Análise de custo de concretos asfálticos produzidos com
agregado reciclado de concreto
Adriana Lobo Universidade Federal do Paraná, Departamento de Construção Civil, Curitiba, Paraná, Brasil verchai.adriana@gmail.com Janaína Motter Universidade Federal do Paraná, Departamento de Construção Civil, Curitiba, Paraná, Brasil janamotter@hotmail.com Leonardo F. R. Miranda Universidade Federal do Paraná, Departamento de Construção Civil, Curitiba, Paraná, Brasil lfrmiranda@ig.com.brABSTRACT: It is proposed as a method that allows the application of the material in other solutions, the replacement of natural aggregate with recycled concrete aggregate (RCA) in hot mix asphalt concrete (HMA) pavements to be applied in medium and low volume roads. This paper analyzes the different production costs of ten mixtures in Brazil. The optimum bitumen content were defined by the Marshall Mix design, complemented with the RICE test. The result of cost analysis indicates that HMA suffered costs additions of between 11.76% and 19.73% compared to the reference mixture when replacing the natural coarse aggregate from recycled, and 3.22% to 7.99% when it replaces the fine aggregate. These values are more favorable than those found in the bibliographic review.
Keywords: recycling, recycled concrete aggregate, paving, Marshall Mix design, cost analysis
RESUMO: Propõe‐se, como método que permita a aplicação do material em outras soluções, a substituição do agregado natural por agregado reciclado de concreto (ARC) no concreto betuminoso usinado a quente (CBUQ) a ser aplicado em pavimentos de médio e baixo volumes de tráfego. Esse trabalho analisa os custos de produção no Brasil de dez diferentes de misturas. Os teores ótimos de ligante de cada mistura foram definidos através da dosagem Marshall e do ensaio RICE. O resultado da análise de custos do CBUQ realizada indica que, em relação à mistura referência, o custo sofre acréscimos de 11.76% a 19.73%, quando se substitui o agregado graúdo natural por reciclado, e de 3.22% a 7.99% quando se substitui o agregado miúdo. Palavras‐chave: reciclagem, agregado reciclado de concreto, pavimentação, dosagem Mar‐ shall, análise de custo 1 INTRODUÇÃO Sabe‐se que a reciclagem na construção civil pode gerar inúmeros benefícios, como a redução no consumo de recursos naturais não renováveis, a redução de áreas necessárias para aterro e a redução da poluição gerada pelo entulho e de suas consequências negativas ao ambiente, além da preservação das reservas naturais de matéria‐prima.
Porém, a quantidade de ARC gerados ainda supera o uso desse material nas práticas já consolidadas, incluindo a utilização em bases e sub‐bases de pavimentos. Assim, verifica‐se a necessidade de ampliar a possibilidade de utilização dos ARC, como, por exemplo, na camada de concreto asfáltico, CBUQ. As pesquisas neste tipo de utilização são recentes e não foi encontrada na bibliográfica aplicação de pista‐teste com utilização desse material, tão pouco normas que especifiquem os requisitos técnicos para que os ARC sejam aproveitados no CBUQ.
