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IV Simpósio Internacional de Avaliação de Pavimentos e Projetos de Reforço Fortaleza/CE - BRASIL - 07 a 09 de outubro 2009 ESTUDO DA REUTILIZAÇÃO DE RESÍDUOS DE CONSTRUÇÃO E DEMOLIÇÃO COMO AGREGADO EM MISTURAS ASFÁLTICAS Jardel A. de Oliveira1; Antonio E.B. Cabral2; Verônica T.F. Castelo Branco3 & Suelly H.A. Barroso4 RESUMO A indústria da construção civil é considerada o setor que mais afeta diretamente o meio ambiente, geralmente causando danos de difícil restauração. Os resíduos sólidos provenientes da indústria da construção civil, também denominados de Resíduos de Construção e Demolição (RCD), representam um dos problemas enfrentados pelas cidades atualmente. O descarte clandestino do RCD gera um alto custo aos municípios para o seu remanejamento, ocasionando ainda problemas ambientais e de saúde pública. Na busca de soluções para esses problemas tem-se promovido a reciclagem desses resíduos, transformando-os em agregados reciclados, que podem ser utilizados em substituição aos agregados naturais em diversos setores. O emprego dos agregados reciclados, particularmente na produção de misturas asfálticas para pavimentos, pode se tornar atrativo, em função da possibilidade de redução dos custos de construção de pavimentos e do grande volume de material disponível. Esta pesquisa é motivada pela busca de soluções técnicas para construção de pavimentos adequados à região metropolitana de Fortaleza. O objetivo principal desta pesquisa foi verificar o potencial de uso do RCD reciclado como agregado em misturas asfálticas, comparando suas características mecânicas e físicas com misturas confeccionadas apenas com agregados naturais. Neste panorama, por meio da metodologia de dosagem Superpave, foram compostas duas misturas dosadas e caracterizadas em laboratório: uma com 100 % de agregado natural (mistura 1) e outra composta por 50% de RCD e 50% de agregado natural (mistura 2), ambas com o Cimento Asfáltico de Petróleo (CAP) 50/70. Essas duas misturas foram submetidas aos ensaios de Módulo de Resiliência (MR), Resistência à Tração (RT) e Vida de Fadiga. Os resultados de laboratório mostram que há possibilidade técnica do uso de RCD em misturas asfálticas. O estudo desenvolvido contribui para diminuir o dano ambiental causado pelo acumulo destes resíduos e os gastos com o gerenciamento dos mesmos. PALAVRAS-CHAVE: Resíduo de Construção e Demolição, Agregados Reciclados, Misturas Asfálticas. 1 Aluno do curso de Tecnologia em Estradas, jardelandrade@yahoo.com.br 2, 3 e 4 Professores do Curso de Engenharia Civil da UFC; (2) veronica@det.ufc.br, (3) eduardo.cabral@ufc.br e (4) suelly@det.ufc.br 1, 2 e 4 Laboratório de Mecânica dos Pavimentos – Departamento de Engenharia de Transportes – Universidade Federal do Ceará – Campus do Pici s/n, bloco 703, CEP: 60455-760 – Fortaleza/CE 3 Universidade Federal do Ceará, Centro de Tecnologia, Departamento de Engenharia Estrutural e Construção Civil, Campus do Pici, Bloco 710, Pici, CEP: 60455-760 – Fortaleza/CE ABSTRACT The construction industry can be considered one of the fields that most directly affect the environment, causing damage usually difficult to restore. The great generation of Construction Solid Waste (CSW) represents one of the problems faced by large cities today. This material disposal can cause environmental and public health issues. A solution found to solve this problem is the incorporation of CSW in Hot Mixture Asphalt (HMA) as an aggregate. Therefore, the main objective of this research is to verify the potential use of the CSW as recycled aggregate in asphalt mixtures. The Superpave design methodology was used for two mixtures: (i) one with 100% of natural aggregates, and (ii) one with 50% of CSW. Both mixtures used the same asphalt cement (penetration grade 50/70). The analysis was performed by comparing results from material characterization and mechanical tests (tensile strength, resilient modulus and fatigue life) for