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UTILIZAÇÃO DE MATERIAL FRESADO COMO AREIA ARTIFICIAL E PÓ DE PEDRA EM DOSAGENS DE CBUQ Isabel da Silva Meneses Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia do Mato Grosso IFMT Departamento da Área da Construção Civil Enio Fernandes Amorim Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia do Rio Grande do Norte IFRN RESUMO A fresagem é uma técnica de reabilitação em que pavimentos desgastados ou envelhecidos têm suas camadas substituídas ao invés de sobrepostas. Com a retirada dessas camadas do pavimento, observou-se que mesmo se tratando de um pavimento deteriorado, o material fresado é considerado nobre, pois o mesmo possui agregados de alta resistência e material betuminoso. Surgiu então a necessidade de reaproveitar esse material que muito provavelmente seria descartado de maneira incorreta. Consubstanciado neste fato, formas alternativas vem sendo pesquisadas para o reaproveitamento dessas camadas de revestimentos extraídas. A Resolução n.º 307 do Conselho Nacional do Meio Ambiente (CONAMA) destaca que a redução, reutilização, reciclagem e a destinação final de resíduos como um todo, deve ser encarada como uma solução prioritária, uma vez que a teoria do desenvolvimento sustentável preza pelo bem estar das futuras gerações. O objetivo desse trabalho é avaliar a viabilidade técnica do uso de material fresado em substituição a areia de rio e do pó de pedra convencionais por uma areia e pó de pedra artificiais produzidos a partir dos resíduos da fresagem de pavimentos asfálticos em novas dosagens de CBUQ. A metodologia adotada baseou-se em ensaios de caracterização e comportamento mecânico, conforme recomendações do Departamento Nacional de Infraestrutura de Transporte (DNIT) utilizando o método de dosagem Marshall. Com relação aos resultados obtidos, pode-se observar que o material em análise apresenta um potencial de utilização em obras viárias, pois o mesmo alcançou os valores de estabilidade exigidos em normas, porém a mistura apresentou um volume de vazios muito baixos, o que pode ser devido ao excesso de ligante, tornando necessário um novo estudo de dosagem já que o objetivo principal era obter uma dosagem que alcançasse uma economia de ligante sem perder a estabilidade da mistura. PALAVRAS-CHAVE: Fresagem; Areia Artificial; CBUQ. ABSTRACT Milling is a technique for rehabilitation of pavement which have their worn or aged substituted layers rather than overlap. With the removal of these layers of the pavement, it was observed that even when dealing with a deteriorated pavement, the milled material is considered noble, because it has high strength aggregates and bituminous material. There is then the need to reuse that material which most likely would be discarded improperly. Embodied this fact has been researched alternative ways to reuse these extracted layers of coatings. Resolution no. 307 of the National Council of Environment (CONAMA) points out that the reduction, reuse, recycling and disposal of waste as a whole should be seen as a priority solution, since the theory of sustainable development values the well-being of future generations. The aim of this study was to assess the technical feasibility of using milled material to replace river sand and stone dust by a conventional sand and stone powder artificial produced from waste milling asphalt pavements in new dosages CBUQ . The methodology was based on laboratory characterization and mechanical behavior, as recommended by the National Department of Transport Infrastructure (DNIT) using the method of dosing Marshall. Concerning the results obtained, it can be seen that the material in question presents a potential use in road works, because it has reached the required values of stability standards, but the mixture presented a very low void volume, which can be due to excess ligand, requiring a new study dosage since the