Mechanical and environmental evaluation of wastes use in asphalt mixtures

Dissertação de mestrado integrado em Engenharia CivilA indústria da pavimentação rodoviária é uma das grandes exploradoras de matérias-primas virgens. Com a temática da sustentabilidade a ser cada vez mais importante para a Sociedade, torna-se crucial desenvolver soluções que reaproveitem materiais, mas que mantenham as mesmas caraterísticas ou até que as melhore. Nas misturas betuminosas, a substituição total ou parcial do betume por resíduos é cada vez mais frequente, tendo em conta que as reservas de petróleo têm vindo a diminui e consequentemente o seu custo está a aumentar. Assim, este trabalho tem como principal objetivo estudar o desempenho mecânico e ambiental da aplicação de resíduos em misturas betuminosas. Quanto aos resíduos a estudar, foram selecionados três: óleo de motor usado, PEAD e material fresado. Desta forma, o óleo de motor usado e o PEAD foram utilizados para modificar o betume das misturas. Assim, inicialmente estudou-se o desempenho mecânico de uma mistura betuminosa com estes resíduos e comparou-se com uma mistura convencional. Posteriormente procedeu-se à análise ambiental destas soluções. Na modificação de betumes foram utilizadas percentagens elevadas de óleo e de polímero, e estes foram avaliados segundo os vários ensaios de caraterização. Relativamente ao material fresado, adotou-se uma percentagem de 50% de forma a maximizar os resíduos utilizados e a economizar o betume novo. Deste modo, após caracterizar o betume modificado, realizou-se uma mistura betuminosa reciclada com o material fresado para avaliar o seu desempenho mecânico em comparação com uma mistura betuminosa convencional. Após comprovar o bom desempenho da nova mistura betuminosa, procedeu-se à análise ambiental. Nesta análise foram efetuados ensaios de lixiviação para determinar a presença de metais pesados prejudiciais. De acordo com os resultados obtidos, pode-se concluir que da combinação destes resíduos resulta uma mistura betuminosa com bons resultados mecânicos, ou pelo menos similares a uma mistura convencional. Ambientalmente verificou-se que não existe perigosidade na aplicação desta solução, dado que os valores obtidos se encontram abaixo dos limites impostos.The road paving industry is one of the largest consumers of virgin raw materials. With sustainability thematic being increasingly important for Society, it becomes crucial to develop solutions that reuse materials, while keeping or even improving the characteristics of the resulting products. In asphalt mixtures, the total or partial substitution of bitumen by some wastes is being increasingly frequent, considering that the oil reserves have been decreasing and consequently their cost is increasing. Thus, this work has as main objective of studying the mechanical and environmental performance of asphalt mixtures incorporating waste materials. Regarding the wastes to be studied, three were selected: used motor oil, HDPE and reclaimed asphalt material. These wastes were used to modify the bitumen of the mixtures. Thus, the mechanical performance of an asphalt mixture with these wastes was initially studied and compared with a conventional mixture. Subsequently, the environmental analysis of these solutions was carried out. High percentages of oil and polymer were used in the modification of the bitumen, which was evaluated using several characterization tests. Regarding the reclaimed asphalt material, a percentage of 50% was adopted in order to maximize the use of wastes and to cut down the use of new bitumen. Thus, after characterizing the modified binder, a recycled asphalt mixture with the reclaimed asphalt material was produced to evaluate its mechanical performance in comparison with a conventional asphalt mixture. After confirming the good performance of the new asphalt mixture, the environmental analysis was carried out. In this analysis, leaching tests were carried out to evaluate the presence of harmful heavy metals. According to the results obtained, it can be concluded that the combination of all these wastes results in an asphalt mixture with good mechanical performance, or at least similar to a conventional mixture. Environmentally it was concluded that the application of this solution is not detrimental, since the values obtained are below the limits imposed by law