PARTE – V
C O N S T R U Ç Ã O
1. INTRODUÇÃO
O principal problema existente na reciclagem de misturas asfálticas a quente é a secagem e aquecimento do revestimento asfáltico reutilizável, RAP.
Isto deve ser obtido sem submete-lo diretamente a altas temperaturas da chama e dos gases da combustão do secador. A ação direta da chama e dos gases produzem a oxidação e endurecimento do asfalto e poluição da atmosfera.
A secagem e o aquecimento do RAP são elementos que limitam a sua porcentagem nas misturas recicladas.
As usinas convencionais precisaram ser adaptadas para a execução de misturas recicladas e foram desenvolvidos novos conceitos de usinas visando a este tipo de mistura.
Concluindo a fase de mistura, as demais fases, transporte, espalhamento e compactação de uma mistura reciclada, são idênticas às das misturas convencionais.
2. TÉCNICAS DE RECICLAGEM EM USINA FIXA
Obtido o RAP por um dos processos indicados na Parte- III a mistura reciclada se processa em usina fixa.
As usinas são reunidas em dois grupos:
a) usinas convencionais, gravimétricas, adaptadas
b) usinas do tipo tambor, que são usinas contínuas ou volumétricas.
2.1 Usinas gravimétricas
Na usina gravimétrica o aquecimento do RAP se dá pelo método de transferência do calor.
Neste tipo de usina, Figura 32, o novo agregado e o material RAM , se for usado, são proporcionados na unidade de alimentação fria. A seguir eles são secos e aquecidos no secador convencional e depois conduzidos à unidade de controle de granulometria.
Sem secagem ou aquecimento, o RAP é transportado diretamente do silo de alimentação fria, separado e de formato especial, Figura 33 e Figura 34, para um silo adicional na unidade de controle de granulometria e de onde é separado como um material adicional.
Aí ele é reunido ao agregado super aquecido. A transferência do calor ocorre quando os materiais são introduzidos no misturador.
Dependendo da quantidade do RAP na mistura reciclada e de seu teor de umidade e ainda da temperatura desejada da mistura reciclada ao sair do misturador, o agregado poderá ser superaquecido até 400ºC.
Se o RAP, preparado e depositado, formou torrões coesos pela ação da temperatura ambiente e de seu peso próprio, ele deverá ser destorroado antes de ser introduzido na usina, por meio de destorroador tipo grelha, Figura 34. Esta operação está esquematizada na Figura 35.
Figura 32
Figura 34
O equilíbrio completo da temperatura da mistura reciclada a quente é atingido algum tempo depois da mistura deixar o misturador. Silos térmicos de estocagem ajudam a estabelecer o equilíbrio completo da temperatura.
O sistema de transferência de calor, na reciclagem de misturas asfálticas tem as seguintes vantagens:
a) Minimizar a possibilidade de poluição do ar
b) Eliminar o problema de bloqueamento das peneiras da unidade de controle de granulometria
c) Evitar que o RAP grude progressivamente nas canecas do elevador de agregado quente, reduzindo sua capacidade.
O inconveniente do superaquecimento do agregado é o de que os gases de combustão, com temperaturas elevadas, acima de 230ºC, podem inutilizar as mangas do filtro coletor de pó.
Outro inconveniente deste processo é a possibilidade de formação de nuvens de vapor no misturador, quando o RAP possui umidade elevada. O volume de vapor produzido por minuto depende do peso do RAP em cada porção pesada da mistura (batch) e de sua umidade. Estes valores estão na Tabela 9.
Este inconveniente pode ser contornado, ventilando o misturador.
A influência da umidade e participação (%) do RAP, na mistura reciclada, sobre a temperatura de superaquecimento do agregado, considerando a temperatura de descarga da mistura reciclada, está indicada na Tabela 10.
A quantidade de RAP na mistura reciclada depende:
1) Umidade e temperatura do RAP no depósito 2) Temperatura de descarga da mistura reciclada 3) Temperatura do agregado superaquecido
Para condições de umidade baixa do RAP e sua temperatura próxima a do ar, condições ótimas, neste tipo de usina poderão ser recicladas misturas com, no máximo, 50% de RAP.