these mixtures. The laboratory results can be considered satisfactory, and show the potential of incorporating this type of aggregate in the asphalt pavements HMA layer. KEY WORDS: Construction Solid Waste, Recycled Aggregate, Asphalt Mixture INTRODUÇÃO A questão da proteção ambiental está sendo cada vez mais debatida nas esferas internacional, nacional e local. O crescimento da população, o progresso industrial e a urbanização contribuem para um aumento da geração de resíduos que são descartados no ambiente. Particularmente, o desenvolvimento no setor da construção civil ocasiona aumento do consumo de energia e de matéria prima, elevando a geração de resíduos, provocando impactos negativos ao ambiente. Dentre os resíduos que são gerados pela construção civil, pode-se citar os resíduos provenientes da construção e demolição, conhecidos na literatura brasileira através da abreviatura RCD (Resíduos de Construção e Demolição) e na literatura estrangeira como CDW (Construction and Demolition Waste).Uma política de crescimento sustentável por meio da reciclagem dos RCD, problema ambiental existente há décadas nos centros urbanos, seria uma alternativa eficiente para solucionar esta questão. Em alguns países desenvolvidos a reciclagem dos RCD está se tornando uma alternativa em diversos setores da construção civil (referência). Após passar por um processo de reciclagem, os RCD podem ser empregados nas mais diferentes aplicações como, por exemplo: (i) na confecção de concretos moldados “in loco” ou de pré-moldados, (ii) na execução de camadas de pavimentos (base e sub-base) e (iii) como agregado em mistura asfáltica. Tem-se que dar uma atenção maior quanto à importância que a reciclagem tem sobre a diminuição dos resíduos sólidos descartados, atingindo diretamente o comportamento da sociedade e proporcionando uma melhoria da qualidade de vida (Dau, 2001). Essa nova política de crescimento sustentável é preponderante em um novo modelo de desenvolvimento que propicia uma melhor qualidade de vida às gerações humanas futuras, possibilitando que as mesmas desfrutem dos benefícios dispostos pela natureza. Esse modelo de desenvolvimento vem sendo chamado de desenvolvimento sustentável. Uma das linhas de atuação do desenvolvimento sustentável está centrada na busca de ciclos de produção com rendimentos máximos para os produtos manufaturados pelo homem, ou seja, tudo que for extraído da natureza seja efetivamente utilizado em algum processo de transformação. Esta é uma visão utópica, visto que todo processo de transformação gera resíduos e o manuseio e a disposição desses resíduos junto ao ambiente podem gerar impactos ambientais negativos. Uma maneira de corroborar na busca pelo desenvolvimento sustentável é a reutilização ou o reaproveitamento dos resíduos gerados pelos processos transformadores, ou seja, reencaixá-los na cadeia produtiva como subprodutos, os quais teriam aplicabilidade em outro processo. A reutilização de resíduos é um processo que desperta muito interesse dos órgãos responsáveis pela manutenção dos pavimentos, uma vez que a quantidade de matéria-prima e de insumos utilizados é significante, sendo que o uso de agregados reciclados na pavimentação asfáltica é uma técnica consistente e promissora que vem sendo utilizada para a renovação do revestimento asfáltico (Lima, 2003; Paula Filho, 2003). OBJETIVO O objetivo deste trabalho foi verificar o potencial uso do RCD como agregado em misturas asfálticas do tipo Concreto Asfáltico (CA) utilizando a metodologia de dosagem Superpave, bem como propor recomendações ou evidenciar possíveis limitações da utilização deste resíduo para este fim. