

E (MPa)

ν

100

0,4

200

0,35

400 ---

0,35

3000

0,35

4000

0,35

3800

0,35

Tabela 6 - Extensões e vida útil restante das estruturas base A, B e C com redução do módulo de deformabilidade [1 Estrutura Base A B C

Fadiga εt (mm/m) Nadm (milhões) 140,2 100,7 143,2 90,6 114,4 278,3

Deformação Permanente εc (mm/m) Nadm (milhões) 238,3 32,6 298,0 13,3 237,5 33,0

Posteriormente, Ribeiro [16] efetuou simulações com duas alternativas de reforço com 4cm de espessura: uma considerando uma camada em betão betuminoso convencional; outra considerando MBR-BB. Para as seis estruturas com reforço calculou as extensões nos pontos críticos do pavimento e o número admissível de eixos-padrão (Tabela 7). Tabela 7 - Extensões e número de eixos-padrão admissíveis para as estruturas base com reforço de 4 cm [16] Estruturas

A

B C

Reforço com 4 cm de misturas betuminosas Com betão betuminoso tradicional Com MBR-BB Com betão betuminoso tradicional Com MBR-BB Com betão betuminoso tradicional Com MBR-BB

Fadiga

Deformação Permanente εc Nadm (milhões) (mm /m)

εt (mm /m)

Nadm (milhões)

111,4

317,8

190,0

80,6

117,7

313,6

190,10

78,7

111,8

312,2

228,9

38,2

112,2

306,7

230,5

37,2

90,82

882,5

187,2

85,5

91,19

864,8

188,4

83,3

Não considerando a reflexão de fendas, a mistura convencional apresenta em todas as situações uma vida ligeiramente superior às MBR-BB, uma vez que os módulos da mistura com borracha são um pouco menores para esta mistura e as leis de comportamento dos materiais utilizadas foram as mesmas para todos os casos. Simulou-se de novo os dimensionamentos dos casos indicados na Tabela 6, mas considerando a reflexão de fendas. As temperaturas máximas e mínimas do ar, assim como a temperatura média anual ponderada do ar (w-MAAT=19,5 °C) consideradas são as representativas da zona de Coimbra. As leis de comportamento consideradas para as camadas de reforço foram as representadas pelas expressões (3) e (4), respetivamente, para a MBR-BB e para a mistura convencional. Note-se que a lei considerada para a mistura convencional não difere muito da lei de fadiga do método da Shell, para níveis de extensão habitualmente considerados no dimensionamento. A Tabela 8 resume os resultados obtidos considerando uma percentagem de reflexão de fendas de 5 % (valor recomendado em [18]).

INTERNATIONAL CONFERENCE ON ENGINEERING UBI2013 - 27-29 Nov 2013 – University of Beira Interior – Covilhã, Portugal

Determinaram-se as extensões de Von Mises e o número admissível de eixos-padrão para reforço de todas as estruturas com 4 cm de espessura, considerando misturas betuminosas convencionais e, em alternativa, MBR-BB como reforço. Além disso, fez-se ainda uma comparação das espessuras de reforço que seriam necessárias para que todas as estruturas fossem capazes de suportar um tráfego de 30 milhões de eixos-padrão de 80 kN (valor admitido). Verifica-se que, pelo método da reflexão de fendas, as espessuras de reforço de 4 cm conduzem a vidas úteis dos pavimentos muito superiores quando se consideram camadas de reforço com MBR-BB. Estes resultados não corroboram os obtidos quando se faz um dimensionamento sem considerar a reflexão de fendas. Tabela 8 - Resultados para o método que considera a reflexão de fendas Estrutura Base a Reforçar

Tipo de camada de reforço Mistura Convencional

A MBR-BB Mistura Convencional B MBR-BB Mistura Convencional C MBR-BB

Espessura (cm) 4*

εVM (80 kN) 470,5

Nadm (milhões) 0,29

18** 4* 7**

213,8 452,4 329,5

31,1 7,96 38,6

4*

544,1

0,12

23**

211,5

33,1

4*

525,3

3,79

9*

327,4

39,9

4* 23**

554,5 213,4

0,11 31,4

4*

536,3

3,42

9**

332,4

36,9

* espessura fixa de reforço considerada sobre a estrutura base ** espessura de reforço considerada sobre a estrutura base para garantir uma vida mínima de 30 milhões de eixos de 80 kN

O dimensionamento baseado na reflexão de fendas permite verificar que são sempre necessárias espessuras de reforço consideravelmente menores quando se consideram misturas MBR-BB no lugar de misturas betuminosas convencionais.