main objective was to obtain a dose that reached an economy binder without losing the stability of the mixture. Keywords: milling; artificial sand; cbuq. 1. INTRODUÇÃO A Fresagem é uma técnica de reabilitação em que se realiza o corte ou desbaste de uma ou mais camadas do pavimento asfáltico, por processo mecânico a frio. (DNIT 159/2011 ES). Essa técnica reciclagem de pavimentos surgiu na década de 70 nos Estados Unidos, num período em que o petróleo registrava valores muito elevados, fazendo com que se refletissem seus custos na pavimentação asfáltica. A reciclagem de material fresado se da basicamente de duas formas, a quente e a frio. Utilizando o método a quente, os agregados fresados são aquecidos e posteriormente misturados com cimento asfáltico de petróleo CAP e agente rejuvenescedor (AR). No método a frio, é utilizada emulsão asfáltica de petróleo EAP, agente rejuvenescedor emulsionado (ARE) e agregados fresados na temperatura ambiente. Outro método para a reciclagem do material fresado seria a extração do betume do agregado, no entanto o método químico de reciclagem acaba por ser nocivo ao homem e ao meio ambiente além de gerar novos resíduos (os solventes). De acordo Tereza Neuma de Castro Dantas et al., o procedimento mais utilizado para a extração de asfalto de misturas betuminosas é o preconizado pela norma americana ASTM D2172 (extração de asfalto de misturas betuminosas). Ele determina cinco formas para a extração do betume, no entanto a extração por centrifugação, com um elevado consumo de solventes, e a extração por refluxo são os métodos mais utilizados. Há ainda o método de extração de asfalto a vácuo, porém este não foi amplamente difundido. De acordo com Burr et al, 1990 (apud Dantas et al, 2007 ) o método de extração por refluxo pode causar um maior envelhecimento do asfalto. Para Célia Melo Cunha em sua tese de mestrado em Engenharia Civil, o estudo da formulação da mistura e da taxa de material fresado a ser utilizado na nova dosagem é uma etapa importante na reciclagem, pois ela diz respeito à porcentagem de material fresado que será incorporado na nova mistura betuminosa, ou seja, a proporção de material reciclado. A quantidade de material fresado a se incorporado na nova mistura também vai depender do tipo da central ou processo escolhido para fazer a reciclagem. Nas centrais contínuas ou centrais de tambor secador misturador, a mistura do material fresado com os agregados novos é feita no mesmo tambor utilizado para o aquecimento e secagem desses mesmos agregados, a quantidade de fresado incorporado é de 10% a 50%. Nas centrais descontinua, a mistura do material fresado com os agregados novos é feita em uma unidade específica denominada de misturador; se o método for a frio, a porcentagem de material fresado é de 10 a 30%. Se o método de reciclagem for a quente, a quantidade chega a 70%. E se o método de reciclagem for o Recyclean, onde material fresado é aquecido através do contato com os agregados já quentes, a quantidade de material fresado incorporada é de 40%. Com tudo isso, a reciclagem do material fresado enfrenta algumas dificuldades, como a temperatura de mistura, a averiguação do comportamento do pavimento a ser reabilitado através de uma analise granulométrica do material com ou sem ligante, a caracterização do ligante antigo, a incorporação de novos agregados para a correção da granulometria, a incorporação de agentes rejuvenescedores e a porcentagem de material fresado que será incorporado à nova mistura. Como a técnica de reabilitação de pavimentos por fresagem vem se difundindo amplamente, outro problema encontrado é a destinação correta desses resíduos, pois mesmo havendo um plano de reciclagem desse material fresado, a quantidade máxima de fresado que se pode incorporar a novas misturas é de 70%, ou seja, restam 30% de material que será descartado muitas vezes de maneira incorreta em aterros ou áreas de bota fora. Partindodesses impasses, o principal objetivo desse trabalho é a reciclagem de 100% do material fresado em novas dosagens de Concreto Betuminoso Usinado a Quente (CBUQ) utilizando o método de dosagem Marshall. Nessa nova dosagem o material fresado será incorporado com granulometria diferente da obtida no processo de fresagem, porém sem a retirada do betume por nenhum processo químico. Assim a nova dosagem busca também uma economia na quantidade de cimento asfáltico de petróleo a ser incorporado na nova dosagem. 