Os estudos encontrados sobre a aplicação de ARC em CBUQ foram os realizados na Austrália, por Paranavithana & Mohajerani (2006), no Brasil, por Guimarães & Ribeiro (2005), por Ron et al. (2008), por Silva (2009) e por Marinho (2011), na Singapura por Zulkati et al. (2013), na China, por Chen et al. (2011) e por Zhu et al. (2011), na Espanha, por Pérez et al. (2011), nos EUA, por Mills‐Beale & You (2010), no Irã, por Arabani & Azarhoosh (2012) e em Singapura, por Wong et al. (2007). Os resultados obtidos até o momento pelos pesquisadores são encorajadores e indicam viabilidade técnica dessa utilização. Na Tabela 1 verificam‐se as variações de algumas propriedades analisadas observadas pelos autores dessas pesquisas, em relação às misturas de referência estudadas e na Tabela 2, os teores de ligante obtidos em algumas das pesquisas citadas para a mistura de referência e para misturas de CBUQ com ARC. Tabela 1: Variações das propriedades de CBUQ com agregado natural substituído por ARC Variação Verificada Estabilidade Marshall Fluência Marshall Densidade aparente Vazios do agregado mineral Volume de va‐ zios Vazios com betume Aumentou 4 1 0 1 5 0 Semelhante 2 4 0 2 3 1 Reduziu 1 2 3 4 0 5 Tabela 2: Teores de ligante Pesquisador Marinho (2011) Arabani & Azarhoosh (2012) Guimarães & Ribeiro (2005) Paranavithana & Mohajerani (2006) Ron et al. (2008) Silva (2009) Wong et al. (2007) Mistura de referência 5% 5,1% ‐ 5% a 6% 5,7% ‐ 5,3% Misturas com ARC 5% 5,6% a 6,5%
6,5% a 9% 5,1% a 6,5% 7,6% 9,0% a 11,5% 5,3% a 7% Das pesquisas verificadas, foi possível observar que a única que apresentou um cálculo para o custo de CBUQ com agregado natural substituído por ARC é o trabalho de Guimarães & Ribeiro (2005), que verificaram que CBUQ realizado com o ARC, apesar de ser tecnicamente viável, era cerca de 33.6% mais cara que o CBUQ com agregado natural. 2 MATERIAIS E MÉTODOS 2.1 Materiais utilizados na pesquisa Foram produzidas dez diferentes de misturas, nos quais os agregados graúdos e miúdos naturais foram substituídos, isoladamente, nos percentuais de 0, 25, 50, 75 e 100% por ARC de 20, 30 e 40Mpa, ou seja, quando foi feita a substituição de agregado graúdo natural por agregado graúdo reciclado de concreto, o agregado miúdo não foi substituído, e vice‐versa. Todos os agregados utilizados na pesquisa foram secos em estufa a 100ºC por no mínimo 24 horas antes da realização dos ensaios de caracterização e da moldagem dos corpos de prova tipo Marshall. A fração dos agregados graúdos ficou definida quando do peneiramento. Foram utilizadas as seguintes amostras de agregados: agregado miúdo reciclado de concreto com resistência à compressão de 20 Mpa na fração areia – menor que 4.8mm (A20); agregado graúdo reciclado de concreto com resistência à compressão de 30 Mpa nas frações brita 1 – entre 19 mm e 9.5 mm – e pedrisco – entre 9.5 mm e 4.8mm (A30); agregado miúdo reciclado de concreto com resistência à compressão de 40 Mpa na fração areia – menor que 4.8mm (A40)
agregado natural nas frações brita 1 – entre 19 e 9.5 mm – e pedrisco – entre 9.5 e 4.8mm; agregado miúdo artificial tipo pó de pedra na fração areia – menor que 4.8mm; concreto asfáltico de petróleo CAP 50/70. 2.2 Caracterização dos agregados utilizados na pesquisa As propriedades analisadas, normas utilizadas para os ensaios e resultados da caracterização dos agregados utilizados nessa pesquisa são apresentados nas Tabelas 3, 4 e 5 e na Figura 1. Tabela 3: Propriedades, normas e resultados para o agregado graúdo na fração brita 1 (entre 19 mm e 9.5 mm).
Propriedade Norma Resultado Unidade
Agregado natural 30 MPa Absorção de água NBR NM 53 (ABNT, 2009b) 0.5 4.3 % Massa específica aparente NBR NM 53 (ABNT, 2009b) 2.72 2.42 g/cm³ Massa específica real NBR NM 53 (ABNT, 2009b) 2.76 2.71 g/cm³ Abrasão Los Angeles NBR NM 51 (ABNT, 2001b) 16 27 % Tabela 4: Propriedades, normas e resultados para o agregado graúdo na fração pedrisco (9.5 mm e 4.8mm).
