Allan Nunes Ferreira
¹ Aluno de Pós-Graduação no Programa de Engenharia de Segurança – Universidade FaSerra de Manaus – Amazonas. https://orcid.org/0000-0002-7194-9593
RESUMO
Este artigo tem como objetivo revisar a literatura a respeito do impacto ambiental proveniente das manutenções rodoviárias. Para isto, utilizou-se base de dados de pesquisas indexadas e analise total dos artigos selecionados. Para elaboração da presente revisão foram definidas as palavras-chave relevantes a pesquisa proposta. Foram consultadas as bases de dados Scopus, Web of Science e Science Directi. Foram priorizados artigos científicos e de revisão com acesso gratuito bem como aqueles com data de publicação mais recentes totalizando 71 artigos completos, alinhados ao tema proposto. A pesquisa mostrou que uma avaliação do ciclo de vida dos materiais utilizados na mistura asfáltica aliado a uma correta avaliação de emissão de poluentes pode resultar em melhorias ambientais significativas no setor de pavimentação.
Palavras-chave: Gases de Efeito Estufa, mistura asfáltica a Quente
ABSTRACT
This article aims to review the literature on the environmental impact of road maintenance. For this, we used a database of indexed searches and a total analysis of the selected articles. For the preparation of the present review, the keywords relevant to the proposed research were defined. The Scopus, Web of Science and Science Direct databases were consulted. Priority was given to scientific and review articles with free access as well as those with the most recent publication date totaling 71 complete articles, aligned with the proposed theme. The research showed that a life cycle assessment of the materials used in the asphalt mix together with a correct assessment of the emission of pollutants could result in significant environmental improvements in the pavement sector.
Keywords: Greenhouse Gases, Hot-Mix Asphalt
INTRODUÇÃO
O setor de transportes é uma das mais importantes forças motrizes do crescimento da economia mundial e como parte crucial deste sistema, a rede rodoviária fornece mobilidade para a sociedade e é vital para a economia ao mesmo tempo que contribui significativamente para a pegada ambiental durante a sua construção, operação e manutenção (LOUHGHALAM et al., 2017).
O asfalto tradicional de mistura quente é usado na construção e manutenção de pavimentos e emite grandes quantidades de CO2, CH4 e N2O. Ampliar nosso conhecimento e aprimorar nossa modelagem são passos críticos que a pesquisa requer para dar suporte à criação de pavimentos que causem menores impactos (SANTERO et al., 2009).
A relação entre os pavimentos e o meio ambiente é amplamente não quantificada. Existem pesquisas que começam a compreender a relação, mas não conseguem caracterizar o impacto de forma abrangente(AURANGZEB et al., 2014). Utilizando a Avaliação do Ciclo de Vida (ACV) como o quadro de avaliação, o impacto dos pavimentos pode ser quantificado, a fim de descobrir formas de minimizar o impacto ambiental deste sistema de infraestrutura civil. Existem pesquisas que começam a compreender a relação, mas não conseguem caracterizar o impacto de forma abrangente, pois o termo ciclo de vida refere-se às atividades principais em toda a cadeia produtiva do pavimento, desde a aquisição de materiais, construção, uso e manutenção até sua disposição final.
A gestão do ciclo de vida do pavimento é fundamental para o controle de carbono, pois entre todas as fontes de emissão originadas pela ação do homem, o carbono oriundo do transporte corresponde a cerca de 15% do total emitido (ZHAO et al., 2016). O aumento das emissões de carbono do transporte entre 1995 e 2005 foi de 16%, o que é três vezes superior ao das indústrias. Com esta tendência, o transporte será a segunda maior fonte emissora até 2025. Embora o desenvolvimento e a adoção de uma metodologia padronizada para a ACV do pavimento rodoviário ajudem na transparência da tomada de decisões, o impacto do método escolhido sobre os resultados ainda não foi totalmente explorado (HUANG et al., 2013).
O Brasil possui cerca de 50 mil quilômetros de estradas federais asfaltadas onde a sua totalidade está contemplada com programas de manutenção ou restauração. Estes programas consideram algumas premissas na sua quantificação como elaboração do inventário do trecho em análise, definição clara das tarefas a serem realizadas e suas unidades de medição, estimativa das quantidades de trabalho a serem executadas anualmente, otimização do emprego de mão-de-obra e equipes padrão para cada quantidade de trabalho e aferição do tráfego. O uso de mistura asfáltica a quente na manutenção rodoviária está presente em aproximadamente 98% da malha total das rodovias federais do país (DNIT, 2018).