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA O crescente processo de urbanizaçãotem contribuído para o desenvolvimento da indústria da construção civil no Brasil e no mundo. O setor da construção civil é responsável pela intensa extração de recursos naturais e geração de resíduos sólidos. O volume de RCD tem afetado a qualidade de vida dos grandes centros urbanos. Em função disto, muitos pesquisadores em todo o mundo vêm tentando encontrar alternativas para que os problemas decorrentes deste processo sejam minimizados, ou até mesmo sanados. A busca pelo chamado desenvolvimento sustentável levou países como os Estados Unidos e a Espanha a desenvolverem programas governamentais que visam diagnosticar os setores geradores de resíduos, suas fontes, tipos e quantidades, de forma a subsidiar o aproveitamento dos mesmos por meio da reciclagem (Ciocchi, 2003). Alguns estados americanos possuem poucos recursos naturais e/ou deparam-se com grandes distâncias de transportes para utilização dos mesmos. Dessa maneira, estes estados possuem legislação que incentivam a adoção de materiais reciclados. (Schimmoller, 2000 apud Dau, 2001). Países com pouco material natural tais como Holanda, Bélgica e Dinamarca são os que mais reciclam RCD, atingindo um percentual superior a 90%, ainda assim precisando importar areia da Sibéria e RCD da Inglaterra. Por outro lado, no Brasil, onde as técnicas de reciclagem de concreto começaram há cerca de 20 anos, reciclam-se menos de 5% do RCD gerado a cada ano (Ciocchi, 2003). Vários estudos no meio acadêmico investigam a viabilidade técnica da aplicação de diferentes rejeitos na pavimentação, podemos citar como exemplo: asfalto borracha (Pinheiro et al., 2004), escória de aciaria (Castelo Branco et al., 2004; Castelo Branco, 2004), solo contaminado por petróleo (SCP) (Aldigueri et al, 2004; Onofre et al., 2009), borra asfáltica (Vale et al., 2007b), fibra de coco (Vale et al., 2007a), RCD (Ron et al. 2008), liquido da castanha de caju (LCC) (Vasconcelos et al., 2009). Trabalhos científicos já realizados, no Brasil e no exterior, revelam que o uso do RCD em camadas de pavimentos é uma possível solução a ser adotada visando à mitigação dos impactos ambientais gerados pelo manejo inadequado destes resíduos (referências). Pesquisas sobre a utilização deste material em pavimentação vêm sendo desenvolvidas no Brasil desde a segunda metade da década de 90. Motta et al. (2004) realizaram um estudo sobre a viabilidade técnica do uso de agregado reciclado de resíduo sólido da construção civil em camadas de pavimentos, para vias de baixo volume de tráfego. Os valores de CBR para reforço do subleito, sub-base e base obtidos, bem como os resultados de ensaios de módulo de resiliência realizados foram considerados satisfatórios, tanto para sub-bases como para bases. Silva et. al (2008) verificaram a aplicação de dois tipos de RCD e um solo para emprego em camadas granulares na cidade de Fortaleza. As propriedades investigadas (MR e CBR) permitiram sugerir que a mistura fosse empregada em camadas granulares de pavimento. Em geral o emprego de RCD em revestimentos se depara ainda com algumas dificuldades, como a elevada porosidade dos agregados reciclados. Tal característica eleva o consumo do ligante asfáltico e consequentemente o custo dos pavimentos (Dias e Greco, 2009). Com a finalidade de estimular e regulamentar o emprego do agregado reciclado, foi criada em 2002 a Resolução do CONAMA nº 307, que determina diretrizes para a gestão dos RCD, e em 2003 a NBR 15115, que especifica a utilização do agregado reciclado em pavimentação (Leite et al., 2006). O uso dos agregados reciclados de RCD em pavimentação é técnica e economicamente motivador, ambientalmente benéfico e, além disso, uma resposta à necessidade de crescimento sustentável não apenas de um município, mas de um país, caracterizando a adoção da filosofia da racionalidade, da filosofia da preservação (Fernandes, 2004). A reciclagem destes resíduos para emprego em camadas de pavimentos proporciona uma série de vantagens, como a preservação das jazidas naturais e a redução nos custos das obras (Ron et al, 2008). Aplicação de agregados reciclados de resíduos sólidos de construção civil em camadas de reforço do subleito, sub-base e base de pavimentos flexíveis tem sido constatada. Essa