Please use this identifier to cite or link to this item: http://hdl.handle.net/1822/55589

TitleEstudo e otimização de ligantes modificados e misturas betuminosas inovadoras com resíduos plásticos
Author(s)Costa, Liliana Marisa Barros
Advisor(s)Silva, Hugo M. R. D.
Oliveira, Joel R. M.
KeywordsPolímeros reciclados
Etileno-acetato de vinilo (EVA)
Polietileno de alta densidade (PEAD)
Betumes modificados com polímero
Reologia não-linear (LAOS-FTR)
Resíduos plásticos como agregado
Polietileno reticulado (PEX)
Desempenho de misturas betuminosas
Resistência ao rolamento
Ruído de rolamento
Desagregação
Recycled polymers
Ethylene-vinyl acetate (EVA)
High-density polyethylene (HDPE)
Polymer modified bitumen
Large amplitude oscillatory shear rheology (LAOS-FTR)
Plastic wastes as aggregate
Cross-linked polyethylene (PEX)
Asphalt mixtures performance
Rolling resistance
Tyre-pavement noise
Ravelling
Issue date12-Apr-2018
Abstract(s)O uso de ligantes betuminosos modificados com polímeros nos pavimentos é usual em vários países, nomeadamente por aumentar o seu ciclo de vida, e por permitir a construção de camadas betuminosas com melhor qualidade e com menor espessura. No entanto, em certos casos esta opção pode aumentar significativamente o custo do ligante. A utilização de resíduos plásticos na modificação de betumes, ao invés de polímeros virgens, apresenta-se assim como uma solução alternativa que pode ser ambiental e economicamente mais sustentável. No entanto, devido à variabilidade deste tipo de materiais obtidos a partir da valorização de resíduos plásticos, o desempenho dos ligantes e das misturas betuminosas resultantes da sua incorporação torna-se mais difícil de garantir. Inevitavelmente, pela complexidade associada ao estudo deste tipo de ligantes e misturas betuminosas, considerou-se fundamental realizar um estudo abrangente antes de se avançar para a aplicação destas soluções em mais larga escala, o que motivou a realização da presente Tese. Assim, o principal objetivo deste trabalho foi desenvolver novos ligantes e misturas betuminosas com incorporação de resíduos plásticos, com um desempenho adequado para utilização em pavimentos rodoviários, e em especial em camadas de desgaste. Adicionalmente, para maximizar a reutilização de resíduos, foram avaliadas diferentes soluções de incorporação dos polímeros, nomeadamente como modificadores do ligante ou como substituto parcial dos agregados. Para concretização dos objetivos do projeto, inicialmente foram selecionados e caracterizados diversos polímeros, virgens e reciclados. Em seguida, foram produzidos diversos ligantes modificados com esses polímeros, sob condições controladas que também foram alvo de estudo. O desempenho desses ligantes foi avaliado do ponto de vista físico, térmico, químico, morfológico e reológico, com especial atenção ao comportamento não-linear e à resistência ao envelhecimento, o que permitiu selecionar os ligantes modificados com melhor desempenho. Em seguida foram produzidas misturas densas e porosas com esses ligantes, estudando-se ainda a inclusão de resíduos plásticos de difícil valorização em substituição de agregados. Dado o comportamento distinto deste tipo de misturas, foi necessário realizar a formulação de todas as misturas, cujo desempenho mecânico foi caracterizado em seguida através de ensaios de sensibilidade à água, módulo de rigidez e resistência à fadiga e deformação permanente. Por se tratar de misturas a aplicar em camada de desgaste, avaliou-se ainda as suas características superficiais e funcionais, entre as quais se salienta o estudo do ruído. Por fim, avaliou-se o desempenho das misturas em pista laboratorial, o que permitiu estudar outras propriedades, tais como a resistência à desagregação e ao rolamento. O presente trabalho conduziu ao desenvolvimento de novos ligantes e misturas betuminosas de alto desempenho incorporando resíduos plásticos de difícil reutilização. As melhores soluções obtidas permitiram aumentar a durabilidade das misturas, e consequentemente podem ser uma boa alternativa para aumentar o período de vida do pavimento ou reduzir o impacte ambiental negativo associado às operações de reabilitação da rede rodoviária.
The use of bituminous binders modified with polymers in road pavements is usual in several countries, namely because it increases their life cycle, and allows the construction of thinner and high quality asphaltic layers. However, in certain cases this option can significantly increase the cost of the binder. The modification of bitumen with plastic waste, instead of virgin polymers, is thus an alternative solution that may be more environmentally and economically sustainable. However, due to the variability of this type of material obtained from the recovery of plastic waste, the performance of binders and asphalt mixtures resulting from their incorporation becomes more difficult to guarantee. Inevitably, due to the complexity associated to the study of this type of binders and mixtures, it was considered fundamental to carry out a comprehensive study before proceeding to the application of these solutions in a larger scale, which motivated the execution of the present thesis. Thus, the main objective of this work was to develop new binders and asphalt mixtures incorporating plastic waste, with a suitable performance for use in road pavements, and especially to their surface course. In addition, to maximize the reuse of wastes, different solutions of polymer incorporation were evaluated, namely as binder modifiers or as partial substitute of the aggregates. To achieve the project objectives, several virgin and recycled polymers were initially selected and characterized. Several binders modified with these polymers were then produced under controlled conditions which were also studied. The performance of these binders was physically, thermally, chemically, morphologically and rheologically evaluated, with special attention to nonlinear behaviour and resistance to aging, which allowed selecting the best performing modified binders. Dense and porous asphalt mixtures were then produced with these binders, and the inclusion of plastic wastes of difficult recovery in substitution of aggregates was also studied. Given the distinct behaviour of this type of mixtures, it was necessary to design all the mixtures, the mechanical performance of which was then characterized by water sensitivity, stiffness modulus, and fatigue and permanent deformation resistance tests. Since these mixtures were to be applied in the surface course, their surface and functional characteristics were also evaluated, among which the study of noise is emphasized. Finally, the performance of the mixtures was evaluated in a laboratory scale pavement track, which allowed studying other properties, such as the rolling and abrasion resistance. The present work led to the development of new binders and high performance asphalt mixtures incorporating plastic wastes difficult to reuse. The best solutions obtained have made it possible to increase the durability of the mixtures and therefore can be a good alternative to increase the life cycle of a pavement or to reduce the negative environmental impact associated with the road network rehabilitation operations.
TypeDoctoral thesis
DescriptionTese de Doutoramento - Programa Doutoral em Engenharia Civil
URIhttp://hdl.handle.net/1822/55589
AccessOpen access
Appears in Collections:BUM - Teses de Doutoramento
C-TAC - Teses de Doutoramento

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