Este artigo tem como objetivo revisar a literatura a respeito do impacto ambiental proveniente das manutenções rodoviárias. Com base nas mais recentes evidências científicas, esta revisão também pretende embasar os gestores das rodovias federais acerca dos impactos ambientais da manutenção rodoviária utilizando mistura betuminosa a quente. Os dados aqui apresentados contribuirão com a tomada de decisões mais consciente ambientalmente no que tange o uso do asfalto misturado a quente.
RESULTADOS E DISCUSSÃO
Sucessivos filtros de adequação dos artigos coletados, chegou-se a um portfólio bibliográfico com 124 artigos consoantes com o tema de estudo. Considerando a disponibilidade de recursos e de tempo, foram priorizados os artigos cujos conteúdos são gratuitos, bem como aqueles com data de publicação dos últimos dez anos, mantendo a atualidade do conteúdo. Os trabalhos foram lidos na íntegra e foi gerado um mapa conceitual do referencial (Figura 1). A tabela 1 é o resultado da tabulação dos artigos.
Figura 1 – Mapa Mental da produção ambiental
Fonte – Autor
Tabela 1 – Contribuições e Conclusões do Portfólio Bibliográfico
| Autor | Contribuições | Conclusões | Soma Total | |
| (Peng et al., 2015) | Quantifica a emissão de poluentes por etapas na manufatura da mistura asfáltica por meio de hierarquia analítica, definindo as etapas mais poluidoras e propõe métodos para minimizar esses impactos. | O aquecimento do agregado e da mistura asfáltica é a etapa com maior potencial poluente e de maior gasto energético, devendo estas etapas serem analisadas e comparadas a outros métodos construtivos. | 9 | |
| (Azarijafari, Yahia ; Ben Amor, 2016) | Análise do Ciclo de Vida do pavimento – Quantifica, analisa e compara os principais poluentes no processo. Expõe as incertezas no processo e os cuidados a serem adotados na ACV, devido as grandes quantidades de materiais utilizados de fontes distintas e variáveis dentro do processo, dificultando o processo de quantificação de emissão de poluentes, como por exemplo a influência do tráfego, tais inconsistências tornam a ACV difíceis de serem comparadas. A falta de um inventário preciso também dificulta a análise do ciclo de vida do pavimento | Com a obrigatoriedade de que pelo menos 70% dos resíduos da construção devem ser reutilizados na Europa até 2020, as lacunas nos processos construtivos deverão ser mais exploradas de modo mitigar os impactos ambientais nas rodovias onde a ACV será necessária para minimizar as perdas econômicas e prejuízos ambientais. | 9 | |
| (Chan et al., 2011) | Indica os principais critérios para pavimentos ambientalmente amigáveis e métodos para prolongar sua vida útil. Define a sustentabilidade do pavimento pela energia consumida e emissão de poluentes emitidos. Cita que intervenções no momento correto, quando o pavimento ainda está em relativo bom estado é mais viável econômica/ambientalmente do que uma restauração mais traumática no pavimento. | Preservar o pavimento satisfaz a definição de sustentabilidade, pois quando executado de maneira correta no tempo preciso utiliza pouco recurso material e a baixo custo operacional, a prevenção de patologias é mais rápida, barata, menos traumática aos usuários a rodovia e economicamente viável. A implementação de princípios de gerência de pavimentos sustentáveis e medidas de desempenho são fundamentais para atender aos requisitos de investimento em infraestrutura e obrigações ambientais a longo prazo. | 9 | |
| (Hanson, Noland ; Cavale, 2012) | Relação da emissão de gases de efeito estufa com a temperatura de aquecimentos dos métodos utilizados para produção de WMA/HMA. Fornece tabelas demonstrativas com os níveis de emissões de diferentes métodos construtivos. | A análise de quatro tipos de pavimentos mostrou que o método WMA é o que menos emite poluentes atmosféricos relacionados ao efeito estufa com a apresentação de tabela demonstrando os índices de cada método estudado | 9 | |
| (Liu, Shukla ; Nandra, 2009) | Cita que a maior temperatura de aquecimento/mistura do HMA está relacionada a um maior grau de emissão de poluentes baseado em uma análise de vários artigos estudados demonstrados em tabelas e gráficos. Utiliza RAP para diminuir os impactos ambientais e demonstra quais as maneiras mais eficientes na dosagem da mistura | A utilização de RAP nas misturas asfálticas reduz os impactos ambientais, mas a temperatura de aquecimento/mistura deve ser definida de modo a não comprometer as propriedades físico/químicas do produto bem como relação da dosagem de RAP na mistura da massa asfáltica | 9 | |
