PRÁTICAS SUSTENTÁVEIS NOS PAVIMENTOS E SUA
POSSÍVEL APLICAÇÃO NO MERCADO BRASILEIRO:
PRESENTE E FUTURO
Francisco Guerrero Gómez-Pablo
Projeto de Graduação apresentado ao Curso de Engenharia Civil da Escola Politécnica, Universidade Federal do Rio de Janeiro, como parte dos requisitos necessários à obtenção do título de Engenheiro.
Orientador: Sandra Oda
Rio de Janeiro Novembro de 2017
iii Guerrero Gómez-Pablo, Francisco
Práticas sustentáveis nos pavimentos e sua possível aplicação no mercado brasileiro: presente e futuro/ Francisco Guerrero Gómez-Pablo – Rio de Janeiro: UFRJ/ ESCOLA POLITÉCNICA, 2017.
XI, 67 p.: il.; 29,7 cm Sandra Oda
Projeto de Graduação – UFRJ / Escola Politécnica / Curso de Engenharia Civil, 2017
Referências Bibliográficas: 63-67
1. Pavimentos; 2. Sustentabilidade; I. Sandra Oda; II. Universidade Federal do Rio de Janeiro, Escola Politécnica, Curso de Engenharia Civil; III. Práticas sustentáveis nos pavimentos e sua possível aplicação no mercado brasileiro: presente e futuro
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“Yo animo a la gente que merece la pena intentar hacer realmente lo que le gusta. Porque esto es una oportunidad única, la vida, ¿no? Y pasa rápido. Que en este viaje estés orgulloso de lo que ha pasado en el camino y no mires atrás y te de pena no haber hechos cosas que podrías haber hecho”. Kepa Acero
v AGRADECIMENTOS
Aos meus pais, Bartolomé e Elena, sem vocês este caminho não teria sido possível.
A minha irmã, Ana, por dar sempre um sorriso a minha vida.
A minha namorada, Natalia, pela força cada dia e por mostrar que a superação é uma regra na vida.
Aos orientadores deste trabalho, Sandra e Pedro, pelo apoio, paciência e transmissão de conhecimento.
Às Universidades Politécnica de Madri e Federal do Rio de Janeiro, por ter aportado tanto saber nestes anos.
Por último, a este país por me fazer lembrar que a vida, como esta cidade, é maravilhosa.
vi Resumo do Projeto de Graduação apresentado à Escola Politécnica/ UFRJ como parte dos requisitos necessários para a obtenção do grau de Engenheiro Civil.
PRÁTICAS SUSTENTÁVEIS NOS PAVIMENTOS E SUA POSSÍVEL APLICAÇÃO NO MERCADO BRASILEIRO: PRESENTE E FUTURO
Francisco Guerrero Gómez- Pablo Novembro 2017
Orientador: Sandra Oda Curso: Engenharia Civil
A atual tendência mundial de consumo de recursos tem seus dias limitados. A falta de materiais, com sua consequente subida de preços, obrigam a desenvolver novas técnicas construtivas e reutilizar os materiais presentes. Uma transição em direção à economia circular, tão defendida nestes últimos anos, mostra-se como a melhor, e quase única, solução aos problemas ambientais e de disponibilidade de recursos no futuro. A construção e manutenção de pavimentos, devido ao seu volume, consume uma grande quantidade de recursos. Na engenharia rodoviária são muitas as pesquisas que apontam a uma maior sustentabilidade com viabilidade técnica e econômica. Neste contexto, é procurado principalmente prolongar o ciclo de vida do pavimento, reduzir o consumo de agregados e ligantes asfálticos mediante a utilização de materiais recicláveis, reduzir a temperatura de produção, o que implica menor consumo de combustíveis fósseis e menor poluição, reduzir os tempos de obra e os deslocamentos, favorecendo as técnicas in situ, e evitar a disposição em aterros. Infelizmente, o Brasil não está na vanguarda em sustentabilidade. O presente trabalho tem como objetivo mostrar algumas das práticas sustentáveis mais utilizadas e com maior projeção no mundo. É dada uma ideia da tecnologia aplicada, as vantagens e desvantagens e na medida do possível sua quota de mercado e seu uso atual no Brasil. É analisada a atual política de resíduos dentro do país e os atuais manuais de pavimentação, fazendo uma crítica do pouco conteúdo em sustentabilidade, principalmente em reciclagem.
vii Abstract of Undergraduate Project presented to POLI/UFRJ as a partial fulfillment of the requirements for the degree of Engineer.
SUSTAINABLE PRACTICES IN PAVEMENTS AND THEIR POSSIBLE APPLICATION IN THE BRAZILIAN MARKET: PRESENT AND FUTURE
Francisco Guerrero Gómez- Pablo November 2017
Advisor: Sandra Oda Course: Civil Engineering
The current world trend of resource consumption has its days limited. The lack of materials, with their consequent rise in prices, pushes us to develop new constructive techniques and to reuse materials. A transition towards the circular economy, so defended in the last years, has proven to be the best and almost unique solution to environmental problems and the availability of resources in the future. The construction and maintenance of pavements, due to its volume, consumes a great amount of resources. In road engineering, many studies point to greater sustainability with technical and economical feasibility. In this context, the objective is to extend the life cycle of pavements, to reduce the consumption of aggregates and binders by using recyclable materials, to reduce the production temperature, which implies lower consumption of fossil fuels and less pollution, shorter work times and displacement, promoting in-situ techniques, and avoid disposal in landfills. Unfortunately, Brazil is not at the forefront of sustainability. The present work shows some of the most widely used and projected sustainable practices in the world. It gives an idea of the technology applied, the advantages and disadvantages and as far as possible its market share and potential in Brazil. It is analyzed the current waste policy within the country and the current paving manuals, criticizing the lack of sustainability content, especially in recycling.