Tabela 9 454 907 1361 1814 2268 2722 45 91 139 184 229 275 93 187 278 371 464 558 142 280 422 564 705 844 190 379 569 769 949 1138 241 479 719 960 1 198 1 438 Table courtesy of National Asphalt Pavement Associationmnjhuy76
-
VAPOR DE ÁGUA LIBERADO NO MISTURADOR (m3/min) EM FUNÇÃO DA UMIDADE (%) DO RAP E DO VALOR DA PESADA (BATCH)
UMIDADE PESO DO RAP POR PESADA (BATCH) kg 1 2 3 4 5
Tabela 10 TEMPERATURAS EXIGIDAS PARA O AGREGADO NOVO - ºC
________________________________________________________________________________
COMPOSIÇÃO UMIDADE DO RAP TEMPERATURAS DO AGREGADO PARA AS TEMPERATURAS % % DE DESCARGA, DA MISTURA RECICLADA , DE
104ºC 116ºC 127ºC 138ºC ________________________________________________________________________________________________ 10% RAP 0 121 138 152 163 90% Agreg 1 127 143 154 168 2 132 146 157 171 3 138 149 163 174 4 141 152 166 177 5 143 157 168 182 _________________________________________________________________________________________________ 20% RAP 0 138 154 168 182 80% Agreg. 1 146 160 177 191 2 154 168 182 196 3 163 177 191 204 4 171 185 199 213 5 179 193 207 221 _________________________________________________________________________________________________ 30% RAP 0 157 174 191 207 70% Agreg 1 168 185 202 218 2 182 199 216 232 3 196 213 229 246 4 210 227 243 260 5 224 241 257 274 _________________________________________________________________________________________________ 40% RAP 0 179 199 218 238 60% Agreg 1 199 218 238 257 2 218 238 257 277 3 243 260 279 299 4 260 279 299 321 5 285 302 321 341 _________________________________________________________________________________________________ 50% RAP 0 210 235 257 282 50% Agreg 1 241 268 288 310 2 271 293 318 343 3 302 327 349 374 4 338 360 379 404 5 366 391 413 438 __________________________________________________________________________________________________
2.2 Usinas com misturadores do tipo tambor
Estas usinas são contínuas em que os agregados são secos, aquecidos e misturados com asfalto e RAP num tambor misturador.
Os primeiros trabalhos de reciclagem foram realizados neste tipo de usina, produzindo misturas recicladas satisfatórias, Figura 36.
Em 1973, entrou em vigor nos Estados Unidos a Lei do Ar Puro que exigia que as usinas de asfalto tivessem emissões poluentes inferiores a 20% de opacidade, Figura 37.
As usinas de tambor não satisfaziam a esta exigência e houve necessidade de modifica-las.
Figura 36
2.2.1 Usinas de tambor, antigas (DRUM MIXER)
Uma das primeiras alterações foi a introdução do RAP na parte central do misturador onde a temperatura dentro do misturador era menor, Figura 38.
Detalhe deste sistema está na Figura 39.
Este tambor misturador apresenta o seguinte problema: dentro do misturador há vapor d’água proveniente do agregado virgem e do RAP. O asfalto é espargido dentro do misturador, em grande área. A ação do vapor d’água e do calor, dos gases de combustão, produz destilação do asfalto, removendo a parte mais volátil e consequentemente produzindo o endurecimento do asfalto. É o que ocorre nas refinarias em que o petróleo, ou destila nas temperaturas de 316 a 371ºC separando as frações mais leves das mais pesadas; ou, o petróleo cru também pode ser destilado à temperaturas menores (150ºC) mediante a injeção de vapor. A maioria das usinas nos Estados Unidos são do tipo em que o RAP é introduzido num ponto do secador, Figura 39.
Para solucionar este problema, a indústria desenvolveu um tipo de usina em que a mistura do agregado virgem, asfalto e RAP, se realizam num misturador fora do secador, Figura 40.
O RAP entra no misturador sem passar pelo secador. O asfalto também é introduzido no misturador.
O calor do agregado puro que passou pelo secador é que propiciará a secagem e aquecimento do RAP, por troca térmica.
O principal inconveniente deste tipo de usina é o pequeno tempo de mistura, e quando a porcentagem do RAP for grande, ela não produz uma mistura homogênea.
Outro inconveniente desta usina é superaquecimento do tambor ao elevar a temperatura do agregado a 316-343ºC.
Figura 40
Em 1986 foi introduzida no mercado a primeira usina de nova geração com misturador de contra fluxo, no próprio secador e com o queimador em seu interior.
Neste novo modelo foi mantido o conceito de introduzir o RAP na segunda metade do misturador.
1) Usina com misturador de contrafluxo com queimador interno
Este tipo de usina, em sua última concepção, está esquematizado na Figura 41. O secador misturador possui o queimador no seu interior deixando uma parte do secador sem receber a chama e os gases da combustão provenientes do queimador. A carcaça é esfriada por circulação de ar fresco que penetra pré aquecido no misturador.
O RAP é introduzido no secador, atras do queimador onde se junta com o agregado virgem e/ou RAM superaquecido. Nesta carcaça é introduzido, também, o asfalto líquido. A mistura se dá por um conjunto de aletas fixadas na geratriz interna do secador e a mistura pronta é descarregada na extremidade inferior do misturador.
Na Figura 41 aparece, também, o perfil da temperatura em todo o secador. Observa-se que na câmara de mistura onde é introduzido o RAP, a temperatura média dos gases e agregado está abaixo de 150ºC.
O aquecimento do RAP é eficiente, a mistura é homogênea e a participação do RAP na nova mistura está limitada a 50%.
1) Usina tambor duplo
Em 1988 foi lançada no mercado uma usina inovadora, patenteada por ASTEC
Industries, chamada de Tambor Duplo (Double Barrel).