| (Park ; Ahn, 2015) | Analisa o impacto ambiental da construção/manutenção rodoviária e demonstra quais benefícios econômicos das decisões ambientalmente amigáveis | Mostra a relevância de um sistema hierárquico para se atingir os objetivos ambientais em um sistema de rodovias. O sistema de avaliação proposto para este estudo pode orientar e garantir práticas ecológicas em todas as fases do ciclo de vida de uma estrada, abrangendo seu projeto, construção, operação e manutenção e eventualmente demolição dentro de um contexto sul-coreano. Tem como objetivo classificar os projetos e vias e motivar gestores a construir e operar rodovias mais sustentáveis. | 9 | |
| (Schlegel et al., 2016) | Analisa o ciclo de vida da construção com ênfase no processo de secagem/aquecimento do material asfáltico com experimentes de adições de cal hidratada de modo a alterar as características do HMA | Conclui que a adição de cal hidratada a mistura asfáltica a quente reduz os esforços de manutenção rodoviária por melhorar as características do produto, e de modo a aumentar sua vida útil, consequentemente, reduz a pegada ambiental do processo, sendo esta uma alternativa rápida e de aplicação imediata para minimizar os impactos ambientais neste processo. | 9 | |
| (Taher ; Aman, 2016) | Cita os benefícios da mistura morna (WMA) e utilização de RAP na mistura e sua relevância no cenário internacional | Descreve experiências práticas da utilização do WMA e seus desempenhos mecânicos incluindo os projetos, materiais utilizados e eventuais problemas mecanísticos. O artigo discute tanto a questão ambiental quanto a questão do desempenho da mistura morna. | 9 | |
| (Anthonissen, Braet ; Van Den Bergh, 2015) | Quantifica a energia necessária para produzir, armazenar e estocar o material asfáltico fazendo comparações de desempenhos entre o HMA, WMA E CMA e analisa suas alternativas técnicas e ambientais | O artigo comparou o desempenho de quatro seções de pavimentos analisando os resultados de cada técnica utilizada. Questiona os benefícios da redução da temperatura em detrimento aos materiais utilizados, que causam danos ambientais pelo uso de materiais zeólitos artificiais | 8 | |
| (Cass ; Mukherjee, 2011) | Propõe uma sistemática para ACV de modo a poupar energia e reduzir a emissão dos poluentes | O estudo analisa dados específicos da via com riqueza de detalhes suficientes para uma analisa consistente da ACV utilizando os dados da construção e dos envolvidos na obra para coletar as informações, gerando uma ACV simples e de fácil procedimento. | 8 | |
| (Giani et al., 2015) | Cita a relevância de se utilizar métodos e materiais ambientalmente amigáveis que geram benefícios tanto econômicos quanto sociais e visam preservar a vida útil do pavimento utilizando-se o RAP como alternativa de manutenção/restauração rodoviária | Considerando todas as fases da produção do asfalto concluiu-se que a extração e produção de material virgem representa 40% das emissões de GEE, onde a utilização de RAP e o método de asfalto morno (WMA) tem um potencial ambiental elevado sendo a chave para a produção sustentável. A técnica de reciclagem a frio sem adição de materiais virgens e sem transportes de novos materiais também se mostrou eficaz na redução de emissão de poluentes, mas utiliza derivado de petróleo, o que ambientalmente compromete a técnica. | 8 | |
| (Jamshidi et al., 2012) | Demonstra que a maior temperatura de aquecimento/mistura do HMA está relacionada a um maior grau de emissão de poluentes | Demonstra os benefícios da técnica WMA e agregados de baixo carbono, mostrando em tabelas e gráficos os benefícios destas técnicas e suas contribuições para a sociedade chinesa. | 8 | |
| (Keijzer et al., 2015) | Relata estudos em países europeus em que o asfalto de baixa energia emite até 30% menos poluentes | Compara os artigos publicados a analises de diferentes classes de rodovias estudadas e relata que as particularidades de cada região devem ser analisadas com critérios para que informações importantes não sejam sonegadas e os resultados não sejam baseados apenas em referências bibliográficas | 8 | |