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SUMÁRIO
1. INTRODUÇÃO AO TRABALHO ... 1 1.1. Introdução ... 1 1.2. Justificativa ... 1 1.3. Objetivo do projeto ... 5 1.4. Estrutura do trabalho ... 52. GENERALIDADES DOS PAVIMENTOS ... 6
2.1. Materiais ... 6
2.1.1. Ligantes asfálticos... 6
2.1.2. Agregados ... 7
2.2. Definição e Tipos de pavimentos ... 8
2.3. Estrutura dos pavimentos flexíveis ... 8
2.4. Singularidades de cada camada... 9
2.4.1. Revestimento ... 9
2.4.2. Base ... 13
2.4.3. Sub-base ... 15
2.5. Relação com a atual política de gestão de resíduos sólidos ... 15
2.6. Atividade de manutenção ... 17
2.6.1. Prevenção ou preservação ... 19
2.6.2. Recuperação ... 19
2.6.3. Reforço ... 20
2.6.4. Reconstrução ... 20
3. SUSTENTABILIDADE NOS PAVIMENTOS ... 22
3.1. Definição de pavimento sustentável e ciclo de vida ... 22
3.2. Práticas sustentáveis ... 24
3.2.1. Prevenção - A prática mais sustentável ... 24
3.2.2. Fim de vida: a obtenção de agregados e ligante asfáltico ... 27
3.2.3. Materiais: Agregados e ligantes ... 28
3.2.4. Ligante asfáltico ... 33
3.2.5. RAP: Reciclado de pavimento asfáltico ... 34
3.2.6. RAS: Recycled Asphalt Shingles ... 42
3.2.7. Borracha de pneu ... 43
3.2.8. WMA: Warm Mix Asphalt. Mistura Morna ... 45
3.2.9. Reciclagem in situ ... 56
4. CONCLUSÕES ... 61
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LISTA DE FIGURAS
Figura 1. Distribuição da malha rodoviária no Brasil. Pesquisa CNT 2016. ... 2
Figura 2. Gráfico comparativo da densidade da malha rodoviária pavimentada por pais (valores em km/1000km2). (CNT, 2016) ... 2
Figura 3. Gráfico do aumento do custo operacional conforme o estado do pavimento das rodovias – Brasil (%). (CNT, 2016) ... 3
Figura 4. Toneladas de asfalto produzido no Brasil até o ano 2014. (United Nations)... 4
Figura 5. Pavimento flexível (esquerda) e Pavimento rígido (direita) ... 8
Figura 6. Seção transversal típica do pavimento flexível. (1) Revestimento asfáltico; (2) Base granular; (3) Sub-base; (4) Reforço do subleito; (5) Regularização do subleito (DNIT, 2006). ... 9
Figura 7. Classificação dos revestimentos (DNIT, 2006). ... 10
Figura 8. Representação esquemática de uma usina asfáltica por batelada ou gravimétrica (BERNUCCI, et al., 2010)... 12
Figura 9. Representação esquemática de uma usina asfáltica contínua ou drum mixer (BERNUCCI, et al., 2010). ... 13
Figura 10. Classificação das bases e sub-bases flexíveis e semirrígidas (DNIT 2006). ... 14
Figura 11. Britas graduadas simples (esquerda) e agregado reciclado de resíduo sólido da construção civil (direita) (BERNUCCI, et al., 2010). ... 15
Figura 12. Sistema de Pavimento (DNIT, 2011). ... 18
Figura 13. Fluxograma de Gerenciamento de Pavimentos (DNIT, 2011). ... 19
Figura 14. Ciclo de vida do pavimento (VAN DAM, et al., 2015). ... 22
Figura 15. Ciclo de vida com atividade de preservação. [1] Preservação; [2] Reabilitação; [3] Reconstrução; [4] Atividades de preservação. (VAN DAM, et al., 2015) ... 25
Figura 16. Fresagem do Pavimento (Kamilla Vasconcellos). ... 27
Figura 17. Etapas na construção de pavimentos e consumo de combustível associado a cada etapa (VAN DAM, et al., 2015). ... 29
Figura 18. Reciclado de pavimento asfáltico. http://www.aggbusiness.com/categories/quarry-products/features/increased-use-of-recycled-asphalt-pavement-technology/ ... 30
Figura 19. RCA agregados. Transportation Applications Of Recycled Concrete Aggregate ... 32
Figura 20. Telhas antes e depois de ser processadas para seu uso como material para pavimento. https://jndavis.com/recycled-shingles/ ... 33
Figura 21. Comparação de toneladas de RAP aceitas e toneladas de RAP usadas ou dispostas em aterros. Milhões de toneladas 2009-2015. (HANSEN, et al., 2017) ... 35
x Figura 22. Número de Estados dentro de USA e a porcentagem de RAP nas misturas de HMA/WMA. (HANSEN, et al., 2017) ... 35 Figura 23. Operação de usina “drum mixer”. ... 37 Figura 24. Comparação de toneladas de RAS aceitas e toneladas de RAS usadas ou dispostas em aterros. Milhões de toneladas 2009-2015 (HANSEN, et al., 2017). ... 42 Figura 25. Esquema da fabricação da mistura asfáltica com asfalto-borracha pelo processo de via úmida (BERNUCCI, et al., 2010)... 44 Figura 26. Classificação das misturas asfálticas em função da temperatura de
produção, valores aproximados (MOTTA, 2011). ... 45 Figura 27. Gráfico da porcentagem de WMA sobre o total de toneladas de misturas asfálticas produzidas nos Estados Unidos. 2009-2015 (HANSEN, et al., 2017). ... 47 Figura 28. Porcentagem em que são reduzidas as emissões mediante o uso de tecnologias WMA em comparação com mistura asfáltica convencional (MAZUMDER, et al., 2016) ... 52 Figura 29. Condições do Pavimento e metodologia de reciclagem a utilizar (STROUP-GARDINER, 2011). ... 57 Figura 30. Diferentes metodologias de reciclagem a quente in situ
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LISTA DE TABELAS
Tabela 1. Comparação entre consumo de energia. (DNIT, 2006) ... 36 Tabela 2. Pesquisas sobre utilização do RAP internacionalmente com diferentes porcentagens (FONSECA, et al., 2015). ... 39 Tabela 3. Emissões emitidas durante a usinagem (THIVES, et al., 2017). ... 44 Tabela 4. Comparação de preço e vida de serviço entre CBUQ com asfalto
convencional e com asfalto borracha. Preços (Catálogo De itens SCO - RIO). 45 Tabela 5. Produtos usados em tecnologias WMA, descrição do produto, dosagem do aditivo, países onde é usado, e redução de temperatura. (RUBIO, et al., 2012) ... 50 Tabela 6. Redução da emissão de poluente durante a fabricação de WMA.
(D´ANGELO, et al., 2008) ... 51 Tabela 7. Redução das emissões segundo alguns dos principais aditivos do mercado. (THIVES, et al., 2017) ... 51 Tabela 8. Redução no consumo energético segundo diferentes estudos... 53 Tabela 9. Composição de custo CBUQ produzido no Rio de Janeiro. ... 55 Tabela 10. Decomposição custo usina de produção de asfalto a quente no Rio de Janeiro ... 56 Tabela 11. Redução do preço da tonelada de CBUQ ... 56
1
1. Introdução ao trabalho
1.1. Introdução
A construção de novos pavimentos e a manutenção da rede viária são consideradas áreas de trabalho de elevada importância devido aos numerosos recursos que consomem, tanto econômicos como ambientais.
A maior consciência social em preservação da natureza e do meio ambiente obriga a procurar novas técnicas construtivas e um uso racional dos recursos disponíveis. Além disso, a legislação mostra uma tendência protecionista que dificulta a obtenção de agregados e materiais virgens e a disposição de resíduos em aterros. Isto aumenta consideravelmente o custo das obras, principalmente em áreas urbanas.
No Brasil, o meio principal de transporte para mercadorias e passageiros é o rodoviário. Em um país com uma elevada quantidade de indústrias e da agricultura, as grandes cargas transportadas por rodovias causam danos nestas infraestruturas que tem que ser tratados e corrigidos.
É necessário uma estratégia planejada e um conhecimento das diferentes técnicas que possam diminuir os custos totais, manter um nível de serviço aceitável para os usuários e estar em equilíbrio com o meio ambiente.
Em conclusão o que se persegue é que as soluções sejam efetivas no custo, responsáveis com o meio ambiente e apresentem um bom desempenho funcional. O Brasil apresenta um claro atraso na utilização de técnicas mais sustentáveis que possam, não só diminuir a carga poluente, mas também ter um impacto econômico, a nível geral e local, um desenvolvimento de tecnologia e um avanço na produção. No inicio toda nova técnica será mais cara, mas com o estabelecimento e desenvolvimento da tecnologia seu custo mostrará uma clara redução e tornará viável seu uso.
É uma obrigação dos corpos técnicos da sociedade procurar as melhores alternativas que respeitem não só o presente, mas também o futuro deste planeta e seus futuros habitantes. A nova tendência de economia circular pretende mudar o atual modelo linear, e, mediante a reciclagem e reutilização, retornar os materiais utilizados ao ciclo produtivo. O objetivo final é criar ciclos fechados ou abertos, onde tudo que for produzido seja reutilizado quando sua vida funcional acabe, seja na sua função anterior ou em uma nova.
1.2. Justificativa
O sistema rodoviário brasileiro é o principal meio de transporte para mercadorias e passageiros. Conta com uma rede de 1.720.756 quilômetros, dos quais só o 12,3%
2 estão pavimentadas. A malha rodoviária pavimentada brasileira compreende 211.468 km de extensão, contrapondo-se aos 1.351.979 km de rodovias não pavimentadas (CNT, 2016).
Figura 1. Distribuição da malha rodoviária no Brasil. Pesquisa CNT 2016.
O Brasil possui uma densidade de aproximadamente 25,0 km de rodovias pavimentadas para cada 1.000 km2 de área. Para dar uma visão comparativa, a Figura 2 mostra a densidade da malha viária pavimentada no Brasil e de outros países. Os resultados são mostrados em km de estrada pavimentada por 1000 km2 de área.