Propriedade Norma Resultado Unidade
Agregado natural 30 MPa Absorção de água NBR NM 53 (ABNT, 2009b) 0.8 9.1 % Massa específica aparente NBR NM 53 (ABNT, 2009b) 2.63 2.12 g/cm³ Massa específica real NBR NM 53 (ABNT, 2009b) 2.68 2.65 g/cm³ Tabela 5: Propriedades, normas e resultados para os agregados miúdos Propriedade Norma Resultados Unidade Pó de pedra 20 MPa 40 MPa Análise granulométrica NBR NM 248 (ABNT, 2003a) Vide Figura 1 N/A Absorção de água NBR NM 30 (ABNT, 2001a) 1.1 10.7 9.10 % Massa específica aparente NBR NM 52 (ABNT, 2009a) 2.562 2.01 2.10 g/cm³ Massa específica real NBR NM 52 (ABNT, 2009a) 2.635 2.26 2.55 g/cm³ Teor de finos < 75 µm NBR NM 46 (ABNT, 2003b) 4.0 8.3 6.3 % Figura 1. Curva granulométrica do agregado miúdo artificial tipo pó de pedra 2.3 Ensaios realizados para determinação dos teores ótimos de ligante das misturas
Foram realizados os seguintes ensaios para a obtenção dos parâmetros necessários para definição dos teores ótimos de ligante das misturas: dosagem Marshall: foi realizada a dosagem Marshall para todas as misturas estudadas, se‐ guindo o especificado na especificação de ensaio brasileira DNER‐ME 043/95 (DNER, 0 20 40 60 80 100 0,01 0,1 1 10 100 % PASSANTE PENEIRA (mm)
1995); ensaio RICE: Para obtenção da densidade máxima medida, foi realizado o ensaio RICE, para todas as misturas estudadas, que implica na aplicação de uma bomba de vácuo, conforme especificações da norma brasileira ABNT NBR 15619:2012 (ABNT, 2012). 2.4 Curva granulométrica das misturas Foi escolhida uma única composição dos agregados para todas as misturas, de forma a se enquadrar na granulometria da faixa C do DNIT, sendo a mesma apresentada na Figura 2. Figura 2. Curva granulométrica das misturas 2.5 Composições dos agregados nas misturas estudadas Tabela 6: Composição dos agregados nas misturas.
Mistura Teor de substituição Brita 1 Pedrisco Areia Total
AN A30 AN A30 Pó de Pedra A20 A40
AN 0% 20% 0% 22% 0% 58% 0% 0% 100% A30G25 25% 15% 5% 16,5% 5,5% 58% 0% 0% 100% A30G50 50% 10% 10% 11% 11% 58% 0% 0% 100% A30G75 75% 5% 15% 5,5% 16,5% 58% 0% 0% 100% A30G100 100% 0% 20% 0% 22% 58% 0% 0% 100% A20M50 50% 20% 0% 22% 0% 29% 29% 0% 100% A20M100 100% 20% 0% 22% 0% 0% 58% 0% 100% A40M50 50% 20% 0% 22% 0% 29% 0% 29% 100% A40M100 100% 20% 0% 22% 0% 0% 0% 58% 100% A composição dos agregados nas misturas segue o apresentado na Tabela 6. 2.6 Definição dos teores ótimos de ligante das misturas O teor ótimo de ligante de cada mistura foi definido de forma a atender aos limites de volume de vazios (Vv), entre 3% e 5%, e relação betume‐vazios (RBV), entre 75% e 82%. 3 RESULTADOS OBTIDOS E DISCUSSÕES 3.1 Teores ótimos de ligante Os resultados de teores ótimos de ligantes encontrados para cada mistura foram: 4.9% (AN), 6.0% (A30G25), 6.2% (A30G50), 6.4% (A30G75), 6.9% (A30G100), 6.0% (A20M50), 6.1% (A20M100), 5.8% (A40M50) e 6.0% (A40M100). Conforme se verifica na Figura 3, é possível perceber uma tendência de aumento do teor ótimo de ligante em função do aumento do teor de ARC, quando substituída a fração graúda, o que se deve à porosidade dos agregados reciclados que é maior que a dos agregados naturais. 0 50 100 0,01 0,1 1 10 100 % PASSANTE PENEIRAS (mm) MÍN. FAIXA "C" MÁX. FAIXA "C"
Figura 3. Teor ótimo de ligante por teor de substituição por ARC.
Todas as propriedades analisadas para todas as misturas se enquadraram nos requisitos de dosagem de concreto asfáltico da DNIT‐ES 031:2006 para camada de rolamento, que prevê estabilidade Marshall mínima de 500kgf, volumes de vazios (Vv) entre 3% e 5%, relação betume vazios (RBV) entre 75% e 82% e vazios do agregado mineral (VAM) mínimo de 15%, já que a dimensão máxima do agregado utilizado é de 19mm (DNIT, 2006).
