Aplicabilidade de resíduos reciclados da construção e demolição como agregados em misturas asfálticas

Tese (doutorado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Civil e Ambiental, 2014.Devido ao aumento nas atividades da construção civil, a grande quantidade de resíduos de construção e demolição tornou-se um problema social, econômico e ambiental. Por outro lado, a deposição de pneus usados é outro grande problema nas sociedades modernas. Neste contexto, o principal objetivo deste trabalho é investigar a aplicabilidade de agregados reciclados a partir de resíduos de construção e demolição (RCD) em conjunto com asfalto borracha como materiais alternativos para serem usados em misturas asfálticas densas tipo Concreto Betuminoso Usinado a Quente (CBUQ). Agregados calcários e ligante asfáltico convencional (CAP50/70) também foram testadas para fins de comparações de referência. O agregado calcário e o RCD reciclado foram inicialmente caracterizados por meio de ensaios laboratoriais convencionais, tais como granulometria, densidade, absorção, abrasão Los Angeles e índice de forma, além de identificação mineralógica utilizando difração de raios X. O CAP 50/70 e o asfalto-borracha foram caracterizados por meio de testes físicos, químicos e reológicos da metodologia Superpave. A compatibilidade entre agregados e ligantes foi verificada por meio de ensios de adesividade, Cântabro e Lottman modificado ou dano por umidade induzida. As misturas asfálticas usinadas a quente foram dosadas de acordo com o método tradicional de Marshall. Foi dada ênfase nas mudanças do tamanho dos agregados, devido à quebra dos grãos durante a compactação para diferentes energias, teores de ligante e porcentagens de borracha no asfalto-borracha. As propriedades mecânicas das amostras compactadas de CBUQ foram determinadas utilizando ensaios de resistência à tração indireta, módulo de resiliência, fadiga, creep estático e simulação de tráfego de laboratório. Os parâmetros obtidos a partir desses ensaios foram usados para simular o comportamento de estruturas hipotéticas de pavimentos com o auxílio da última versão do programa prescrito pela AASHTO no Mechanistic-Empirical Pavement Design Guide (MEPDG). Também foram realizadas avaliações econômicas dessas estruturas com o programa do Banco Mundial HDM4, usando dados fornecidos pelo Departamento Nacional de Infraestrutura de Transportes (DNIT) para a Rodovia Federal BR-020. Os resultados dos ensaios de compactação mostraram uma significativa quantidade de quebra dos grãos e apontam para a importância na escolha da distribuição granulometrica inicial dos agregados para a elaboraçao de misturas tipo CBUQ. No entanto, os resultados também mostraram o efeito positivo da associação com asfalto-borracha para a mitigação do problema da quebra dos grãos do RCD reciclado. Além disso, o uso de asfalto-borracha melhorou significativamente o desempenho das misturas contra a fadiga e deformação permanente. As simulações numéricas usando MEPDG corroboraram os resultados anteriores, pois os melhores desempenhos foram associados com as estruturas de pavimento usando camadas de base de agregados de RCD e revestimento asfáltico tipo CBUQ feito com agregados de RCD além de asfalto-borracha. As avaliações econômicas também foram favoráveis para estas estruturas recicladas. Em resumo, os resultados são auspiciosos e apontam para os potenciais benefícios da utilização dos resíduos reciclados investigados como material alternativo em camadas de pavimentos. No entanto, o RCD utilizado nesta pesquisa foi de uma qualidade excepcionalmente boa, sendo composto principalmente de resíduos de concreto da demolição do antigo Estádio Mané Garrincha, em Brasília. Ademais alerta-se para a heterogeneidade dos resíduos de construção e demolição em geral e para as devidas considerações dos custos de transporte. _______________________________________________________________________________ ABSTRACTThe large amount of residues from construction and demolition due to the increase in civil construction activities has become a social, economical and environmental problem. On the other hand the deposition of used tires is also a challenging problem in modern societies. In this context, the main objective of this thesis is to investigate the potential applicability of aggregates recycled from construction and demolition wastes (CDW) together with asphalt- rubber (AR) as alternative materials to be used in dense hot mix asphalts (HMA). Conventional calcareous aggregates and straight binders (CAP-50/70, penetration grade) were also tested for reference comparisons. The calcareous and CDW recycled aggregates were initially characterized by means of conventional laboratory tests, such as grain size distribution, specific gravity, absorption, Los Angeles abrasion and shape index, besides mineralogical identification using difractometry of X-rays. The CAP-50/70 and AR binders were characterized by means of physical, chemical and Superpave rheological tests. The compatibility between aggregates and binders was verified using tests such as adhesivity, Cantabro and modified Lottman for humidity induced damage. Hot asphalt mixes were designed according to the traditional Marshall Dosage Method. Special attention was focused in the changes of aggregate size due to grain breakage during compaction at different energies and binder contents. The mechanical properties of compacted samples of the HMA were investigated using tests such as indirect tensile strength, resilience, fatigue, static creep and traffic simulation. The parameters obtained from these tests were used to simulate the behavior of hypothetical pavement structures with the aid the last version of the program prescribed by AASHTO in the Mechanistic-Empirical Pavement Design Guide (MEPDG). Economical evaluations of these structures were also performed using the World Bank HDM4 program and data provided by the Brazilian Transport Infrastructure Department (DNIT) for the BR-020 Federal Highway. The results of compaction tests showed a significant amount of grain breakage and prompts for special care in the choice of the initial aggregate size distribution for the HMA. However, the results also showed the positive effect of the association with asphalt-rubber for mitigation of the problem of grain breakage of CDW recycled aggregates. Besides, the use of AR greatly improved the performance of the mixes against fatigue and permanent deformation. The numerical simulations using MEPDG corroborated the above results as the best performances were associated with the pavement structures using base layers of CDW aggregates and surface courses of HMA made with CDW aggregates plus asphalt-rubber. The economical evaluations were also favorable for these recycled structures. In summary, the results are auspicious and point to the potential benefits of using the investigated recycled residues as alternative material in pavement layers. However, the CDW used in this research was of an exceptionally good quality because it was composed mostly of concrete wastes from the demolition of the former Mané Garrincha Stadium, in Brasilia. Words of warning must be made concerning the heterogeneity of general construction and demolition wastes and proper analyses of the transportation costs should also be taken into account