2. RECICLAGEM DE PAVIMENTOS UTILIZANDO ASFALTOS MODIFICADOS A reciclagem com espuma de asfalto é hoje uma realidade no Brasil (Valmir Bonfim, Junho de 2012), e esse produto da reciclagem do material fresado com espuma asfalto recebe o nome de RAP - Reclaimed Asphalt Pavement RAP espumado. Segundo Alexandro Cunha et al., o uso de reciclagem de asfaltos utilizando o método a frio “in situ”com o uso de emulsões inicio no Brasil, em 1993, na rodovia BR 393/RJ e foi realizada pelo antigo DNER. Trata-se de uma técnica interessante quando se busca uma economia de energia, pois não há gastos para se aquecer os agregados. Porém para se fazer esse tipo de reciclagem, é necessário analisar o tipo do pavimento a ser reciclado. Geralmente é utilizado em pavimentos com trincamentos e deformações. Para o Eng.º Civil Paulo Fonseca, na reciclagem com emulsão betuminosa onde as espessuras são superiores a 12 cm é sempre conveniente juntar alguma percentagem de cimento ou cal, para acelerar o processo de cura da camada (1 a 2%). A percentagem de emulsão a utilizar, irá depender da percentagem de betume e da percentagem de finos existentes no material reciclado. A técnica de reciclagem à frio com asfalto modificados incide no reaproveitamento de estruturas de pavimento danificadas através da adição de agregados pétreos, cimento Portland e de espuma de asfalto obtendo-se, assim, bases recicladas de boa qualidade (DNER - ES 405/2000). Porem há algumas barreiras no uso de espumas asfaltos para a reciclagem, como por exemplo, a incompatibilidade de trafego, áreas sujeitas a alagamentos, pavimentos com problemas no subleito, revestimento asfáltico com revestimento inferior a 4 cm ou a degradação precoce do revestimento. 3. AGREGADO RECICLADO Agregado Reciclado – é o material granular proveniente do beneficiamento de resíduos de construção que apresentem características técnicas para a aplicação em obras de edificação, de infra-estruturar, em aterros sanitários ou outras obras de engenharia, como por exemplo, temos os resíduos de construção e demolição RCD. (RESOLUÇÃO CONAMA Nº 307, DE 5 DE JULHO DE 2002). Conforme Balbo, J. T.(2007) nos últimos anos tem-se analisado fortemente o emprego de agregados reciclados de entulho de demolição e construção bem como o produto originado da fresagem de pavimentos existentes. 4. DOSAGEM MARSHAL Segundo BERNUCCI et. al., 2008 o método de dosagem mais utilizado no Brasil é o método Marshall onde a mistura asfáltica é compactada através de golpes. Neste método os parâmetros mecânicos analisados são a Estabilidade e Fluência. A norma DNER–ME 043/95 Misturas betuminosas a quente Ensaio Marshall define Estabilidade como sendo a resistência máxima à compressão radial apresentada pelo corpo- de-prova quando moldado e ensaiado de acordo com o processo estabelecido neste método, sendo expressa em N (Newtons) ou (Kgf.). Já a Fluência Marshall é a deformação total apresentada pelo corpo-de-prova, desde a aplicação de carga inicial nula até a aplicação da carga máxima, expressa em milímetros (equivalentes em centésimos de polegada). Dessa forma, o ensaio de Fluência tem como finalidade saber o quanto essa mistura asfáltica é passível de se “mover”. Se uma massa asfáltica se “movimentar” muito, ocasionará o esmagamento da mistura, como conseqüência pode ocorrer ondulações na pista. Porem se uma massa asfáltica após aplica não se “mover”, ou