Recentemente, com base num significativo estudo experimental, foi desenvolvida uma nova abordagem relativa à forma como é pensada e realizada a formulação de misturas betuminosas a nível nacional e internacional (Miranda H. , 2016). O estudo permitiu o desenvolvimento de novos conceitos (sob patente) que permitem, conjuntamente, o desenvolvimento de um novo método integrado de formulação e o controlo de qualidade de misturas betuminosas descontínuas, metodologia essa que se descreve seguidamente e se apresenta no Anexo: AVIII.1.
Tendo em consideração as características dos materiais utilizados na mistura betuminosa, o método visa permitir ao utilizador a otimização do volume de partículas ativas a utilizar para se obter um efeito de “stone-on-stone”. O volume de vazios resultante do esqueleto pétreo criado pelas partículas ativas (agregados grossos) corresponde ao volume que o utilizador tem disponível para preencher com mástique betuminoso (partículas passivas, filer, aditivos estabilizantes, betume e vazios), como se apresenta na Figura 11 (Miranda H. , 2016).
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Figura 11 – Partículas ativas e mastique betuminoso (Miranda H. , 2016)
Complementarmente à otimização do volume de partículas ativas, o método visa ainda otimizar o volume de mástique betuminoso, através de três novos conceitos: “mastic-within-
stone”, o qual pretende agrupar a otimização do desempenho mecânico (“mix-skeleton”, novo conceito) e do desempenho funcional (“tire-on-stone”, novo conceito), assim como a obtenção de uma trabalhabilidade adequada [“free binder”, conceito especificado na Austrália (QDMR (2010)]. Na Figura 12 apresentam-se os conceitos desenvolvidos e sua interligação no método que se apresenta (Miranda H. , 2016).
Figura 12 – Conceitos desenvolvidos e sua interligação no método inventado por (Miranda H. , 2016) O conceito de mix-skeleton visa contribuir para que a definição da composição do mástique betuminoso (mastic-within-stone) a utilizar na mistura SMA, permita a obtenção de uma mistura betuminosa estruturalmente otimizada. Assim, o conceito de mix-skeleton pretende permitir ao utilizador, aquando da definição da composição do mástique betuminoso, compreender quais as consequências da variação da sua composição, no que concerne à: resistência à deformação permanente, resistência ao fendilhamento por fadiga, assim como no módulo de deformabilidade da mistura betuminosa descontínua tipo SMA e escorrimento de material betuminoso (Miranda H. , 2016).
Mastic-within-stone
(volume de mastique otimizado)
Mix-skeleton (desempenho mecânico otimizado) - Resistência à deformação permanente - Resistência ao fendilhamento por fadiga - Módulo de deformabilidade - Escorrimento de material betuminoso Tire-on-stone (desempenho funcional otimizado) - Macrotextura Free binder (trabalhabilidade adequada)
- "Betume livre" na mistura betuminosa
Partículas ativas com efeito de stone-on-stone Mástique betuminoso
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Complementarmente ao desempenho mecânico, é fundamental que uma mistura betuminosa (quando aplicada como camada de desgaste) apresente um comportamento funcional adequado.
Entre as características funcionais pode-se considerar como fundamentais uma adequada macrotextura e resistência à derrapagem. Nesse âmbito o método considera ainda o conceito desenvolvido de tire-on-stone, que visa contribuir para que a definição da composição do mástique betuminoso (realizada em simultâneo com a obtenção do efeito de mix-skeleton) não condicione a macrotextura ou resistência à derrapagem da mistura SMA em serviço, privilegiando-se o contacto entre os rodados dos veículos e as partículas ativas (“agregados grossos”) ao invés do contacto com o mástique betuminoso (Miranda H. , 2016).
A aplicação de uma mistura betuminosas descontínua do tipo SMA com um desempenho (mecânico e funcional) otimizado pode, contudo, ser comprometida por uma trabalhabilidade desadequada; assim considerou-se ainda como pressuposto a sua avaliação através da aplicação do conceito de free binder.