solução vem sendo posta em prática com resultados positivos em diversas cidades, destacando-se a cidade de Belo Horizonte. Com o intuito de ampliar o emprego de RCD em pavimentos, pesquisas estão sendo desenvolvidas acerca da adequação da utilização desse agregado reciclado em revestimentos asfálticos (Dias e Greco, 2009). No município de Fortaleza, 30% de todo o resíduo sólido gerado é oriundo de canteiro de obras das maiores construtoras que atuam na capital, segundo dados da Prefeitura Municipal (Lopes, 2007). MATERIAIS E MÉTODOS Para a execução deste trabalho duas misturas foram dosadas através da metodologia Superpave: (i) composta integralmente por agregado natural (mistura 1) e (ii) formada por 50% de agregado natural e 50% de RCD (mistura 2), ambas utilizando o CAP 50/70. agregado Os agregados naturais utilizados na pesquisa são de origem granítica e provenientes da Pedreira de Itaitinga – CE, situada a 30km de Fortaleza-CE. Foram utilizados como agregado graúdo as britas 3/4’’ e 3/8’’, como agregado miúdo um pó de pedra da mesma pedreira e como material de enchimento utilizou-se o filer natural. O RCD examinado foi fornecido pela Usina de Reciclagem de Fortaleza (USIFORT), localizada na Rodovia BR-116, km 6, Fortaleza-CE. O RCD utilizado nesta pesquisa é classificado como puro, isto é: oriundo apenas de peças de concreto (argamassa e brita). Para produzir esse tipo de resíduo, os restos de concreto passam por um britador de mandíbula e posteriormente por uma esteira de eletroímã, para retirada dos resíduos de ferro. Em seguida, o material passa por uma série de peneiras para que o agregado gerado seja devidamente enquadrado nas faixas granulométricas desejadas. Algumas dessas etapas podem ser vistas na Figura 1. (a) Postes de concreto antes da britagem. (b) Produção do RCD. (c) RCD graúdo. Figura 1. Detalhamento da produção do RCD. caracterização dos agregados Para caracterização dos agregados naturais e reciclados, realizaram-se os ensaios de granulometria por peneiramento (DNER-ME 083-98); absorção e densidade do agregado graúdo (DNER-ME 081-98); abrasão Los Angeles (DNER-ME 035-98); índice de forma (DNER-ME 086/94) e densidade real do agregado miúdo (DNER-ME 084-95). Os resultados dos ensaios de caracterização são apresentados na Tabela 1. Para obtenção de uma análise mais detalhada da viabilidade do emprego do RCD em misturas asfálticas, investigaram-se também os possíveis danos causados ao ambiente pela utilização desse rejeito. Estas características foram examinadas por meio dos ensaios de lixiviação (ABNT NBR 10004/04) e solubilização (ABNT NBR 10005/04). Os resultados mostraram que o RCD utilizado nesta pesquisa é classificado como não perigoso e inerte. Tabela 1. Caracterização dos Agregados. RCD Densidade Real Agregado Graúdo 2,21 Densidade Aparente Agregado Graúdo 2,34 Absorção Agregado Graúdo (%) 3,50 Densidade Real Agregado Miúdo 2,58 Densidade Aparente Agregado Miúdo 2,53 Absorção Agregado Miúdo (%) 12,50 Abrasão Los Angeles (%) 32,79 Índice de Forma 0,85 Brita 3/8” Densidade Real 2,66 Densidade Aparente 2,58 Absorção (%) 1,20 Brita 3/4" Densidade Real 2,66 Densidade Aparente 2,62 Absorção (%) 0,62 Abrasão Los Angeles (%) 42,18 Índice de Forma 0,68 Pó de Pedra Densidade Real 2,64 Massa Específica Real do Filer (g/cm3) 2,68 O valor de Abrasão Los Angeles do RCD apresentou-se menor que o do agregado natural, o que pode indicar uma maior resistência ao desgaste por abrasão deste materialno emprego em misturas asfálticas. O índice de forma apresentou valor maior para o RCD, o que evidencia uma melhor cubicidade deste material. Esta característica pode influenciar positivamente no intertravamento destes agregados reciclados no interior da mistura asfálticas do tipo CA. ligante O Cimento Asfáltico de Petróleo (CAP) utilizado foi caracterizado por penetração como CAP 50/70 de acordo com especificações brasileiras regulamentadas pela Agência Nacional de Petróleo (ANP, 2005), sendo proveniente do campo Fazenda