mover-se pouco, ela pode vir a sofrer com a ação de carregamentos que sejam elevados. De acordo com a norma DNER-ES 318/97 Pavimentação – Concreto Betuminoso Reciclado a Quente na Usina, para a verificação de vazios, estabilidade e fluência, da mistura reciclada deve se utilizar o Método Marshall DNER ME 043, de acordo com a tabela 1. Tabela 1: Comparação entre NORMA DNIT 031/2006 - ES Pavimentos flexíveis – Concreto asfáltico. NORMA 318/2006 DNIT ES Concreto Betuminoso Reciclado a Quente na Usina. Camada de rolamento NORMA 031/2006 DNIT ES DNER-ES 318/97 Porcentagemde vazios VV 3 a 5 3 a 5 Relação betune/vazios RBV 75 a 82 75 a 82 Estabilidade mínima Kgf 500 (75 golpes) 350 (75 golpes) 250 (50 golpes) Fluencia (mm) - 2,0 a 4,5 5. PROCEDIMENTOS O material fresado utilizado nessa pesquisa é originário do pavimento da Rua Juliano da Costa Marques, na região do bairro Bela Vista, Cuiabá - MT. Figura 1: Rua Juliano da Costa Marques. A máquina fresadora utilizada é do tipo W 100 F da Wirtgen. Após a remoção do pavimento o mesmo ficou disposto em um terreno próximo a Rua Juliano da Costa Marques. Para a realização desse estudo, foram coletadas quantidades suficientes de material fresado, tomando-se o cuidado para que o material coletado fosse livre de impurezas como madeira, plástico, solo ou qualquer outro tipo de material que pudesse vir a prejudicar a pesquisa. Feita a coleta, o material fresado foi levado para o laboratório de asfalto do Instituto Federal de Mato Grosso - IFMT, para que fossem realizados os devidos ensaios. Foi realizado o ensaio de extração de betume de acordo com a norma DNER ME 053/94, encontrando um valor de 5,5% que é uma media de três ensaios. Para a transformação do material fresado em pó de pedra e areia artificial, foi utilizado o triturador de mandíbulas em sua menor abertura, onde o material fresado passou por três vezes, em seguida determinou-se a sua granulometria de acordo com a norma DNER- ME- 83/1998 - Análise granulométrica de agregados, obtendo-se assim as curvas granulométricas das figuras 2 e 3. Segundo Motta e Leite, o material passante na peneira de nº 200 vem sendo designado como pó. 0,00% 10,00% 20,00% 30,00% 40,00% 50,00% 60,00% 70,00% 80,00% 90,00% 100,00% 9.56.34.82.01.20,420,180,075 % R e ti d a A c u m u la d a Abertura das Peneiras (mm) curva granulometrica da areia artificial de pavimento fresado. Amostra Limites De acordo com a classificação granulométrica, foi produzido o pó de pedra e a areia artificial, seguindo as seguintes porcentagens mostradas na tabela 2. Tabela 2: Porcentagens de fresado utilizado para produção do pó de pedra E da areia artificial. Abertura da peneira Porcentagem de fresado areia artificial Porcentagem de fresado pó de pedra. 4,8 4% - 2,4 12% 4,3% 1,2 22% 38% 0,6 20% 25,5% 0,3 25% 10,1% 0,15 10% 5,8% Fundo 7% 16,4% Após a confecção da areia e pó de pedra, foram feitos os estudos para produção dos corpos de provas. O método de dosagem utilizado é o de dosagem Marshall, por ser de cunho nacional e muito conhecido pelo meio técnico, e por muitas vezes servir de embasamento para as especificações regionais. Com o estudo de agregados enquadrados na faixa C do DNIT, foram feitas dosagens com as seguintes porcentagens de ligante: 3,5%, 4,0%, 4,5% e 5,0%. A escolha da faixa “C” do DNIT para a composição granulométrica se deve ao fato de esta ser usada pelas companhias de pavimentação no estado de Mato Grosso. Para se determinar a granulometria especificada, São feitos cálculos onde são obtidos gráficos analíticos. Esses métodos permitem obter uma curva granulométrica resultante, dentro dafaixa especificada, com tolerâncias estabelecidas em relação à mistura dosada, partindo de materiais que, individualmente, não satisfazem à especificação estabelecida. 