3.2 Análise de custos Tabela 7: Custos dos agregados.
Agregado Fração Material
(R$/m³) Massa unitária (g/cm³ ou t/m³) Material (R$/t) AN Pedreira: Raphael F. Greca Brita 1 R$ 37.00 1.38 R$ 26.81 Pedrisco R$ 36.00 1.35 R$ 26.67 Pó de pedra R$ 54.00 1.50 R$ 36.00 Agregados Reciclados Usina: USIPAR A30 Brita 1 R$ 22.00 1.07 R$ 20.56 Pedrisco R$ 20.00 1.07 R$ 18.69 A20 Areia R$ 30.00 1.50 R$ 20.00 A40 Areia R$ 30.00 1.50 R$ 20.00 Os custos aqui analisados são para execução de CBUQ no centro da capital do estado do Paraná, no Brasil. Os custos para os agregados e o CAP 50/70 apresentados neste trabalho foram obtidos em maio de 2013. O custo do CAP 50/70 é igual a R$ 1080.00, obtido com a CBB asfaltos. Os custos para equipamento e mão‐de‐obra foram obtidos do sistema de custos rodoviários do Departamento Nacional de Infraestrutura de Transporte, para o estado do Paraná, com valores de Novembro de 2012, sendo que para concreto betuminoso usinado a quente – capa de rolamento, número de referência 5 S 02 540 01, é igual a R$ 8.58 (DNIT, 2012). Os custos dos agregados constam na Tabela 7. Foram, então, calculados os custos para execução da camada de rolamento em CBUQ para as misturas estudadas, em reais por toneladas, conforme constam na Tabela 8. Verifica‐se que, em relação à mistura AN, o custo sofre acréscimos de 11.76% a 19.73%, quando se substitui o agregado graúdo natural por reciclado, e de 3.22% a 7.99% quando se substitui o agregado miúdo. Esse fato se deve ao maior consumo de ligante, que aumenta em função do acréscimo de ARC à mistura, devido à maior absorção e porosidade dos ARC. y = 0,0176x + 5,2 R² = 0,88 4 4,5 5 5,5 6 6,5 7 7,5 8 0 20 40 60 80 100
Teor ótimo de ligante (%
)
Tabela 8: Custos das misturas.
Material AN A30G2
5 A30G5 0 A30G7 5 A30G10 0 A20M50 A20M100 A40M50 A40M100 Brita 1 AN 19.0% 14.1% 9.4% 4.7% 0.0% 18.8% 18.8% 18.8% 18.8% A30 0.0% 4.7% 9.4% 14.0% 18.6% 0.0% 0.0% 0.0% 0.0% Pedrisco AN 20.9% 15.5% 10.3% 5.2% 0.0% 20.7% 20.7% 20.7% 20.7% A30 0.0% 5.2% 10.3% 15.4% 20.5% 0.0% 0.0% 0.0% 0.0% Areia Pó de pedra 55.2% 54.5% 54.4% 54.3% 54.0% 27.3% 0.0% 27.3% 0.0% A20 0.0% 0.0% 0.0% 0.0% 0.0% 27.3% 54.5% 0.0% 0.0% A40 0.0% 0.0% 0.0% 0.0% 0.0% 0.0% 0.0% 27.3% 54.5% Custo (R$/t) Materiais R$ 83.46 R$ 94.28 R$ 95.67 R$ 97.06 R$ 101.62 R$ 90.65 R$ 87.34 R$ 88.49 R$ 86.26 Equipament o e mão‐de‐ obra R$ 8.58 R$ 8.58 R$ 8.58 R$ 8.58 R$ 8.58 R$ 8.74 R$ 8.74 R$ 8.74 R$ 8.74 Total R$ 92.04 R$ 102.86 R$ 104.25 R$ 105.64 R$ 110.20 R$ 99.39 R$ 96.08 R$ 97.23 R$ 95.00 Acréscimo em relação à mistura AN (%) ‐ 11.76% 13.27% 14.79% 19.73% 7.99% 4.39% 5.64% 3.22% Tabela 9: Comparação da análise de custos dessa pesquisa com a análise de custos de Guimarães e Ribeiro (2005). Nessa pesquisa Na pesquisa de Guimarães e Ribeiro (2005) O CAP utilizado é do tipo CAP 50/70 O CAP utilizado é do tipo CAP 20 Foram substituídos apenas agregados graúdos naturais ou apenas agregados miúdos numa mesma mistura por ARC Foram substituídos tanto os agregados graúdos, quanto os miúdos, naturais por ARC numa mesma mistura Foram estudados diversos teores de substituição (0%, 25%, 50%, 75% e 100%) Foram estudados apenas dois teores de substituição (0% e 100%) Foram considerados os custos de equipamentos e mão de obra Não foram considerados os custos de equipamentos e mão de obra O custo orçado do CAP na região de Curitiba é R$ 1080.00 por tonelada O custo médio do CAP na região de Goiânia é R$ 1300.00 por tonelada Das pesquisas verificadas, foi possível observar que a única que apresentou um cálculo para o custo de CBUQ com agregado natural substituído por ARC é o trabalho de Guimarães & Ribeiro (2005), que verificaram que a mistura betuminosa tipo CBUQ realizada com o resíduo de concreto, apesar de ser tecnicamente viável, era cerca de 33.6% mais cara que a mistura betuminosa usinada com agregado natural. Possivelmente a diferença entre percentuais encontradas nessa pesquisa e na pesquisa de Guimarães & Ribeiro (2005) se deu devido aos fatos comparativos apresentados na Tabela 9.