Figura 2. Gráfico comparativo da densidade da malha rodoviária pavimentada por pais (valores em km/1000km2). (CNT, 2016)
Analisando o estado das rodovias pavimentadas brasileiras, destaca-se que parte delas não é considerada adequada para o tráfego de pessoas e bens de consumo (CNT, 2016). “O Brasil se encontra na 111ª posição entre os 138 países analisados no quesito qualidade da infraestrutura rodoviária, atrás de países como Chile (30ª), Uruguai (98ª) e Argentina (103ª), todos situados na América do Sul. A avaliação da infraestrutura das rodovias utiliza notas que variam de 1 (extremamente
438,1 359,9 54,3 46,0 41,6 25,0 25,0 0,0 50,0 100,0 150,0 200,0 250,0 300,0 350,0 400,0 450,0 500,0
EAU China Rússia Australia Canadá Argentina Brasil
Densidade da malha rodoviária pavimentada por país
(valores em km/1.000 km2)
3 subdesenvolvida – entre as piores do mundo) a 7 (extensa e eficiente – entre as melhores do mundo). No índice de competitividade em questão, o Brasil recebeu a nota 3,0.” (CNT, 2016)
É calculado que aproximadamente 48% das rodovias pavimentadas no Brasil se encontra com algum tipo de problema no pavimento, sendo 35,8% classificados como Regular, 9,9% como Ruim e 2,6% Péssimo (CNT, 2016).
Isto supõe um custo operacional bem maior que prejudica a economia brasileira, tanto em suas exportações como no mercado interno, sendo trasladado este custo ao consumidor final por meio de preços mais elevados (CNT, 2016). Mas não é só o custo operacional, o estado inadequado tem uma relação direita com o numero de acidentes e as emissões de gases poluentes na atmosfera. A Figura 3 mostra o aumento do custo operacional devido ao estado do pavimento.
Figura 3. Gráfico do aumento do custo operacional conforme o estado do pavimento das rodovias – Brasil (%). (CNT, 2016)
Com uma produção de 3,249 milhões de toneladas de asfalto no ano 2014, o Brasil se encontra na décima posição de produtores mundiais. Além disso, a produção do asfalto tem aumentando progressivamente até o ano 2014 (último ano com disponibilidade de dados), ver Figura 4.
18,8%
41,0%
65,6%
91,5%
Bom Regular Ruim Péssimo
Aumento do custo operacional conforme o estado do
pavimento das rodovias – Brasil (%)
4
Figura 4. Toneladas de asfalto produzido no Brasil até o ano 2014. (United Nations)
Por outro lado, a maioria dos resíduos sólidos urbanos (RSU) do Brasil não é reciclada ou reutilizada quando acaba seu ciclo de vida. Dentro dos RSU, se encontram os Resíduos da Construção e Demolição (RCD). Sobre a estimativa de geração dos RCD cabe mencionar que não existe uma padronização ou controle total sobre os dados (IPEA, 2012). Ainda assim diversas fontes estimam que são coletadas cerca de 31 milhões de toneladas por ano (IPEA, 2012).
Dos gráficos e afirmações anteriores podem-se extrair algumas conclusões:
Investir na qualidade da infraestrutura e na gestão do transporte rodoviário é indispensável para aumentar a competitividade do Brasil, garantir a segurança das pessoas e das cargas e promover a sustentabilidade em âmbito nacional (CNT, 2016).
A atual política de pavimentos não está dando o resultado esperado: quase 50% dos quilômetros das estradas têm problemas nos pavimentos.
A política de recapeamento que não trata das bases, e que só consome asfalto como é mostrado na Produção Anual de Asfalto (Gráfico 3), abrem as portas à exploração de novas técnicas que permitam um melhor gerenciamento de pavimentos.
Neste contexto, a utilização de RCD e RSU, as tecnologias de misturas mornas e a reciclagem de pavimentos se mostram como excelentes opções.
São muitos os países que já incluem um uso de materiais recicláveis na produção de pavimentos, começando pelo asfalto, que segundo a FHWA é o material mais reciclado nos Estados Unidos.
Por outro lado, a tecnologia para produzir mistura asfáltica a temperaturas mais baixas apresenta uma redução considerável na emissão de poluentes.
0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500
Brasil - Produção de Asfalto em Milhares de
Toneladas
5
1.3. Objetivo do projeto
Este trabalho tem como objetivo fazer uma análise atual e potencial das diferentes metodologias produtivas e construtivas mais sustentáveis, seja utilizando materiais recicláveis nas atividades de construção e manutenção ou poluindo menos, graças a uma técnica mais avançada. Serão apresentadas as vantagens e desvantagens de cada método, diversos estudos de casos onde já têm sido utilizados e porque supõem uma melhoria não só na utilização de recursos ambientais, mas também funcional e economicamente.
Assim, pretende-se fazer foco na economia circular dos processos, seu impacto no meio ambiente e a possibilidade de impacto na economia local.
Vale destacar a grande dificuldade para encontrar projetos desenvolvidos no Brasil utilizando a maioria das técnicas que são descritas neste trabalho. A falta de informações é uma das razões principais que dificultam a implementação de qualquer tecnologia, o que leva a adotar as técnicas tradicionais, mesmo quando estas apresentam um resultado não muito positivo, conforme observados os dados dos pavimentos brasileiros expostos no ponto anterior.
1.4. Estrutura do trabalho
O trabalho se encontra dividido em 4 capítulos.
O primeiro deles é uma introdução ao trabalho, a justificativa de porque é desenvolvido, seu objetivo e como está dividido o mesmo.
O segundo capítulo tem como objetivo dar uma ideia geral dos pavimentos, para depois poder entender as técnicas mostradas no terceiro capítulo. Neste capítulo são descritos os tipos de pavimentos, os materiais que estão constituídos, uma visão da política atual dos resíduos e as técnicas tradicionais de manutenção e reabilitação. O terceiro capítulo faz uma abordagem da sustentabilidade dos pavimentos. É explicado o ciclo de vida dos pavimentos e como ao longo dele mediante a utilização de diversas técnicas e o uso de materiais sustentáveis é possível conseguir resultados viáveis desde o ponto de vista funcional e econômico, relacionando o ciclo de vida dos pavimentos com a economia circular. Para isso são mostrados principalmente casos e pesquisas internacionais.
Por último, o quarto capítulo se refere à conclusão e recomendações para futuros trabalhos e aplicação do mesmo.
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2. Generalidades dos Pavimentos
Neste capítulo serão apresentadas as características gerais dos pavimentos. Serão introduzidos ao leitor os materiais utilizados, a definição de pavimento, uma analise das camadas que formam o pavimento e a produção destas camadas.
Por outro lado, será feita uma análise do Manual de Pavimentação publicado pelo DNIT no ano 2006, focando nos pontos sobre materiais recicláveis e sua relação com a atual legislação brasileira sobre Resíduos da Construção Civil.
É importante perceber que desde o ano 2006 a tecnologia tem evoluído muito. Por isso neste capitulo também é feita uma análise crítica de porque não se tem feito uma atualização do texto em relação a estas novas tecnologias, a maioria delas relacionadas com o reciclado e técnicas mais sustentáveis, como a mistura morna.
2.1. Materiais
O pavimento é composto por várias camadas, cada uma delas é composta por diferentes materiais. Como este trabalho é centrado no uso de materiais recicláveis principalmente para as camadas superiores serão definidos os dois materiais principais para o revestimento que variam muito em sua composição e cuja correta seleção e dosagem marcam o futuro desempenho desta capa do pavimento. Estes são o ligante asfáltico e os agregados.
2.1.1. Ligantes asfálticos
No Brasil, cerca do 95% das rodovias pavimentadas são de revestimento asfáltico, além de ser também utilizado em grande parte das ruas (BERNUCCI, et al., 2010). O asfalto utilizado em pavimentação é um ligante betuminoso que provém da destilação do petróleo e que tem a propriedade de ser um adesivo termoviscoplástico, impermeável e pouco reativo. A baixa reatividade química a muitos agentes não evita que esse material possa sofrer, no entanto, um processo de envelhecimento por oxidação lenta pelo contato com o ar e a água (BERNUCCI, et al., 2010).