Alegre no Espírito Santo. O ligante foi fornecido pela Lubrificantes e Derivados de Petróleo do Nordeste – LUBNOR, refinaria da Petrobras situada na cidade de Fortaleza-CE. dosagem das misturas e obtenção das curvas granulométricas Para a adição do RCD na mistura do tipo CA, definiu-se, primeiramente, uma curva granulométrica que se enquadrasse na faixa C do DNIT 031/2004-ES (Figura 2). Após a definição da granulometria, experimentos de tentativa e erro foram realizados para achar o teor de projeto de ligante (teor de projeto) da mistura do tipo CA sem o emprego dos rejeitos. Para cada teor de ligante estimado, determinaram-se a massa específica máxima medida (Gmm) e o Volume de vazios (Vv) da mistura. Assim, foi encontrado um teor de 6,0% para a mistura do tipo CA com o CAP 50/70 sem adição de rejeitos (mistura 1). Para confecção dos corpos de prova, o ligante foi aquecido à temperatura de 165ºC e os agregados a 175ºC. As misturas foram envelhecidas por duas horas em estufa a 160ºC. Figura 2. Curva Granulométrica Utilizada. Para a mistura 2 (50% de RCD e 50% de agregado natural)), a granulometria da mistura sem rejeito foi usada para formar a mistura com RCD, de forma que houvesse a substituição dos grãos de agregado retidos em cada peneira por grãos de RCD de tamanho equivalente, mantendo constante a granulometria na nova mistura. A Tabela 2 mostra o resumo dos parâmetros de dosagem para as duas misturas. Os resultados obtidos para a caracterização do RCD apresentaram valores semelhantes, com exceção da absorção. Isto pode ter influenciado o maior consumo de ligante pela mistura com utilização de 50% de RCD como agregado. Tabela 2. Parâmetros das Dosagens. Mistura Composição Gmm Teor de Projeto (%) 1 100% Agregado Natural 2,414 6,0 2 50% RCD e 50% Agregado Natural 2,322 6,9 A mistura 2, composta de RCD e agregado natural consumiu 6,9% de ligante asfaltico, por sua vez a mistura 1, composta somente por agregados naturais, consumiu 6%. Possivelmente, este aumento foi influenciado pela maior absorção do RCD em relação aos agregados naturais. Ron et. al (2008) encontraram um teor de projeto de 7,6% para a dosagem de um CA utilizando o RCD como agregado e o carbonato de cálcio como filer, utilizando a metodologia de dosagem Marshall. Dias e Greco (2009) analisaram misturas asfálticas do tipo CA dosadas pela metodologia Marshall e encontraram teores de projetos ainda mais altos: 10% para uma mistura que utilizou o CAP 50/70 como ligante e 9% com um ligante modificado pela adição de borracha moída de pneus. RESULTADOS E DISCUSSÃO Para caracterização mecânica das misturas asfálticas foram realizados os ensaios de Módulo de Resiliência (MR), Resistência à Tração (RT) e Vida de fadiga (Figura 3). (a) Resistência a Tração (RT) (b) Módulo de Resiliência (MR) (c) Vida de Fadiga Figura 3. Ensaios Mecânicos. Para analise da relação tensão-deformação das misturas tipo CA foi utilizado o parâmetro Módulo de Resiliência (MR) (DNER-ME 133/94). O MR foi determinado em corpos-de-prova (CPs) moldados em laboratório com diâmetro de 10,15 ± 0,02cm e altura de 6,65 ± 0,02cm. Três CPs foram colocados em uma câmera com temperatura controlada de 25ºC durante duas horas, em seguida foram posicionados na posição diametral e submetidos à aplicação de golpes com 0,1s de aplicação de carga e 0,9s de repouso. O ensaio de Resistência à Tração por compressão diametral (RT) (DNER-ME 138/94) é um ensaio de ruptura, onde o CP é posicionado e a carga é aplicada diametralmente. Os ensaios foram realizados em três CPs a 25ºC. A Tabela 3 apresenta a média dos valores encontrados para as duas misturas e para os dois ensaios (MR e RT). Os valores de MR e RT da mistura 2 apresentaram valores maiores do que o da mistura composta somente por agregados naturais (mistura 1), o que pode ter sido influenciado pelo concreto presente no RCD. A Tabela 03 apresenta também os valores da relação MR/RT. Por possuir um valor menor, a mistura 1 tem uma tendência a apresentar uma