Tabela 10: Toneladas de camada de CBUQ para camadas de rolamento que seriam executadas com R$2 milhões. A30G25 A30G50 A30G75 A30G100 A20M50 A20M100 A40M50 A40M100
21,729.68 19,443.9 19,184.65 18,932.22 18,148.82 20,122.75 20,815.99 20,569.78
Além dos custos considerados, existe também o custo de remoção de resíduos de construção e demolição dispostos de maneira irregular pela cidade. De acordo com Guimarães & Ribeiro (2005), em 2005 a Prefeitura Municipal de Goiânia chegou a gastar dois milhões de reais por mês com a remoção de RCD dispostos de forma irregular pela cidade, com esse valor seria viabilizada a execução de mais de 18,000 toneladas de CBUQ para camadas de rolamento, com reaproveitamento de ARC, por mês, conforme se verifica na Tabela 10.
4 CONCLUSÕES
Segundo Carneiro et al. (2001) a absorção se apresenta como uma das propriedades com diferenças mais marcantes entre o agregado natural e o agregado reciclado e Vieira et al. (2004) confirma que os agregados reciclados possuem taxa de absorção de água mais elevada, se comparados com o agregado natural. De acordo com Saeed et al. (2007), a absorção varia de 2% a 6% para agregados reciclados graúdos e de 4% a 8% para agregados miúdos. Verifica‐se ser um consenso no meio acadêmico e os resultados dessa pesquisa corroboram para confirmar que a absorção dos ARC é maior que a absorção dos agregados naturais. Consequentemente à maior absorção, têm‐se maior porosidade e menor massa específica aparente, conforme se verificou para os ARC, que apresentaram menor massa específica aparente quando comparados aos agregados naturais. Os valores obtidos para teores ótimo de ligante das misturas demonstraram que, a estrutura mais porosa, encontrada nos agregados reciclados de concreto, acarretou em mais vazios e uma maior área de superfície, requisitando assim maior porcentagem de ligante e explicando o fator de variação do teor de ligante em função do percentual de substituição de agregado natural por agregado reciclado de concreto. O resultado da análise de custos do CBUQ realizada indica que, em relação à mistura referência, o custo sofre acréscimos de 11.76% a 19.73%, quando se substitui o agregado graúdo natural por reciclado, e de 3.22% a 7.99% quando se substitui o agregado miúdo, porém, ainda assim apresentou‐se otimista com relação às análises de custos já verificada em trabalhos anteriores, que chegaram a 33.6% de acréscimo, mas indicam ainda a necessidade de se buscar alternativas para a redução do consumo de ligante quando ARC são utilizados no CBUQ. Verificou‐se ainda, o quão significativos são os gastos governamentais com remoção e destinação correta de resíduos.
Todas as propriedades analisadas de todos os agregados graúdos reciclados de concreto (desgaste máximo de abrasão igual a 50%), bem como para todas as misturas (estabilidade mínima de 500kgf, volumes de vazios entre 3% e 5%, relação betume vazios entre 75% e 82%), se enquadraram nas especificações de serviços e normas técnicas previstas. Fato este que indica possível viabilidade técnica para execução de concretos asfálticos em vias de tráfego baixo, podendo, desta maneira, contribuir com o aproveitamento desses resíduos e minimizar os problemas relacionados à disposição irregular dos mesmos.
REFERÊNCIAS
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