0,00% 10,00% 20,00% 30,00% 40,00% 50,00% 60,00% 70,00% 80,00% 90,00% 100,00% 9.56.34.82,41,20,60,30,15 % R e ti d a A c u m u la d a Abertura das Peneiras (mm) curva granulométrica do pó de pedra de pavimento fresado Amostra Limites Figura 4: Composição granulométrica DNIT 031/2006: traço de concreto asfáltico usinado a quente. A temperatura de mistura do ligante corresponde à viscosidade 85±10 SSF (107ºC a 177ºC); e a temperatura do agregado de10º a 15ºC acima da temperatura do ligante. Foram moldados três corpos de prova de cada porcentagem de ligante. No preparo dos corpos-de- prova para o ensaio Marshall, os agregados e o ligante foram aquecidos separadamente, até a temperatura especificada e então, misturados. A mistura betuminosa foi colocada no molde, numa única camada, e compactada com 75 golpes com o soquete padrão em cada face do corpo de prova. Após 24 horas do tempo de moldagem, os corpos-de-prova foram desmoldados, e tiveram suas massas seca e submersa determinadas. Com estes valores determina-se a massa específica aparente dos corpos de prova (Gmb), que por comparação com a massa específica máxima teórica (Gmm = DMT), vai permitir obter as relações volumétricas típicas da dosagem. Determinados esses parâmetros, os corpos de prova foram submetidos a banho em água na temperatura de 60 ºC, por 30 minutos para a realização do ensaio de Estabilidade e Fluência Marshall. Determinados todos os parâmetros volumétricos, Volume de Vazios (VV), Gmb (massa especifica aparente), Densidade Máxima Teórica (DMT), Relação Betume Vazios (RBV), Vazios Com Betume (VCB), Vazios de Agregado Mineral (VAM) e parâmetros mecânico (Estabilidade e Fluência), é possível determinar o teor de projeto de ligante asfáltico. No Brasil, a escolha do teor de projeto corresponde a um Volume de Vazios de 4%. É importante ressaltar que a distinção de procedimentos para a definição do teor de projeto depende do órgão, empresa ou instituto. É comum também a escolha se dar a partir da estabilidade Marshall, da massa específica aparente e do Vv. Nesse caso, o teor de projeto é uma média de três teores, correspondentes aos teores associados à máxima estabilidade, à massa específica aparente máxima da amostra compactada e a um Volume de vazios de 4% (ou média das especificações). 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 0,00 0,01 0,10 1,00 10,00Peneiras abertura em mm Faixa "C" Mistura Faixa de Traballo Granulometria Ideal 6. RESULTADOS A tabela 3 apresenta os resultados dos ensaios obtidos dos corpos de provas moldados com areia artificial e pó de pedra de origem de pavimento fresado. Observando os dados da tabela vemos que o resultado obtido para o volume de vazios da mistura betuminosa possui valores muito baixos, não apresentando conformidade com a norma 318/2006 DNIT ES Concreto Betuminoso Reciclado a Quente na Usina que estabelece um volume de vazios entre 3 e 5 % . Com relação ao RBV, os valores encontrados estão de acordo com os valores especificados na norma que é de 75 a 82%, com exceção das dosagens cujas porcentagens de ligante são de 4,0% e 5,0%. Com relação aos ensaios de Estabilidade realizados nos corpos de prova utilizando material fresado reciclado, todas as dosagens apresentaram valores em conformidade com as normas, já o ensaio de Fluência apresentou valor muito baixo do especificado. Tabela 3: Parâmetros volumétricos da dosagem Marshall utilizando material fresado. Volume do cp 491,13 484,33 490,63 486,75 Densidade máxima teórica 3,19 3,05 3 2,96 Volume de vazios 2,586 2,151 2,063 1,78 VCB (%) 8,15 9,41 10,55 11,96 VAM (%) 10,73 11,56 12,61 13,74 RBV (%) 75,91 81,39 83,63 87,04 GMB (%) 2,36 2,39 2,38 2,43 Tabela 4: Rompimento dos corpos de prova. Porcentagem de CAP 3,5% 4,0% 4,5% 5,0% Estabilidade corrigida N 5.393,50 6.550,70 6.537,20 6.112,80 Fluência (mm) 0,10 0,08 0,05 0,09 Fator de correção do anel 1,949 1,949 1,949 1,949 Com todos os valores dos parâmetros volumétricos e mecânicos determinados, são plotadas 6 curvas em função do teor de asfalto, que são usadas para a definição