Quase todo o asfalto em uso é obtido do processamento de petróleo bruto (ou cru) em refinarias.
Há várias razões para o uso intensivo do asfalto em pavimentação, sendo as principais: proporciona forte união dos agregados, agindo como um ligante que permite flexibilidade controlável, é impermeabilizante, durável e resistente à ação da maioria dos ácidos, dos álcalis e dos sais, podendo ser utilizado aquecido ou emulsionado, em amplas combinações de esqueleto mineral, com ou sem aditivos. No Brasil utiliza-se a denominação CAP (Cimento Asfáltico de Petróleo) para designar esse produto semissólido a temperaturas baixas, viscoelástico a temperatura ambiente e líquido a altas temperaturas, e que se enquadra em limites de consistência para determinadas temperaturas pré-estabelecidas.
7 Segundo BERNUCCI, et al. (2008), os tipos de ligantes asfálticos existentes no mercado brasileiro são denominados:
Cimentos asfálticos de petróleo – CAP
Asfaltos diluídos – ADP
Emulsões asfálticas – EAP
Asfaltos oxidados ou soprados de uso industrial;
Asfaltos modificados por polímero – AMP ou por borracha de pneus – AMB;
Agentes rejuvenescedores – AR e ARE.
2.1.2. Agregados
Todos os revestimentos asfálticos constituem-se de associações de ligantes asfálticos, agregados e, em alguns casos, de produtos complementares. Essas associações, quando executadas e aplicadas apropriadamente, devem originar estruturas duráveis em sua vida de serviço. Para que isso ocorra deve-se conhecer e selecionar as propriedades que os agregados devem conter.
Agregado é um termo genérico para areias, pedregulhos e rochas minerais, em seu estado natural ou britadas e em seu estado processado. Há ainda de se considerar também os agregados artificiais e reciclados.
A variedade de agregados passíveis de utilização em revestimentos asfálticos é muito grande. Os agregados utilizados em pavimentação podem ser classificados em três grandes grupos, segundo sua natureza, tamanho e distribuição dos grãos.
a) Natureza: naturais, artificiais e reciclados.
b) Tamanho: os agregados são classificados quanto ao tamanho, para uso em misturas asfálticas, em graúdo, miúdo e material de enchimento ou fíler (DNIT 031/2004 – ES):
Graúdo: é o material com dimensões maiores do que 2,0 mm, ou seja, retido na peneira no10. São as britas, cascalhos, seixos etc.
Miúdo: é o material com dimensões maiores que 0,075 mm e menores que 2,0 mm. É o material que é retido na peneira de no200, mas que passa na de abertura no10. São as areias, o pó de pedra etc.
Material de enchimento (fíler): é o material onde pelo menos 65% das partículas é menor que 0,075 mm, correspondente à peneira de no200, tais como a cal hidratada, cimento Portland etc.
c) Distribuição dos grãos: a distribuição granulométrica dos agregados é uma de suas principais características e efetivamente influi no comportamento dos revestimentos asfálticos. Em misturas asfálticas a distribuição granulométrica do agregado influencia quase todas as propriedades importantes incluindo rigidez, estabilidade, durabilidade, permeabilidade, trabalhabilidade, resistência à fadiga e à deformação permanente, resistência ao dano por umidade induzida etc.
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2.2. Definição e Tipos de pavimentos
Segundo o Manual de Pavimentação do DNIT (DNIT, 2006): “o pavimento de uma rodovia é uma superestrutura constituída por um sistema de camadas de espessuras finitas, assentes sobre um semiespaço considerada teoricamente como infinito a infraestrutura ou terreno de fundação, a qual é designada de subleito”.
Há diversos fatores que podem influenciar no bom funcionamento de um pavimento, assim como na sua resistência e preservação. Levando em consideração a rigidez do conjunto dos pavimentos, os mesmos podem ser classificados em flexíveis, rígidos e semirrígidos. O DNIT (2006) faz a seguinte classificação:
Flexível: aquele em que todas as camadas sofrem deformação elástica significativa sob o carregamento aplicado e, portanto, a carga se distribui em parcelas aproximadamente equivalentes entre as camadas (Figura 5 - esquerda).
Semi-Rígido: caracteriza-se por uma base cimentada por algum aglutinante com propriedades cimentícias como, por exemplo, por uma camada de solo cimento revestida por uma camada asfáltica. São considerados parte dos pavimentos flexíveis.
Rígido: aquele em que o revestimento tem uma elevada rigidez em relação às camadas inferiores e, portanto, absorve praticamente todas as tensões provenientes do carregamento aplicado (Figura 6 - direita).
Devido ao uso generalizado no Brasil de pavimentos flexíveis, este trabalho se centrará no estudo das alternativas mais ecológicas tanto no uso de materiais como técnicas construtivas dentro deste tipo de pavimentos.
Figura 5. Pavimento flexível (esquerda) e Pavimento rígido (direita)
2.3. Estrutura dos pavimentos flexíveis
A estrutura de um pavimento tem como objetivo suportar as cargas atuantes nele, repassando, sutilmente, estes carregamentos ao terreno de fundação sem gerar danos ao mesmo ou à estrutura.
A definição dos diversos constituintes da seção transversal de um pavimento flexível é apresentada em seguida (DNIT, 2006):
9 i. Subleito - é o terreno de fundação do pavimento.
ii. Regularização - é a camada posta sobre o leito, destinada a conformá-lo transversal e longitudinalmente de acordo com as especificações; a regularização não constitui propriamente uma camada de pavimento, sendo, a rigor, uma operação que pode ser reduzida em corte do leito implantado ou em sobreposição a este, de camada com espessura variável.
iii. Reforço do subleito - é uma camada de espessura constante, posta por circunstâncias técnico-econômicas, acima da de regularização, com características geotécnicas inferiores ao material usado na camada que lhe for superior, porém melhores que o material do subleito.
iv. Sub-base - é a camada complementar à base, quando por circunstâncias técnico-econômicas não for aconselhável construir a base diretamente sobre regularização.
v. Base - é a camada destinada a resistir e distribuir os esforços oriundos do tráfego e sobre a qual se constrói o revestimento.
vi. Revestimento - é a camada, tanto quanto possível impermeável, que recebe diretamente a ação do rolamento dos veículos e destinada a melhorá-la, quanto à comodidade e segurança e a resistir ao desgaste.
A Figura 6 mostra uma seção transversal típica de um pavimento flexível.
Figura 6. Seção transversal típica do pavimento flexível. (1) Revestimento asfáltico; (2) Base granular; (3) Sub-base; (4) Reforço do subleito; (5) Regularização do subleito (DNIT, 2006).
2.4. Singularidades de cada camada
2.4.1. RevestimentoTambém chamado de camada de rolamento, o revestimento deve atuar como uma superfície de rolamento de qualidade, oferecendo maior conforto e segurança, visto que é a camada que possui contato direto com o tráfego de veículos. Além disso, é
10 importante que a mesma possua resistência suficiente para com o desgaste imposto pelas intempéries e seja impermeável, já que todo o restante da estrutura dependerá do revestimento para que infiltre a menor quantidade de água possível e não haja contato direto com a mesma.
O revestimento é constituído por uma mistura de cerca de 90% a 95% de agregado mineral e entre 5% a 10% de material asfáltico. Dentre eles, o agregado é o responsável por suportar as cargas aplicadas e o desgaste imposto pelas mesmas, além de transmiti-las à camada conseguinte. Já o material asfáltico é um elemento aglutinante, fazendo com que ligue os agregados entre si, além de fornecer um caráter impermeabilizante à mistura, impedindo e resistindo à ação das águas provenientes das chuvas.
Por conta destas particularidades, esta é a camada mais nobre da estrutura, sendo a mais cara durante a construção, porém possui grande importância e por isso deve-se ter cautela na composição da mistura. A Figura 7 apresenta a classificação dos revestimentos de acordo com o Departamento Nacional de Infraestrutura de Transportes (DNIT, 2006).