melhor vida de fadiga, devido a uma possível maior flexibilidade da mistura. Tabela 3. Valores dos ensaios de MR e RT. Ensaio Mistura 1 Mistura 2 MR (MPa) 2.224 2.935 RT (MPa) 0,83 0,99 MR/RT 2.680 2.965 A fadiga é um processo de mudança estrutural permanente, progressiva e localizada que ocorre em um ponto do material sujeito a tensões de amplitudes variáveis, que produzem as fissuras que conduzem para totalizar a falha após um determinado número de ciclos (Bernucci et al., 2007). Embora ainda não normatizado, o ensaio de fadiga é largamente utilizado no Brasil e, geralmente, é realizado à compressão diametral sob tensão e temperatura controladas. Utiliza-se uma freqüência de 60 aplicações por minuto com 0,10 segundo de duração do carregamento repetido (Bernucci et al, 2007). Para o ensaio de fadiga realizado neste trabalho, foram adotados três valores de tensões: 30, 40 e 50% do RT. Para cada valor de tensão utilizado foram confeccionados três CPs, que foram submetidos a sucessivos carregamentos até chegarem à ruptura. O ensaio foi realizado a 25ºC. A Figura 5 apresenta as curvas de fadiga das misturas 1 e 2. Observa-se que a vida de fadiga (N) das duas misturas, para uma mesma diferença de tensões - ∆σ, são bem próximas. Porém, a mistura 1 (sem utilização de RCD) apresentou valores um pouco inferiores do que aqueles encontrados para a mistura 2 (com a utilização de 50% de RCD). Figura 4. Vida de Fadiga. CONCLUSÕES Com valores próximos e em algumas características chegando até mesmo a se mostrar melhor que os agregados naturais o RCD se mostra viável para a aplicação em misturas asfálticas. A Abrasão Los Angeles e o Índice de Forma são exemplos dessas características que apresentaram valores mais satisfatórios para o RCD. Os ensaios ambientais indicam que o RCD é um material não perigoso e inerte como os agregados naturais, logo, este não deve acarretar danos a saúde publica se aplicados em misturas asfálticas. Nessa pesquisa, foi possível verificar que misturas asfálticas do tipo CA utilizando RCD podem se constituir em um material com potencial de uso. A mistura investigada neste estudo com utilização de 50% de RCD apresentou um consumo de ligante 0,9% maior, se comparada a mistura convencional (sem utilização de rejeito). Este maior consumo de ligante das misturas que utilizam o RCD como agregado pode acarretar um aumento do preço final da execução deste tipo de revestimento. Todavia, se a obra for executada for dentro do perímetro urbano da cidade de Fortaleza-CE os custos com o transporte do RCD deve ser menor, pois a usina produtora deste agregado reciclado está localizada dentro dessa cidade, diferentemente das pedreiras. A pedreira de Itaitinga, por exemplo, está localizada a aproximadamente 30km de Fortaleza. Vale ainda salientar os benefícios ao ambiente e, conseqüentemente à saúde pública, além da redução dos gastos do poder público com o gerenciamento do RCD. Segundo Silva (2007), Fortaleza tem capacidade de processar até 60 t/h de resíduo, quantidade suficiente para a construção de aproximadamente 3,0 km de pavimento, com largura de plataforma de 6,0m e espessura de camada de 20,0 cm. Um estudo mais aprofundado do RCD, com outras proporções deste rejeito na composição da curva granulométrica, se faz necessário para melhorar a compreensão do efeito que este proporciona nas misturas asfálticas do tipo CA. Algumas possibilidades de investigação são: (i) a utilização de um filler artificial, como o carbonato de cálcio, (ii) a adoção de um ligante mais consistente, CAP 30/45 ou asfalto modificado pela adição de borracha em sua composição. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS ABNT NBR 10004/04 – Resíduos Sólidos – Classificação, 2004 ABNT NBR 10005/04 – Resíduos Sólidos – Procedimento para Obtenção de Extrato Lixiviado, 2004. ANP (2005). Resolução ANP Nº 19, de 11.7.2005 DOU 12.7.2005. Regulamento técnico Nº 3/2005. Agência Nacional do Petróleo. 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