Optimização do desempenho de misturas betuminosas com betume modificado com borracha para reabilitação de pavimentos

Abstract

O Brasil é um país que possui o sistema de transporte terrestre apoiado essencialmente em rodovias. A idade avançada dos pavimentos rodoviários brasileiros e o eminente crescimento do tráfego e da acção das cargas de roda cada vez mais intensas, têm levado os pavimentos flexíveis a um acelerado processo de deterioração no qual o uso de técnicas de reabilitação empregando materiais convencionais não mais alcançam um comportamento mecânico adequado. Por outro lado, a utilização de betumes modificados constitui uma alternativa na busca crescente de novos materiais que melhorem as propriedades estruturais das camadas betuminosas. É neste contexto que as misturas betuminosas com betume modificado com borracha de pneus usados têm sido utilizadas com o objectivo do melhoramento da capacidade estrutural de pavimentos flexíveis novos e reabilitados, além de ser uma solução para o problema do depósito inadequado dos pneus insersíveis. No entanto, o Brasil carece da avaliação do comportamento mecânico de misturas com betume-borracha. O presente trabalho tem como objectivo contribuir para o estudo de misturas betuminosas com betume-borracha produzidos a partir do processo húmido através de uma investigação experimental que procurou avaliar as propriedades e o desempenho mecânico destas misturas, optimizando uma mistura com a melhor capacidade estrutural. Foram utilizados dois tipos betumes-borracha provenientes do processo húmido, produzidos em laboratório através do sistema continuous blend e em unidade industrial, pelo sistema terminal blend. Foram produzidas misturas betuminosas utilizando-se dois tipos de granulometria, nomeadamente dense graded e gap graded. O trabalho apoiou-se no estudo das propriedades do betume e da borracha de pneus, na sua interacção e no comportamento mecânico (módulo, fadiga e deformação permanente) das misturas betuminosas produzidas com estes materiais. Os parâmetros de dosagem através da metodologia Marshall reavaliados para utilização em misturas com betume modificado. Além disto, foi realizada a avaliação da capacidade destas misturas em reduzir a propagação de fendas, recorrendo a ensaios laboratoriais e modelação numérica através de elementos finitos. A optimização da mistura de melhor desempenho foi escolhida após o dimensionamento de um pavimento, no qual foi utilizada a análise empírico-mecanicista. O efeito da propagação de fendas em misturas com betume-borracha foi avaliado através da reabilitação de um pavimento, considerando a influência deste fenómeno. Os resultados mostraram que, em relação à mistura convencional, produzida com betume convencional, a incorporação da borracha no betume produz melhorias consideráveis em termos de comportamento elástico e aumento da resistência à fadiga e da resistência à deformação permanente, além da capacidade de retardar a propagação de fendas. O uso de misturas betuminosas com betume-borracha mostrou constituir uma excelente alternativa para aplicação em camadas de revestimento de pavimentos flexíveis, proporcionando uma significativa melhoria da capacidade estrutural.

The terrestrial transport system in Brazil is essentially supported on highways. Brazilian pavements are old and the eminent growth of traffic and more and more intense vehicle loads have accelerated the deterioration process of flexible pavements, in which the use of rehabilitation techniques using conventional materials no more reach an appropriate mechanical behaviour. On the other hand, the use of mixtures with modified binders constitutes a suitable alternative in the growing search for new materials that may improve the structural properties of the bituminous layers. It is in this context that bituminous mixtures with asphalt rubber have been used in order to improve the structural capacity of new flexible pavements and of rehabilitated ones, besides being a solution to the problem of waste tire disposal. Neverthless, Brazilian experts have not developed further knowledge on the mechanical behaviour of materials modified with asphalt rubber. This work has as a main objective to contribute for the study of bituminous mixtures with asphalt rubber produced by the wet process through an experimental research that aimed at evaluating the properties, the behaviour and the mechanical performance of those mixtures, in order to obtain a mixture with an optimised structural capacity. Two types of asphalt rubber were used after being produced in laboratory through the continuous blend system and in an industrial plant, through the terminal blend system. The gradations of the bituminous mixtures were dense graded and gap graded. The work was based on; the study of properties of bitumen and crumb rubber from tires; the interaction between bitumen and rubber; the mechanical behaviour (dynamic modulus, fatigue and permanent deformation resistance) of the bituminous mixtures produced with those materials. The design parameters through the Marshall methodology were revalued for mixtures with modified bitumen. The evaluation of the capacity of these mixtures to reduce crack propagation was made through the laboratorial tests and the numerical analysis based on the finite element method. In order to select the best optimized mixture, a pavement was designed, using the empirical-mechanistic analysis. The effect of crack propagation in asphalt rubber mixtures was evaluated through the rehabilitation pavement design, considering the influence of this phenomenon. The results showed that, in relation to conventional mixtures, produced with conventional bitumen, the incorporation of rubber in the bitumen considerably improves the elastic behaviour of the resulting mixtures, increasing their resistance to fatigue and permanent deformation, as well their capacity to delay cracking propagation. The use of bituminous mixtures with asphalt rubber demonstrated to constitute an excellent alternative to be applied in flexible pavements, what will result in a significant improvement of their structural capacity.