Figura 7. Classificação dos revestimentos (DNIT, 2006).
Análise dos revestimentos
Neste trabalho só será feita uma análise dos revestimentos asfálticos, devido ao não existente uso na atualidade dos revestimentos por calçamento, mesmo quando são diferenciados na classificação pelo DNIT (Figura 7). Serão unicamente analisados por tanto os revestimentos por mistura.
Os revestimentos asfálticos são constituídos por associação de agregados e materiais asfálticos. Esta associação pode ser feita de duas maneiras clássicas: por penetração e por mistura (DNIT Manual de Pavimentação, 2006). Segundo Bernucci, et al., (2008) o tipo mais utilizado são os revestimentos por mistura produzidos e aplicados a quente.
11 Revestimentos por Mistura
Nos revestimentos asfálticos por mistura, o agregado é pré-envolvido com o material asfálticos, antes da compactação e podem ser feitos em usina ou na pista.
Conforme os seus respectivos processos construtivos são adotadas ainda as seguintes designações:
− Pré-misturado a Frio - Quando os agregados e os ligantes utilizados permitem que o espalhamento seja feito à temperatura ambiente.
− Pré-misturado a Quente - Quando o ligante e o agregado são misturados e espalhados na pista ainda quentes.
O Concreto Betuminoso Usinado a Quente, CBUQ, (HMA - Hot Mix Asphalt, em inglês), hoje denominado de Concreto Asfáltico, é a mistura mais empregada no Brasil. Trata-se do produto da mistura de agregados de vários tamanhos e cimento asfáltico, ambos aquecidos em temperaturas previamente escolhidas em função da característica viscosidade-temperatura do ligante.
As misturas asfálticas a quente podem ser subdivididas pela granulometria dos agregados. São destacados três tipos mais usuais nas misturas a quente:
Graduação densa: curva granulométrica contínua e bem-graduada de forma a proporcionar um esqueleto mineral com poucos vazios, visto que os agregados de dimensões menores preenchem os vazios dos maiores. Exemplo: concreto asfáltico (CA);
Graduação aberta: curva granulométrica uniforme com agregados quase exclusivamente de um mesmo tamanho, de forma a proporcionar um esqueleto mineral com muitos vazios interconectados, com insuficiência de material fino (menor que 0,075 mm) para preencher os vazios entre as partículas maiores, com o objetivo de tornar a mistura com elevado volume de vazios com ar e, portanto, drenante, possibilitando a percolação de água no interior da mistura asfáltica. Exemplo: mistura asfáltica drenante, conhecida no Brasil por camada porosa de atrito (CPA);
Graduação descontínua: curva granulométrica com grãos de maiores dimensões em quantidade dominante em relação aos grãos de dimensões intermediárias, completados por certa quantidade de finos, de forma a ter uma curva descontínua em certas peneiras, com o objetivo de tornar o esqueleto mineral mais resistente à deformação permanente com o maior número de contatos entre os agregados graúdos. Exemplos: SMA - stone matrix asphalt; gap-graded. Concretos asfálticos densos são as misturas asfálticas mais empregadas em revestimentos asfálticos no Brasil. Suas propriedades, no entanto, são muito sensíveis à variação do teor de ligante asfáltico. Uma variação positiva, às vezes dentro do admissível em usinas, pode gerar problemas de deformação permanente por fluência e/ou exsudação, com fechamento da macrotextura superficial. De outro lado, a falta de ligante gera um enfraquecimento da mistura e de sua resistência à formação de trincas, uma vez que a resistência à tração é bastante afetada e sua vida de fadiga fica muito reduzida.
12 Existem dois tipos básicos de usina de asfalto que são: a usina de produção por batelada ou gravimétrica, que produz quantidades unitárias de misturas asfálticas, e a usina de produção contínua ou drum-mixer, cuja produção é contínua, como a própria designação classifica. Segundo o tipo de usina será mais fácil realizar uma adaptação para otimizar o uso de Reciclado de Pavimento e produzir misturas mornas.
Os dois tipos de usinas têm condições de produzir as misturas asfálticas em uso corrente no país. Normalmente, as misturas asfálticas, mesmo com características particulares, não exigem sua produção em um tipo específico de usina, exceto as misturas recicladas, que precisam de certa adaptação.
Figura 8. Representação esquemática de uma usina asfáltica por batelada ou gravimétrica (BERNUCCI, et al., 2010)
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Figura 9. Representação esquemática de uma usina asfáltica contínua ou drum mixer (BERNUCCI, et al., 2010).
2.4.2. Base
A função desta camada é a transferência e resistência das cargas procedentes do fluxo de veículos na superfície de rolamento. Acontece que esta camada, por estar embaixo da capa de rolamento, tem de ter uma qualidade muito elevada para desenvolver suas funções de forma adequada.
É vista como uma camada de extrema importância dentro da seção e, da qual depende a redução dos esforços e a boa transferência de cargas até o subleito. Tem exigências de compactação elevadas que fazem necessária uma execução em obra com grande precisão.
Na figura 10 é apresentada a classificação que o DNIT propõe para as camadas de base e sub-base segundo as tipologias que se desejam projetar.
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Figura 10. Classificação das bases e sub-bases flexíveis e semirrígidas (DNIT 2006).
Análises das bases
Os materiais de base, sub-base e reforço do subleito são classificados segundo seu comportamento frente aos esforços em: materiais granulares e solos, materiais estabilizados quimicamente ou cimentados, e materiais asfálticos.
Entende-se por materiais granulares aqueles que não possuem coesão (a não ser aparente pela sucção) e que não resistem à tração, trabalhando eminentemente aos esforços de compressão. Os solos coesivos resistem à compressão, principalmente, e também à tração de pequena magnitude, graças à coesão dada pela fração fina. Os materiais cimentados são materiais granulares ou solos que recebem adição de cimento, cal ou outro aditivo, de forma a proporcionar um acréscimo significativo de rigidez do material natural e um aumento da resistência à compressão e à tração. Há ainda misturas asfálticas, como o solo-asfalto, que se destinam à camada de base e que poderiam ser classificadas como coesivas. Nesse caso, a ligação entre agregados ou partículas é dada pelo ligante asfáltico, sendo a resistência à tração bastante superior aos solos argilosos, e por isso são enquadrados em classe diferente dos solos e dos materiais cimentados.
Os materiais mais empregados em pavimentação da classe dos granulares e solos são: brita graduada simples (BGS) e bica ou brita corrida; macadame hidráulico; macadame a seco; misturas estabilizadas granulometricamente (estabilizadas por combinação de materiais para atender certos requisitos ou mecanicamente); solo-agregado; solo natural; solo melhorado com cimento ou cal. Dentro deste grupo se encontram materiais decorrentes de reutilização e reciclagem: de alto-forno, agregado reciclado de resíduo sólido de construção civil e demolições, rejeitos de extração de rochas ornamentais, mistura asfáltica fresada etc.
Os materiais cimentados mais frequentes são: brita graduada tratada com cimento (BGTC), solo-cimento, solo-cal, solo-cal-cimento, concreto rolado (CCR – concreto compactado a rolo).
15 As misturas asfálticas são: solo-asfalto, solo-emulsão, macadame betuminoso e base asfáltica de módulo elevado.
Figura 11. Britas graduadas simples (esquerda) e agregado reciclado de resíduo sólido da construção civil (direita) (BERNUCCI, et al., 2010).
2.4.3. Sub-base
Além da função de resistir e repassar os esforços aplicados sobre as camadas superiores às inferiores, esta camada também atua na drenagem do pavimento. A sub-base torna-se necessária quando, ao dimensionar o pavimento, a camada de base obtém espessura demasiada a fim de resistir aos carregamentos, sendo assim, é viável economicamente dividir esta camada em duas, onde a inferior (sub-base) é composta por materiais de menor custo.
