Revestimento betuminoso superficial

Um revestimento betuminoso superficial é um tratamento de superfície que consiste na aplicação de um ligante betuminoso, normalmente betume ou emulsão betuminosa, seguida da sobreposição de uma camada de agregados que são posteriormente compactados com um cilindro de pneus (Figura 2.5). A compactação garante a incorporação e a fixação dos agregados no ligante proporcionando um aumento no desempenho do revestimento (Li et al., 2012).

Figura 2.5 – Fases de aplicação de um revestimento superficial betuminoso: a) aplicação do ligante; b) espalhamento dos agregados; c) compactação (Caltrans, 2008).

São vários os tipos de revestimentos betuminosos superficiais, consoante o número de camadas de agregados e ligante e a ordem de aplicação das mesmas. De acordo com Figueiredo et al. (2013) e Pereira e Santos (2002) são descritos abaixo as várias tipologias associadas a estes revestimentos, que são representados na Figura 2.6.

Figura 2.6 – Diferentes tipos de revestimentos superficiais (Pereira e Santos, 2002).

a)

c)

O revestimento simples, normalmente para tráfego mais reduzido, é constituído por uma camada de agregados sobrepostos a uma camada de ligante. Associado a esta tipologia há o revestimento simples com duas aplicações de agregados. Neste caso a primeira aplicação é realizada com um agregado mais grosso, de dimensão 10/14 mm, e posterior compactação, seguida de um agregado mais fino com dimensão 4/6 mm. Este tipo de revestimento adapta-se a tráfegos mais intensos, rápidos e pesados, assegurando boas condições de aderência e drenagem superficial (Pereira e Santos, 2002).

O revestimento superficial duplo resulta da aplicação de duas camadas de ligante e de agregados, alternadas entre si. Numa primeira aplicação é espalhado o ligante seguido da aplicação de agregado mais grosso (10/14 mm). A segunda aplicação inicia-se após a compactação das camadas já aplicadas e consiste igualmente no espalhamento do ligante e da aplicação de agregados de fração mais fina (2/4 mm) (Figueiredo et al., 2013).

Esta aplicação está associada a pavimentos em pior condição, onde a aplicação de um revestimento simples não é apropriada, e garante uma superfície menos ruidosa e mais suave (Cuelho et al., 2006). Segundo Gransberg e James (2005), este pode ser aplicado de forma invertida, ou seja, a aplicação do agregado mais grosso é sobreposta à de agregado fino. O revestimento invertido é utilizado quando o objetivo é reparar uma superfície com exsudação ou uniformizar uma superfície com variações transversais na textura (Gransberg e James, 2005). Quando a combinação das várias camadas é iniciada pela aplicação de agregados, ao invés do ligante, existem duas opções de revestimento: um revestimento simples com aplicação prévia de agregado, designado por sandwich, ou revestimento duplo com aplicação prévia de agregado. Os agregados utilizados na primeira camada de um revestimento em sandwich apresentam uma dimensão de 6/10 mm e na segunda camada de 2/4 mm. São aplicados para impermeabilizar pavimentos de elevado tráfego ou com exsudação e permitem restaurar a textura de uma superfície onde ocorreu o arrancamento de agregados. Relativamente ao revestimento duplo é mais económico, pois só exige uma aplicação de ligante, e tem aproximadamente o mesmo tempo de vida em serviço (Gransberg e James, 2005).

Quando a aplicação prévia de agregado é precedida por um revestimento duplo, apresenta bastantes semelhanças à situação em que é precedido por um revestimento simples. No entanto, este é mais adaptado a superfícies mais heterogéneas (Pereira e Santos, 2002).

O objetivo destes revestimentos consiste na selagem de pequenas fissuras presentes na superfície do pavimento e em prevenir a entrada de água nas camadas de base e fundação. A função dos agregados é proteger as camadas betuminosas de eventuais danos e desenvolver uma macrotextura que resulte numa resistência à derrapagem para os veículos (TRB, 2005). Os revestimentos garantem uma boa resistência à derrapagem quando dotados de adequada resistência à abrasão, ao polimento e às condições climatéricas. A seleção do agregado é fundamental para se determinar qual o tipo de revestimento a usar, o tipo de ligante e os procedimentos de construção. A sua qualidade é importante para o sucesso do revestimento superficial (Gransberg e James, 2005).

Os agregados devem possuir resistência suficiente para resistir ao esmagamento provocado durante a construção e as solicitações do tráfego (Shuler, 2011). Agregados de maiores dimensões apresentam maior tolerância nas variações na aplicação de emulsão e são menos suscetíveis de ficar totalmente imersas devido ao tráfego. No entanto, estas dimensões provocam maior ruído, aumentam o risco de danos nos veículos e requerem uma taxa maior de aplicação de emulsão, que por sua vez aumenta as características selantes do revestimento. A seleção da dimensão máxima do agregado é realizada em função do tráfego, da condição da superfície e do tipo de revestimento superficial betuminoso. A dimensão mais utilizada para um revestimento simples é normalmente de 9,5 mm, enquanto para aplicação em dupla camada é de 12,5 mm para a primeira camada, seguida de uma aplicação com metade da dimensão da primeira (Rahman, 2010).