Consiste de um tambor dentro do outro. O tambor interno gira dentro do exterior que é fixo.
Internamente o tambor interno dispõe de aletas para mover o agregado virgem e/ou RAM para dentro da chama aumentando a eficiência de secagem e aquecimento do agregado virgem. Este tambor tem externamente palhetas, Figura 42, para misturarem primeiro o RAP com agregado virgem e depois, RAP-agregado virgem, com asfalto produzindo uma mistura de excelente qualidade.
Na Figura 42 está representado o perfil de temperatura dentro do secador e na zona de mistura, externa ao secador.
O fluxo dos materiais nesta usina é o seguinte: o agregado virgem entra numa extremidade do misturador por onde se desloca até a outra extremidade onde cai no tambor externo na câmara de mistura. O material RAP, na temperatura ambiente, é descarregado no tambor externo onde é misturado com o agregado virgem superaquecido, quando, dentro desta câmara, é introduzido o asfalto novo, aquecido.
O tempo de mistura varia de 45 a 60 segundos.
Uma parcela de 90% do calor necessário para o aquecimento do RAP é fornecido pelo agregado virgem superaquecido, por troca térmica e os outros 10% de calor provêm do calor transferido pela carcaça através dos braços e paletas do misturador, montados na carcaça.
A fumaça e o cheiro provenientes da câmara de mistura retornam ao tambor interno onde pelas janelas de descarga, do agregado virgem, onde são calcinadas. A chaminé do exaustor apresenta opacidade zero.
A Figura 43 mostra a zona de secagem desta usina.
A Figura 44 é uma seção do misturador mostrando a entrada do agregado virgem superaquecido, na câmara de mistura.
A Figura 45 mostra a introdução do RAP na câmara de mistura.
Figura 42
A Figura 47 mostra a zona de descarga da mistura pronta.
A Figura 48 mostra os tipos e dispositivos das palhetas fixadas na parte externa do tambor móvel, para a execução de uma mistura homogênea.
Em condições ótimas de operação, este tipo de usina pode reciclar misturas com até 70% de RAP. Normalmente esta porcentagem é de 50%.
Figura 46 Figura 47
2.3 Considerações finais sobre as misturas asfálticas recicladas
A reciclagem dos revestimentos asfálticos é um processo complexo.
Com exceção da usina gravimétrica as demais usinas para reciclagem não dispõem da unidade de controle de granulometria o que exige uma total uniformidade dos agregados virgem e/ou RAM e também uma dosagem correta destes materiais. Tudo é feito na unidade de dosagem a frio. Por outro lado o RAP preparado deverá apresentar uniformidade na:
a) Granulometria
b) Porcentagem de asfalto
c) Viscosidade do asfalto velho do RAP d) Uniformidade de alimentação na usina.
Isto é obtido quando o RAP é previamente selecionado e preparado formando depósitos independentes para cada local donde ele provém.
A necessidade de secagem e aquecimento do RAP, que geralmente se dá por transferência de calor, limita a sua participação a valores abaixo de 50%. RAP com umidade elevada eduz sua participação ; por outro lado RAP com baixo teor de umidade pode aumentar a 639582*1sua participação na mistura reciclada.
Cuidado especial deve ser dado ao aquecimento do RAP. Formas que produzam a oxidação do asfalto do RAP são condenadas, porque asfalto oxidado é asfalto morto e seco e não pode ser recuperado.
A seleção do tipo de usina é fundamental à qualidade do asfalto e da mistura. Vapor d’água e grande área superficial de distribuição do asfalto produzem a destilação do asfalto dentro do secador, sendo removidas as frações mais voláteis, resultando um cimento asfáltico duro, inadequado ao pavimento.
A preparação do RAP, sua redução a tamanhos abaixo de 50mm, exigem operações de britarem. Só assim é possível obter uma mistura reciclada homogênea de qualidade igual ou superior à que deu origem ao RAP.
Não há privilégios para a mistura reciclada. Ela deve preencher os mesmos requisitos exigidos para uma mistura nova.
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Revisado em outubro de 2009
1) PAVEMENT RECYCLING FUNDAMENTALS
AASHTO Guide for Design of Pavements Structures Volume 2 - 1988
2) ROAD AND PAVING MATERIALS VEICLE - PAVEMENT SYSTEMS
Volume 04.03
American Society for Testing Materials - ASTM 3) ASPHALT HOT-MIX RECYCLING
The Asphalt Institute – Manual Series Nº20 (MS 20)
4) ROUTINE MAINTENANCE USES FOR MILLED RECLAIMED ASPHALT PAVEMENT (RAP)
TTI - Research Report 1272-1
Texas Department of Transportation.
5) DESIGN OF RECYCLED ASPHALT CONCRET MIXTURES Research Report 214-22
College Station, Texas Transportation Institute
6) HANDLING AND PROCESSING OF RECLIMED ASPHALT PAVEMENTS Information Séries 88
National Asphalt Pavements Association 7) ARTIGOS TÉCNICOS SOBRE RECICLAGEM
Revistas: Construction Industry International World Construction