Assim, a sub-base tem a mesma função da base, sendo uma complementação, de forma a reduzir a espessura da base, além de poder ser utilizada para auxiliar na regularização dessa camada. Além disso, ela pode drenar infiltrações e controlar a ascensão capilar da água, quando for o caso. Logo, é importante utilizá-la quando não for aconselhável executar a base diretamente sobre o leito regularizado ou sobre o reforço, por circunstâncias técnico-econômicas previstas no projeto de execução. Os materiais que compõem esta camada são os mesmos que na base, mas as exigências técnicas são menores.
2.5. Relação com a atual política de gestão de resíduos
sólidos
A ideia geral nesta parte do trabalho é mostrar o avanço relatado pelo DNIT no seu Manual de Pavimentação (DNIT, 2006), quanto à utilização de materiais recicláveis. Assim como na Norma Brasileira ABNT NBR 15115 do ano 2004 sobre “Agregados reciclados de resíduos sólidos da construção civil – Execução de camadas de pavimentação – Procedimentos”.
16 A legislação brasileira, com o disposto pelo Conselho Nacional do Meio Ambiente - CONAMA na Resolução Nº 307 de 5 de julho de 2002, publicada no DOU nº 136, de 17/07/2002, págs. 95-96, ressalta os artigos três e dez:
Art. 3º Os resíduos da construção civil deverão ser classificados, para efeito desta Resolução, da seguinte forma:
I - Classe A - são os resíduos reutilizáveis ou recicláveis como agregados, tais como: a) de construção, demolição, reformas e reparos de pavimentação e de outras
obras de infraestrutura, inclusive solos provenientes de terraplanagem.
b) de construção, demolição, reformas e reparos de edificações: componentes cerâmicos (tijolos, blocos, telhas, placas de revestimento etc.), argamassa e concreto.
c) de processo de fabricação e/ou demolição de peças pré-moldadas em concreto (blocos, tubos, meio-fios etc.) produzidas nos canteiros de obras.
Art. 10. Os resíduos da construção civil, após triagem, deverão ser destinados das seguintes formas:
I - Classe A: deverão ser reutilizados ou reciclados na forma de agregados ou encaminhados a aterro de resíduos classe A de preservação de material para usos futuros.
Por outro lado a norma ABNT NBR 1004 do ano 2004 explica que:
“A camada de reforço do subleito, sub-base e base de agregado reciclado deve ser executada com materiais que atendam aos seguintes requisitos:
d) Os agregados reciclados devem ser classificados quanto ao tipo de emprego possível na execução de camadas de pavimentos, segundo parâmetros de Índice de Suporte Califórnia (CBR), obtidos por meio do ensaio da ABNT NBR 9895, conforme abaixo discriminado:
― material para execução de reforço de subleito: CBR ≥ 12%, expansão ≤ 1,0% (energia de compactação normal, conforme ABNT NBR 7182 e ABNT NBR 6457); ― material para execução de sub-base: CBR ≥ 20%, expansão ≤ 1,0% (energia de compactação intermediária, conforme ABNT NBR 7182 e ABNT NBR 6457);
― material para execução de base de pavimento: CBR ≥ 60%, expansão ≤ 0,5% (energia de compactação intermediária, conforme ABNT NBR 7182 e ABNT NBR 6457); é permitido o uso como material de base somente para vias de tráfego com N ≤ 106 repetições do eixo-padrão de 80 kN no período de projeto;”
Segundo essa legislação, pode-se dizer que os materiais que constituem os pavimentos podem ser considerados da Classe A e que, após seu uso, esse material seja reciclado ou depositado em um aterro para seu posterior uso.
A ABNT NBR procede a utilizar agregados reciclados e estabelece os critérios para que os agregados possam ser utilizados, mas seu uso fica limitado à camada de sub-base, e na base só no caso de tráfego leve. Ainda existem mais dois manuais de
17 reciclagem in situ com um conteúdo muito básico como será analisado posteriormente. O Manual de Pavimentação nada diz sobre os agregados reciclados e seu uso potencial.
A lei de Gerenciamento de Resíduos Sólidos (Lei Nº 12.305, de 2 de Agosto de 2010) inclui os resíduos da construção civil e os pneus. A lei faz ênfase na obrigação por partes dos produtores em encontrar uma reutilização ao material, já seja na mesma utilidade ou em outro ciclo produtivo.
Esta lei obriga as empresa da construção civil a elaborar um plano de gerenciamento de resíduos, assim promove “estimular o desenvolvimento de mercado, a produção e o consumo de produtos derivados de materiais reciclados e recicláveis” e “propiciar que as atividades produtivas alcancem eficiência e sustentabilidade”.
Observando esta legislação são obtidas várias conclusões:
Tanto as Normativas como o Manual estão atrasados com respeito à lei.
A tecnologia de outros países tem mostrado um desempenho superior aos atuais no Brasil, e, portanto, a lei não está conseguindo o objetivo sobre produtores.
A lei parece bastante avançada em comparação com a situação real do Brasil. Como será visto neste trabalho, são numerosos os casos aplicados no exterior com maior quantidade de materiais recicláveis e uso de tecnologias menos poluentes que tanto a Lei de Resíduos Sólidos “obriga” a importar e potenciar no território nacional. Com esta análise pretende-se fazer uma crítica do papel das administrações brasileiras nas práticas sustentáveis tão bem enumeradas na Lei de Resíduos. Existem numerosas pesquisas brasileiras, mas sua aplicação em obra é residual. As Administrações devem ser as primeiras a dar exemplo, e não promover uma lei que depois não será aplicada.
2.6. Atividade de manutenção
Para poder entender o ciclo de vida dos pavimentos é necessário apresentar algumas das principais atividades de conservação, manutenção e reabilitação de pavimentos. É imprescindível entender um pouco do gerenciamento de pavimentos e como muitas vezes as restrições orçamentárias limitam o poder de decisão.
Antes de definir as possíveis alternativas de restauração é necessário o estudo da condição do pavimento existente. Este estudo é precedido por uma avaliação funcional e uma avaliação estrutural. Essas avaliações fornecem dados para análise da condição da superfície do pavimento e de sua estrutura e também para a definição das alternativas de restauração apropriadas.
Na avaliação funcional é verificada a condição da superfície do pavimento, por meio do levantamento e análise de defeitos superficiais e da condição de irregularidade longitudinal.
18 Na avaliação estrutural é verificada a condição da estrutura do pavimento de suportar cargas, por meio de levantamentos não-destrutivos pela determinação da deflexão superficial resultante da aplicação de uma carga conhecida. O principal parâmetro considerado na avaliação estrutural é a deflexão na superfície e a bacia de deformação. A deflexão é normalmente utilizada para delimitar segmentos considerados como homogêneos quanto à condição estrutural.
Uma vez feita a avaliação do pavimento, é o momento de definir as soluções reais com o objetivo de solucionar os problemas existentes em relação à severidade e extensão dos defeitos devidos ao tráfego de veículos que solicitam o trecho estudado. É importante perceber que um sistema de gerência de pavimentos deve levar em conta os níveis atuais de serviço e a estrutura do pavimento (Figura 12) assim como as condições orçamentárias para escolher a adequada ação de manutenção ou reabilitação que maximize o resultado final (Figura 13). Depois das figuras são explicadas algumas das principais atividades.
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Figura 13. Fluxograma de Gerenciamento de Pavimentos (DNIT, 2011).
2.6.1. Prevenção ou preservação
Esta é também conhecida como manutenção preventiva. É aquela efetuada em intervalos predeterminados e de acordo com critérios preestabelecidos, com o objetivo de reduzir a probabilidade de falha ou de degradação do funcionamento de uma instalação (ABNT, 1994). Ou seja, são serviços previamente aplicados com o objetivo de evitar o surgimento ou agravamento de defeitos. Sua frequência depende do trânsito, topografia e clima (DNIT, 2006). É entendida como a primeira medida adotada para a manutenção do pavimento.
Tem por objetivo conter a deterioração em seu estágio inicial.