A forma dos agregados também desempenha um papel importante no desempenho do revestimento e pode ser caraterizada como alongada ou cúbica e redonda ou angular. Os efeitos conferidos por esta são variados, mas os agregados mais arredondados proporcionam mais vazios, apresentam um menor encaixe e requerem uma maior taxa de ligante, não sendo por isso recomendados (Caltrans, 2008).

O tráfego também é um fator condicionante na orientação dos agregados alongados após a construção do revestimento (Figura 2.7). Quanto mais alongado o agregado for, maior é a possibilidade de ocorrer exsudação na zona de passagem dos pneus e uma grande perda de agregados nas outras zonas da estrada, provocando a diminuição da espessura do revestimento na zona de passagem dos pneus (Janisch e Gaillard, 1998). Nas estradas de baixo volume de tráfego ou em parques de estacionamento, esta diferença na espessura da camada não é um

agregados alongados. No entanto, a orientação dos agregados cúbicos apresenta-se constante e a incorporação dos agregados é uniforme, pois é pouco influenciada pelo tráfego (Figura 2.7).

Figura 2.7 – Efeito da passagem do tráfego sobre revestimentos com agregados alongados e cúbicos, respetivamente da esquerda para a direita (Janisch e Gaillard, 1998).

A circularidade dos agregados determina a resistência que o revestimento terá em movimentos de pára-arranca. Agregados redondos estão mais suscetíveis de serem deslocados pelo tráfego comparativamente a agregados mais angulares, que apresentam uma ligação mais forte entre ambos (Janisch e Gaillard, 1998).

Os agregados devem estar limpos e livres de poeiras e possuir uma dimensão uniforme. A granulometria é classificada como uniforme quando o material fica retido entre dois peneiros consecutivos e apresenta vantagens como a obtenção de atrito máximo entre o veículo e a superfície, a determinação mais rápida e precisa de quantidade de ligante – e consequentemente a diminuição da probabilidade de ocorrer exsudação – e melhor drenagem da superfície (Janisch e Gaillard, 1998). A Figura 2.8 representa a textura obtida pelo revestimento com a utilização de agregados de dimensão uniforme.

Figura 2.8 – Textura resultante da utilização de agregados de dimensão uniforme em revestimentos superficiais (Janisch e Gaillard, 1998).

A utilização de uma granulometria mais graduada, densa ou aberta, apresenta outras possibilidades. Quanto mais graduada menor é o volume de vazios e consequentemente menor é o espaço entre agregados para ser preenchido por ligante. Assim, existe a possibilidade de tanto se aplicar demasiado ligante como insuficiente (Janisch e Gaillard, 1998).

O desempenho do revestimento está também dependente da emulsão betuminosa. Este está dependente da habilidade de adesão da emulsão aos agregados e à camada de suporte, à durabilidade e flexibilidade da emulsão e a capacidade em esta manter as propriedades anteriores face às mais variadas condições climatéricas e à ação da neve (Shuler, 2011). A taxa de aplicação do ligante é o fator mais importante no que diz respeito ao desempenho do revestimento (Caltrans, 2008). Deve existir uma quantidade suficiente de ligante que permita agarrar os agregados sem, no entanto, provocar o preenchimento total destes. A quantidade de ligante apropriada garante que seja mantida a textura desejada.

A modificação do ligante com polímeros reduz a suscetibilidade à temperatura, proporciona o aumento da sua adesão com a superfície e permite que a abertura ao tráfego ocorra mais cedo. A adição de borracha aumenta a elasticidade e a adesão do ligante (Wade et al., 2001).

Na América do Norte os revestimentos betuminosos são utilizados como camada de desgaste não estrutural, constituindo uma abordagem para a reparação de degradações e prevenção de infiltração de água. Noutros países, também funciona como camada de desgaste, mas o seu interesse reside mais na função antiderrapante (Gransberg e James, 2005).

Quanto maior o valor do atrito do pavimento antigo, maior será o valor de atrito obtido com a aplicação do revestimento superficial betuminoso. No entanto, quando a estrada é aberta ao tráfego este valor diminui, sendo esta descida mais acentuada nos primeiros 12 meses de serviço. Quando o revestimento atinge 30 meses em serviço, o atrito da superfície diminui de forma constante ao longo do tempo. O sucesso da implementação do revestimento é representado por valores de atrito, medidos através do ensaio de pêndulo britânico, entre 44 (PTV) e 52 (PTV), ao fim de 12 meses em serviço. Um revestimento superficial betuminoso apresenta, imediatamente após a sua aplicação, um valor de atrito que varia entre 50 (PTV) e 70 (PTV) (Li et al., 2012).

Estes revestimentos foram desenvolvidos na Nova Zelândia, em 1930, para serem aplicados predominantemente como revestimentos em estradas de baixo volume tráfego. No entanto, nos

últimos 70 anos foram adaptados também como técnica de conservação em estradas com elevado volume de tráfego (TRB, 2005).