do teor de asfalto de projeto. Para a determinação do teor de projeto de asfalto, são considerados os seguintes parâmetros: porcentagem de asfalto que corresponda à maior estabilidade, maior Gmb, volume de vazios correspondente a 4% e a média do valor para as dosagens cujo RBV esteja entre 75 e 82%. Dessa forma o teor de projeto de asfalto encontrado é de 4,0%. Ou seja, 1,5% a menos do que normalmente utilizado nas dosagens de Concreto Betuminoso Usinado a Quente (CBUQ) em Mato Grosso. Os gráficos a seguir expressam os resultados da dosagem utilizando areia e pó de pedra de pavimento asfáltico fresado. (a) Estabilidade Marshall (b) Volume de Vazios; 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 (3,5% 4,0% 4,5% 5,0%) Es ta b ili d ad e N Teor de asfalto 0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 (3,5% 4,0% 4,5% 5,0%) V o lu m e d e V az io s Teor de Asfalto (c) Vazios do Agregado Mineral (d) Relação Betumes Vazios (e) Densidade Máxima Teórica 0 2 4 6 8 10 12 14 16 (3,5% 4,0% 4,5% 5,0%) V a zi o s d o A gr e ga d o M in er al % Teor de Asfalto 70 72 74 76 78 80 82 84 86 88 (3,5% 4,0% 4,5% 5,0%) R el aç ão B et u m e V az io s Teor de Asfalto 2,8 2,85 2,9 2,95 3 3,05 3,1 3,15 3,2 3,25 (3,5% 4,0% 4,5% 5,0%) D en si d ad e M áx im a Te ó ri ca Teor de Asfalto (f) Massa Específica Aparente. 7. CONCLUSÕES Os resultados mostram que a pesquisa foi satisfatória, pois mesmo se tratando de material reciclado, o mesmo apresentou valores aceitáveis de estabilidade de acordo com as duas normas, DNIT ES 031/2006 Pavimentos flexível- Concreto Asfáltico, que estabelece um valor de 500 kgf. e a DNER-ES 318/97 Pavimentação – Concreto Betuminoso Reciclado Quente em Usina, cujo valor mínimo de estabilidade é de 350 kgf., ambas para75 golpes. Mostrou também que ao trabalhar com esse material é possível obter uma dosagem econômica de ligante já que o teor ótimo de CAP encontrado foi de 4,0%, valor este menor que normalmente se utiliza no Estado de Mato Grosso. No entanto alguns resultados foram insatisfatórios como o Volume de Vazios e a Fluência, que apresentaram valores muito baixos dos especificados em normas. Dessa forma pode-se concluir que com um novo estudo de dosagem, podem-se diminuir ainda mais a quantidade de ligante utilizado, já que um baixo Volume de Vazios pode significar um excesso de ligante. No entanto, apesar de alguns percalços, essa técnica de reciclagem é bem promissora, pois alem dar uma destinação correta ao material fresado, utilizando-o 100% em novas dosagens de CBUQ, ela proporciona uma economia considerável de ligante asfáltico, matéria prima esta de grande custo nas obras de pavimentação. Assim com base nos resultados obtidos, seria de grande valia que mais pesquisas sobre esse assunto sejam feitas afim de uma melhor compreensão do comportamento das misturas recicladas com material fresado. Também seria importante um estudo de viabilidade econômica, já que o material fresado precisaria ser transportado a uma usina e processado até se tornar uma areia artificial e pó de pedra, havendo dessa forma custos. 2,32 2,34 2,36 2,38 2,4 2,42 2,44 (3,5% 4,0% 4,5% 5,0%) M as sa E sp e cí fi ca A p ar e n te G M B Teor de Asfalto REFERÊNCIASBIBLIOGRÁFICAS ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR: 10520 Informação e documentação – Citações em documentos – Apresentação. Rio de janeiro 2002. Cunha, C.M. Reciclagem de Pavimentos Rodoviários Flexíveis Diferentes Tipos de Reciclagem. Julho de 2010. Dissertação para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Civil na Área de especialização de Vias de Comunicação e Transportes. Instituto Superior de Engenharia de Lisboa. Bonfim, Valmir; Pavimentação Sustentável: reaproveitamento do resíduo da construção civil e de material fresado com espuma de asfalto18º RPU; Junho de 2012. DEPARTAMENTO NACIONAL DE ESTRADAS DE RODAGEM. 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