Na manutenção preventiva podem ser incluídas as atividades de manutenção de rotina. Além disso, a manutenção periódica também pode ser inclusa neste item, caracterizada por ser um tipo de conservação requerida em intervalos de tempo determinados (DNIT, 2011). Nela são realizadas atividades para melhorar as condições superficiais com vistas à preservação da integridade estrutural e qualidade de rolamento.
2.6.2. Recuperação
São reparos realizados em pequenas áreas do pavimento. Estes devem ser feitos quando os defeitos apareçam no longo do pavimento. Segundo o DNIT (2006), é um processo a ser ordinariamente aplicado a um pavimento desgastado, com o objetivo de restabelecer suas adequadas características técnicas.
Além disso, o DNIT interpreta as atividades de recuperação considerando duas formas: a recuperação do pavimento através de sua restauração ou de sua reabilitação.
20 No primeiro caso, o DNIT (2006) afirma que é um processo a ser aplicado a um pavimento que, apesar de ainda apresentar desempenho compatível com os competentes modelos de previsão, se encontra próximo de alcançar o estágio final do ciclo de vida correspondente. Nesse caso, a solução recomendada é a execução de recapeamento do pavimento existente.
No segundo caso, o DNIT (2006) descreve que é um processo a ser adotado para um pavimento que já ultrapassou, de forma significativa, o estágio final do ciclo de vida correspondente e apresenta defeitos com tendências irreversíveis, em termos de desempenho funcional e estrutural. A solução também é a execução de recapeamento do pavimento existente.
Vale mencionar que a reciclagem do pavimento também é considerada como atividade de recuperação. Segundo o DNIT (2006) trata-se do processo de recuperação de pavimentos com a reutilização de material resultante da fresagem do trecho deteriorado.
2.6.3. Reforço
O reforço de um pavimento é “o aporte estrutural, constituído de uma ou mais camadas asfálticas, a serem sobrepostas a um pavimento existente, após devidamente executadas as correções superficiais necessárias, com a finalidade de torná-lo apto a cumprir um novo ciclo de vida” (DNIT, 2006).
O recapeamento consiste na adequada sobreposição ao pavimento existente de uma ou mais camada(s) constituída(s) de mistura asfáltica e/ou concreto de cimento Portland, que irá conferir ao pavimento existente adequado aporte estrutural, mantendo-o assim apto a exercer um novo ciclo de vida, de conformidade com as premissas técnicas-econômicas.
A seleção de fazer um reforço é muito comum mesmo que o pavimento não aponte ter falhas estruturais significativas, a fim de readequá-lo para uma nova demanda de tráfego ou alinhá-lo por conta de eventuais irregularidades longitudinais.
2.6.4. Reconstrução
São atividades com o objetivo de reestruturar o pavimento, mais especificamente a adição e/ou a substituição de camadas estruturais do pavimento, bem como do revestimento, de tal forma que a estrutura resultante possa suportar a repetição das cargas por eixo incidentes, em condições de segurança e conforto para o usuário, durante o novo período de projeto estabelecido (DNIT, 2006).
A reconstrução pode ser parcial ou total. Em situações de reconstrução parcial, a espessura a ser removida e substituída se limita a uma profundidade que não atinja a espessura total do pavimento; enquanto que em casos de reconstrução total, a espessura a ser removida e substituída atinge toda a espessura do pavimento podendo, eventualmente, inclusive atingir o subleito (DNIT, 2006).
São atividades que normalmente são necessárias em situações de alta severidade, com problemas graves e grande extensão, sendo que a única solução é reconstruir tudo de novo. Por conta disso, acaba sendo uma intervenção muito trabalhosa, que
21 demanda muito tempo, causando prejuízos, já que é mais difícil interditar a estrada e/ou a faixa para atuar, além do custo excessivo.
É importante evitar que o pavimento atinja um estado de deterioração extremo, a ponto de não cumprir mais sua finalidade, para que não tenha gastos elevados que não estão previstos para a sua reconstrução. Para que isso não ocorra, é necessário realizar a manutenção preventiva periódica adequada e também possuir um sistema de drenagem de qualidade. O problema da presença de água nas camadas inferiores do pavimento é uma das causas mais habituais da deterioração destes.
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3. Sustentabilidade nos pavimentos
Neste capítulo serão mostradas as técnicas sustentáveis com maior potencial para ser aplicadas no Brasil. A maior parte deste capitulo é baseado em estudos realizados, e alguns deles publicados, pela Federal Highway Administration (FHWA) dos Estados Unidos.
3.1. Definição de pavimento sustentável e ciclo de vida
Define-se como pavimento sustentável aquele que consegue alcançar seus objetivos funcionais, enquanto em uma escala mais ampla, (1) atende às necessidades humanas básicas, (2) usa recursos efetivamente, e (3) preserva / restaura os ecossistemas circundantes (VAN DAM, et al., 2015).
Para um pavimento ser considerado como sustentável tem que ser otimizado e estudado seu ciclo de vida, tentando prolongar sua vida com adequadas operações de manutenção e relacionando ao máximo o momento final da vida útil do pavimento com a produção de novo material.
Figura 14. Ciclo de vida do pavimento (VAN DAM, et al., 2015).
Pode ser observado na Figura 14 que as fases são colocadas de forma circular dando uma importância igual a cada etapa. Este esquema encaixa nos princípios de economia circular, que engloba a reutilização dos recursos, tentando fechar o ciclo o máximo possível.
Nesta parte do trabalho são citadas as palavras do Vice Presidente da Comissão Europeia Frans Timmermans:
Producão de
materiais
Projeto de
pavimento
Construção
Uso
Preservação,
manutenção
Fim de vida
23 “Nosso planeta e nossa economia não podem sobreviver se continuamos com a abordagem de extrair, transformar, consumir, descartar. Precisamos manter os valiosos recursos e explorar plenamente todo o valor econômico dentro deles. A economia circular é sobre a redução de resíduos e proteção ao ambiente, mas também é uma profunda transformação do funcionamento de toda a nossa economia”.
A economia circular, ou economia restaurativa por natureza, é um conceito nascido na década de 70, que pressupõe a ruptura do modelo econômico linear (extrair, transformar e descartar), atualmente aplicado na maioria de setores, para a implantação de um modelo no qual todos os tipos de materiais são elaborados para circular de forma eficiente e serem recolocados na produção, sem perda da qualidade (AZEBEDO, 2015). O que se pretende, com este modelo, é a interligação da rede de negócios na transformação desses materiais. Assim, se certo componente de um produto não puder ser recolocado na produção da empresa que o fabricou, poderá ser transformado pelo seu fornecedor ou por terceiro que tenha interesse.
No caso dos pavimentos, devido à elevada quantidade de material que é consumido, todo produto deverá ter um final com a “reintrodução” ao ciclo produtivo. Caso isso não aconteça, o elevado consumo de materiais aliada à ocupação de espaço pela sua disposição levará a preços cada vez mais elevados por falta de recursos, com o custo implícito que isso traz para a sociedade, além dos inumeráveis custos ambientais. Mediante a perspectiva circular devem ser observadas as seguintes atividades envolvidas em cada fase, para depois selecionar as técnicas sustentáveis que possam atuar em cada uma delas:
Produção de materiais: atividades relacionadas com a aquisição de materiais para pavimentos (extração de agregados, petróleo e asfalto) e seu processamento (mistura, refinamento) incluídos processos em usinas e transporte;
Projeto de pavimento: processo de identificação dos critérios funcionais, coleta de dados (clima, tráfego, subleito) para poder selecionar materiais específicos e definir a estrutura do pavimento;
Construção: processos e equipamentos associados à construção de pavimentos, incluindo nova construção e reconstrução;
Uso: características do pavimento que afetam a energia consumida pelos veículos e suas correspondentes emissões, como também seus efeitos sobre o meio ambiente (retenção de águas, ruído, condutividade de calor, absorção solar);
Preservação, manutenção e reabilitação: aplicação de tratamentos em um pavimento existente que diminui a velocidade de deterioração ou corrige deficiências funcionais ou estruturais;
Fim do ciclo de vida: disposição final, processamento ou reciclagem de parte do pavimento que tem alcançado o final da sua vida útil.