Segundo Shuler (2011) a aplicação dos revestimentos pode ser bem-sucedida em estradas com um tráfego superior a 7500 veículos por dia por via, com uma baixa ou nenhuma consequência nos danos provocados pelos veículos. Tendo em conta que o ruído aumenta com o aumento do tráfego e dimensão do agregado, agregados mais pequenos são melhores neste tipo de estradas. No entanto, a taxa de aplicação de emulsão tem de ser mais precisa visto que a profundidade de penetração aumenta a probabilidade de perda de agregado. De facto, agregados maiores requerem uma taxa de aplicação de emulsão betuminosa maior de forma a proporcionar uma percentagem de imersão equivalente aos agregados mais finos. Este facto garante um pouco mais de tolerância aquando da construção do revestimento relativamente à profundidade de imersão dos agregados no ligante, bem como uma melhor capacidade de selagem.

Na Austrália e no Reino Unido o uso de revestimentos superficiais betuminosos está associado a mais de 430 000 e 340 000 km de faixa rodoviária, respetivamente, em comparação com os 225 000 km relatados pelos Estados Unidos. No Reino Unido a utilização deste tratamento está associado a estradas com um tráfego médio diário superior a 20 000 veículos por hora, tal como em alguns estados dos EUA, como a Califórnia, Colorado e Montana (Cuelho et al., 2006). Por outro lado, o Ohio limita a utilização a estradas com tráfego inferior a 2500 veículos por dia e com deformações inferiores a 3,175 mm, nas quais, com 6 meses de serviço, o revestimento corrige fissuras e reparações em profundidade. Gransberg e James (2005) referem que a selagem de fendas e possíveis reparações devem ser feitas pelo menos 6 meses antes de aplicar esta técnica. Caltrans (2008) indica que este tipo de revestimento não deve ser aplicado em pavimentos com falhas estruturais, com fissuras superiores a 6,35 mm e deformações com mais de 12,7 mm e que apresentem demasiadas covas na superfície.

De acordo com Wade et al. (2001), o uso deste tratamento para volumes de tráfego elevados pode resultar em danos nos veículos devido aos agregados soltos, excesso de poeira, excesso de ruído e aspereza da superfície e na redução do tempo de vida do tratamento quando comparado com a sua aplicação para um menor tráfego. No entanto, se forem aplicados em tais estradas deve existir um aprimoramento no planeamento da solução, como um pré-revestimento dos agregados ou a utilização de um ligante modificado com polímeros, e nas técnicas de construção, como a conjugação com outros tratamentos ou o varrimento da superfície.

O desempenho do revestimento pode ser avaliado através da medição da resistência à derrapagem e do valor da textura (MPD – Mean Profile Deph). Estes indicadores são os mais adequados para a análise das degradações mais comuns destes materiais, como a desagregação e a exsudação. Wade et al. (2001) indicam que a medição da textura através do ensaio de mancha de areia é o melhor indicador do desempenho dos revestimentos. No entanto, apesar da avaliação visual das degradações presentes na superfície ser frequentemente utilizada para avaliar o desempenho do revestimento, as avaliações periódicas são tipicamente utilizadas para determinar quando se deve aplicar um novo revestimento (Cuelho et al., 2006). A duração deste revestimento é em média de 5 anos, ou de 7 anos quando aplicado em dupla camada.

Além do seu desempenho, que pode ser melhorado quando aplicado antecipadamente sob um pavimento dotado de uma capacidade estrutural suficiente para suportar as cargas existentes, a popularidade dos revestimentos betuminosos está relacionada com o baixo custo inicial comparativamente a outras camadas betuminosas delgadas (Rahman, 2010).

Segundo Herrington e Bagshaw (2014), as falhas desta técnica em cumprir as suas funções estão associadas à perda de agregados e textura e ao desenvolvimento de fissuras ao longo do tempo, resultando na necessidade de renovação da superfície ou numa reconstrução da estrada. Rahman (2010) acrescenta ainda como desvantagens o ruído e a pouca qualidade de condução obtida, a suscetibilidade a danos provocados pela neve, a exigência de garantir uma adequada taxa de aplicação dos materiais e a redução de velocidades após a construção.

A conjugação de um fog seal (aplicação de rega de selagem com emulsão de cura lenta sobre o pavimento) ou de um slurry seal com este tipo de revestimento é utilizada de forma a preencher os vazios da mistura e limitar a perda de agregado. À aplicação de um fog seal estão associadas outras vantagens como a prevenção de danos provocados pelos veículos e a proteção do revestimento aquando das operações dos limpa-neves. Comparativamente a um revestimento betuminoso superficial tradicional, esta técnica é capaz de apresentar um melhor desempenho em termos de durabilidade do pavimento e um aumento a satisfação dos utentes. Porém, imediatamente após a sua aplicação ocorreu uma redução no atrito da superfície, resultante da lubrificação provocada pela emulsão betuminosa (Li et al., 2012).

Outra técnica originária de África do Sul e designada por cape seal, a combinação de um slurry

seal com o revestimento superficial betuminoso, proporciona uma superfície densa com um

para tráfegos elevados, apresenta a vantagem de reduzir o ruído de circulação, mas requer a restrição do tráfego por duas vezes na sua construção (Gransberg e James, 2005).