5. Conclusões As misturas betuminosas com BB apresentam vantagens em termos de resistência mecânica global quando em serviço. O bom comportamento mecânico geralmente observado é mais notório quando aquelas misturas são aplicadas em camadas de reforço de pavimentos, nos quais há mais probabilidade de propagação de fendas da superfície existente para a nova camada. O estudo comparativo do dimensionamento de camadas de reforço foi efetuado pelos métodos das deflexões reversíveis, como é habitual, e considerando a reflexão de fendas que tende a ocorrer quando o reforço é construído sobre pavimentos fendilhados. Foram calculadas as extensões de tração para os dois métodos. No primeiro avaliaram-se a extensões radiais de tração na face inferior das camadas ligadas, induzidas pela passagem de um eixopadrão. No segundo método determinaram-se as extensões de Von Mises, as quais correspondem a uma modelação da atividade das fendas existentes no pavimento a reforçar, em função de várias fatores. Considerando as mesmas condições para a estrutura de um pavimento fazendo variar apenas o material da camada de reforço, verificou-se que a espessura da camada de reforço em misturas com BB é sempre inferior à determinada para misturas convencionais. Estes resultados mostram a vantagem, do ponto de vista estrutural, em utilizar camadas de reforço em misturas com BB no lugar de misturas betuminosas convencionais. INTERNATIONAL CONFERENCE ON ENGINEERING UBI2013 - 27-29 Nov 2013 – University of Beira Interior – Covilhã, Portugal

Referências [1] Recipneu, http://www.recipneu.com (2012). [2] LNEC. MBR-BMB® - Misturas Betuminosas para pavimentos rodoviários e Aeroportuários. DA15, Laboratório Nacional de Engenharia Civil, Lisboa, Portugal, 2008. [3] R. Hicks, J. Epps. Quality Control for Asphalt Rubber Binders and Mixes. Rubber Pavement Association, Arizona, USA, 2000. [4] Caltrans. Use of Scrap Tire Rubber. State of California Department of Transportation, Materials and Testing Services. Office of Flexible Pavement Materials. California, USA 2005. [5] A. Vicente. A Utilização de Betumes Modificados com Borracha na Reabilitação de Pavimentos Flexíveis. Dissertação de Mestrado, Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto, 2006. [6] EP. Caderno de Encargos Tipo Obra - Pavimentação. Estradas de Portugal S.A. 2012. [7] M. Rodrigues. Misturas Betuminosas com Incorporação de Borracha de Pneu – A Experiência Portuguesa. Dissertação apresentada para a obtenção do grau de Mestre em Engenharia Civil – Especialização em Construção Urbana. Instituto Superior de Engenharia de Coimbra, Coimbra, 2012. [8] Caltrans. Asphalt Rubber Usage Guide. State of California Department of Transportation Materials Engineering and Testing Services. Office of Flexible Pavement Materials. California, USA, 2006. [9] J. Dias. Misturas Betuminosas Incorporando por Via Seca Borracha de Pneus UsadosCaracterização e validação tecnológica. Tese de Doutoramento, Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade de Coimbr, Coimbra, 2011. [10] Pais, J., Fontes, L., Trichês, G., Pereira, P. “Influência da origem do betume no desempenho de misturas betuminosas com betume modificado com Borracha”. 5º Congresso Rodoviário Português, Lisboa, 2008. [11] S. Capitão. Caracterização de Misturas Betuminosas de Alto Módulo de Deformabilidade, Volume 1. Dissertação para a obtenção do grau de Doutoramento, na área de Urbanismo, Ordenamento do Território e Transportes. Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade de Coimbra, 2003. [12] SGI-DGC. Pliego de Prescripciones Tecnicas Generales para Obras de Carreteras y Puentes, Artículo 542.5.1. Espanha, 2008. [13] S. Capitão. Avaliação em Laboratório de Propriedades Mecânicas de Misturas Betuminosas Fabricadas a Quente. Resumo da lição apresentada para as Provas públicas para provimento de uma vaga de Professor Coordenador existente no quadro de pessoal docente do Instituto Superior de Engenharia do Instituto Politécnico de Coimbra (2008). [14] H. Miranda. Resistência à Fadiga de Misturas Betuminosas com Betume Modificado com Alta Percentagem de Borracha. Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Transportes. Instituto superior Técnico de Lisboa, 2007. [15] Sousa, J., Fonseca, P., Freire, A., Pais, J. “Comparação da vida à fadiga e deformação permanente entre misturas com betume modificado com borracha reciclada de pneus e convencionais”. 10º Congresso Ibero-Latinoamericano del Asfalto. Sevilha, 1999. [16] R. Ribeiro. Aplicação de mistura betuminosa aberta com betume modificado com alta incorporação de borracha na reabilitação de pavimentos rodoviários. Tese de Mestrado em Engenharia de Construção e Reabilitação, Instituto Politécnico de Viseu, 2012. [17] M. Minhoto. Consideração da Temperatura no Comportamento à Reflexão de Fendas dos Reforços de Pavimentos Rodoviários Flexíveis. Tese de Doutoramento Universidade do Minho, 2005. [18] Sousa, J., Pais, J. Way, G. “A Mechanistic-Empirical Based Overlay Design Method for Reflective Cracking”. International Journal of Road Materials and Pavement Design, 2005.

INTERNATIONAL CONFERENCE ON ENGINEERING UBI2013 - 27-29 Nov 2013 – University of Beira Interior – Covilhã, Portugal