3.2.1. Contributos do método de formulação i-Mix Design
O i-Mix Design, desenvolvido por (Miranda H. , 2016), contribui de forma inovadora para um acesso transversal, de toda a comunidade, a um método de formulação das misturas tipo SMA e previsão do respetivo desempenho em obra reduzindo significativamente a necessidade de fabrico de provetes da mistura em laboratório pois, considerando os materiais disponíveis e apenas com base numa aplicação informática, permite a um utilizador definir a mistura com características volumétricas, desempenho e trabalhabilidade otimizadas (Miranda H. , 2016). Dessa forma o i-Mix Design contribui para que:
Administrações rodoviárias:
• Possam reduzir o número de intervenções de manutenção/conservação necessárias, através do aumento da durabilidade das misturas SMA, permitindo uma poupança significativa nas estradas onde essas misturas sejam aplicadas.
A nível internacional, de acordo com a European Asphalt Pavement Association (EAPA), entre 1995 e 2009, foram aplicadas misturas SMA numa área de cerca de 1.736 milhões de m2, num investimento de cerca de 15,6 biliões de euros. Se considerarmos que, em
média, uma SMA tem uma durabilidade mínima de cerca de 15 anos (EAPA, 2007) e se, por hipótese, admitirmos que essa durabilidade possa ser estendida um ano, a poupança envolvida poderia ter sido, desde 1995, de aproximadamente de 1 bilião de euros; • disponibilizar informação útil para a adequada definição, nos seus cadernos de encargos
e documentos de aplicação, das propriedades das misturas a utilizar, baseadas na otimização do seu desempenho, em função da camada onde se irá aplicar a mistura SMA e dos materiais (agregados, filer, betume e aditivos) disponíveis em cada país.
Projetistas, fiscalização e construtores:
• disponibilizar uma ferramenta (método/software) passível de, na fase de estudo, fornecer informação útil quanto aos materiais a utilizar e se os mesmos são conciliáveis com as propriedades definidas pelas administrações rodoviárias para determinada obra. Na fase de execução e fiscalização da obra, permitir a definição de critérios de aceitação/rejeição das misturas SMA aplicadas, baseados nas propriedades de desempenho previamente definidas na fase de formulação.
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Laboratórios de Pavimentação:
• reduzir de forma acentuada a necessidade de complexos equipamentos de laboratório, de experimentadores especializados, assim como do custo e tempo de execução de um estudo de formulação e avaliação do desempenho de uma mistura do tipo SMA. Tal possibilita uma maior disponibilidade de tempo aos engenheiros e experimentadores para execução de outras atividades, nomeadamente de investigação, promovendo um aumento da rentabilização do investimento realizado num laboratório. Melhoria da segurança e higiene no trabalho através da promoção de um ambiente menos poluído no laboratório.
Engenharia Civil/Sociedade:
• cumprimento das metas mundiais definidas na Conferência das Nações Unidas sobre Mudanças Climáticas realizada em Paris em 2015, para a redução da utilização de recursos naturais e das emissões de CO2. Para o exemplo anterior (aumento da
durabilidade em um ano) a redução da utilização de recursos naturais corresponderá a uma poupança de cerca de 10 milhões de toneladas de agregados e de 1 milhão de toneladas de betume, o equivalente a uma redução de cerca de 6% nas emissões de CO2
aquando do fabrico e aplicação das misturas SMA. Comunidade Científica:
• promover a inovação através da otimização das misturas betuminosas existentes, assim como promover a redução dos custos no desenvolvimento de novos materiais/aditivos para o fabrico de novas misturas do tipo SMA com maior durabilidade.
No Anexo: AVIII.2, é apresentada uma síntese do contributo dado com o método desenvolvido comparativamente, ao método de formulação Marshall normalmente utilizado a nível nacional e internacional.