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3.2. Práticas sustentáveis
Seguindo o ciclo de vida do pavimento, é feita uma análise das três fases que mais interessam neste trabalho: a produção dos materiais para novos pavimentos, as atividades de manutenção e o que fazer no final da vida do pavimento. Serão explicadas as práticas sustentáveis e o relacionamento com a técnica atual e sua diminuição da carga poluente, benefícios potenciais e, na medida do possível, o custo econômico comparativo de cada alternativa.
É importante dizer que neste trabalho decidiu-se começar pelo final, o fim do ciclo de vida do pavimento, já que muitos dos materiais analisados, reciclados principalmente, têm sua origem no próprio final do pavimento quando é realizada uma atividade de manutenção ou se precisa da reconstrução mesmo.
3.2.1. Prevenção - A prática mais sustentável
Antes de chegar a ter que realizar uma atividade importante de manutenção ou alcançar o final de vida do pavimento é importante tentar prolongar a sua vida o máximo possível por meio da preservação do mesmo.
A preservação do pavimento é inerentemente uma atividade sustentável. Muitas vezes emprega tratamentos de baixo custo e baixo impacto ambiental que prolonga a vida útil do pavimento ou atrasar as principais atividades de reabilitação. Isto reduz a utilização de materiais virgens, ao mesmo tempo em que reduz as emissões de GEE (Gases Efeito Estufa) durante o ciclo de vida. Além disso, como mencionado anteriormente, os pavimentos bem conservados fornecem superfícies mais suaves, seguras e mais silenciosas em um período significativo das suas vidas, resultando em maior eficiência de combustível do veículo, taxas de acidentes reduzidas e menores impactos de ruído nas comunidades vizinhas, o que contribui positivamente para sua sustentabilidade geral (Figura 15) (VAN DAM, et al., 2015).
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Figura 15. Ciclo de vida com atividade de preservação. [1] Preservação; [2] Reabilitação; [3] Reconstrução; [4] Atividades de preservação. (VAN DAM, et al., 2015)
Segundo o Manual de Restauração dos Pavimentos (DNIT 2007), entre algumas destas atividades se encontram os seguintes serviços de manutenção preventiva: • Remendos superficiais, desobstrução dos sistemas de drenagem, reparos
localizados, limpeza da pista, selagem de pequenas trincas – para manutenção preventiva ou rotineira.
• Tratamento superficial, lama asfáltica, reforços esbeltos em concreto asfáltico, banhos selantes – para manutenção periódica.
Especialistas das universidades reclamam que a falta de manutenção preventiva dos pavimentos no Brasil é uma das principais causas de sua precoce degradação. Segundo eles, a falta de planejamento de manutenção “faz parte da cultura brasileira” e estaria tão incorporado no dia a dia dos órgãos públicos rodoviários, em que, muitas vezes, o orçamento para realização dessa atividade sequer é previsto no planejamento de uma nova rodovia (CNT, 2017).
A realização de manutenção periódica preventiva, além de ser menos dispendiosa, evita a necessidade de intervenções de emergência ou mesmo que o pavimento chegue a um nível de degradação que demande sua restauração. Sendo assim, torna-se estorna-sencial a implementação efetiva de um sistema de gerência dos pavimentos que cubra toda a malha rodoviária e que permita o planejamento adequado das intervenções de manutenção necessárias para se garantir maior durabilidade das rodovias brasileiras (CNT, 2017).
É importante ressaltar que no Brasil o dimensionamento do pavimento é feito para 10 anos, enquanto que em outros países esse período é maior, por exemplo, 20 anos nos
26 Estados Unidos ou Portugal. Uma vida útil de 20 anos obriga na licitação a considerar atividades de manutenção requerendo especificações mais restritivas para manter o correto estado do pavimento. Ao contrario, dimensionando para 10 anos a diferencia de tempo entre a necessidade da primeira atividade de manutenção e a vida para que foi dimensionado o pavimento é bem menor. Esquecendo na hora de licitar estas atividades. Isto gera elevados prejuízos econômicos e funcionais nos pavimentos que são podem ser corrigidos com técnicas mais caras e ambientalmente piores (CNT, 2017).
Como são dimensionados para uma menor vida útil é previsto que as atividades de manutenção ocorram em um período mais curto de tempo. Isto tem um elevado peso no impacto ambiental. Diversos estudos determinaram uma redução do impacto ambiental de no mínimo de 10% quando o período de manutenção da camada de revestimento é prolongado de 10 para 14 anos e uma redução do potencial de aquecimento global de 25% quando os períodos de manutenção passam de 7,5 para 12,5 anos para o revestimento e de 15 a 25 anos para a base (ANTHONISSEN, et al., 2016).
Deve-se também levar em conta o impacto adicional causado pela perturbação do trânsito durante as atividades de manutenção. Uma redução da obra em 3 dias para uma reconstrução total (base e revestimento) resulta em uma quantidade importante de emissões evitadas. É estimado que o consumo de energia e as emissões pelo trânsito usando uma estrada ao longo de sua vida útil excedam os consumos de energia e as emissões das outras etapas do ciclo de vida entre 2-500 vezes, dependendo, por exemplo, no período de análise, a intensidade do tráfego e a construção da estrada (ANTHONISSEN, et al., 2016).
Por exemplo, nos Estados Unidos as atividades de construção e manutenção de estradas são as responsáveis por 10% do congestionamento causando uma perda anual de combustível de US $ 700 milhões (VAN DAM, et al., 2015).
Outra possível medida para a uma correta prevenção é a criação de uma base de dados que analise os distintos projetos, seu desempenho e vida útil. A ideia seria tomada do programa americano LTPP - Long Term Pavement Perfomance, que começou no ano 1987 com o objetivo de entender porque uns pavimentos tem melhor desempenho que outros, para, no futuro, adotar os projetos e construir melhores pavimentos. O resultado desse programa estima ter economizado em torno de U$2,5 bilhões (Federal Highway Administration, 2015).
Devido às condições do Brasil, principalmente de tráfego pesado e climáticas, e a falta de informação encontrada neste trabalho em referência a obras com bom desempenho, tanto econômico como funcional, se recomenda criar uma base de dados parecida, o que também ajudaria a destinar corretamente os recursos econômicos do país em obras que durariam muito mais.
27 3.2.2. Fim de vida: a obtenção de agregados e ligante asfáltico
Quando o pavimento atinge o fim da vida, pode: 1) permanecer no lugar e ser reutilizado como parte da estrutura de suporte para um novo pavimento, 2) ser reciclado, ou 3) ser removido e depositado em aterro. Cada uma dessas atividades tem custos econômicos e ambientais que devem ser considerados (por exemplo, consumo de matérias-primas, energia, emissões etc.). Portanto, as atividades no final da vida podem afetar fatores de sustentabilidade como geração e disposição de resíduos, qualidade do ar e da água e uso de materiais, e devem ser considerados e avaliados (VAN DAM, et al., 2015).
O objetivo ideal seria utilizar materiais reciclados para produzir um pavimento de longa duração, bem executado e, no final de sua vida, poder usar esses materiais novamente em um novo pavimento, alcançando um ciclo na construção de rodovias de resíduo zero.
É preciso definir vários conceitos e técnicas para saber de onde vêm os materiais que vão ser analisados posteriormente.
Entende-se por fresagem (Figura 16) a operação de corte parcial ou total, por uso de equipamentos especiais, do revestimento asfáltico existente em um trecho de via, que englobem ou não outra camada do pavimento, objetivando a restauração da qualidade do rolamento da superfície, ou melhorias na sua capacidade de suporte (BERNUCCI, et al., 2010).
Entende-se por reciclagem de pavimentos o processo de reutilização de misturas asfálticas envelhecidas e deterioradas para produção de novas misturas, aproveitando os agregados e ligantes remanescentes, provenientes da fresagem, com acréscimo de agentes rejuvenescedores, espuma de asfalto, CAP ou EAP novos, quando necessários, e também com adição de aglomerantes hidráulicos (BERNUCCI, et al., 2010).