| (Santos, Flintsch ; Ferreira, 2017) | Mostra que a ACV é uma ferramenta importante para identificar potenciais fontes poluidoras no processo e indica meios de mitigação dos impactos ambientais | Mostra que para a região estudada a reciclagem a quente com adição de 30% de RAP se mostrou mais sustentável e que atendem as demandas governamentais com um menor custo. Propõe um método de análise que pode ser usado por gestores de modo a quantificar os benefícios das técnicas utilizadas | 8 | |
| (Dinis-Almeida ; Afonso, 2015) | Cita benefícios da utilização da técnica de WMA e da reciclagem com adição de RAP | Mostrou que o desempenho das misturas mornas é equivalente as misturas a quente, com algumas perdas de desempenho que podem ser corrigidas com adições de outras substâncias, mantendo os ganhos mecanisticos e ambientais. | 7 | |
| (Gschösser, Wallbaum ; Boesch, 2012b) | Cita que a ACV não deve ser genérica e sim estudada casa a caso para um resultado confiável | Mudanças na escolha dos materiais e métodos construtivos representam significativos ganhos ecológicos dentro do processo com até 59% menos emissão de poluentes e maior ganho ambiental também na manutenção rodoviária | 7 | |
| (Zhao et al., 2016) | A gestão do ciclo de vida dos materiais se mostra fundamental para análise de impactos ambientais da rodovia como um todo | A gestão ambiental da rodovia deve considerar meios de minimizar os poluentes dos veículos, mantendo a mesma em condições de trafegabilidade adequada pois assim as emissões provenientes da manutenção excessiva e dos veículos será minimizada no processo | 6 |
Fonte: Autor
As atividades subjacentes à construção, operação e manutenção de infraestrutura rodoviária são notórias pela quantidade significativa de materiais e energia que consomem, enorme produção de resíduos e pelos consideráveis impactos ambientais gerados (Park ; Ahn, 2015). Um modelo de uso de energia na produção de asfalto sugere que 8,5% da energia consumida é utilizada para extração de matérias-primas e aplicação do pavimento, 40% para produzir o aglutinante, 48% para misturar e secar o agregado e 3,5% para armazenar o ligante a uma temperatura funcional. As estimativas das emissões a montante variam consideravelmente devido às diferenças na análise do uso de energia na extração e refinação de petróleo bruto entre as frações. A energia necessária para misturar e secar 1 tonelada de asfalto com 5% de aglutinante é estimada em 318.649 BTU nos Estados Unidos (Hanson, Noland ; Cavale, 2012). Resultados parecidos foram encontrados no trabalho de Anthonissen et al. (2015), onde os mesmos afirmam que a produção de betume, o transporte e a energia para gerar calor são os maiores contribuintes para o impacto ambiental total (Anthonissen, Braet ; Van Den Bergh, 2015).
O pavimento definido para um determinado “ciclo de vida” e seu respectivo dimensionamento define uma estrutura compatível com o tráfego esperado/calculado (número N) para tal período. Durante esse ciclo, o pavimento inicia uma condição boa até alcançar uma condição ruim. Este fato ocorre da deterioração do pavimento manifestada através de falhas e defeitos (DNIT, 2006).
Ao atingir uma condição ruim, ocorrem defeitos no pavimento e suas correção impactam o meio ambiente, pois conforme (Peng et al., 2015), o setor dos transportes gera emissões de CO2 que representam cerca de um terço das emissões totais de CO2 das indústrias nacionais, sendo que aproximadamente 95% das emissões de gases poluentes são diretamente causadas pela construção e operação das infraestruturas de tráfego consumindo grande quantidade de energia e recursos ambientais.
O estudo do ciclo de vida do pavimento é uma ferramenta holística apropriada que pode ajudar os envolvidos a lidar com os aspectos ambientais da construção sustentável do pavimento. De fato, a ACV ajuda a quantificar, analisar e comparar os diferentes impactos ambientais dos diversos tipos de pavimentos desde a extração da matéria prima até o final de sua vida útil (Azarijafari, Yahia ; Ben Amor, 2016). Conforme (Santos, Flintsch ; Ferreira, 2017), a ACV (ACV) é uma ferramenta de gestão ambiental sistemática, embora ainda em evolução, utilizada para avaliar os potenciais impactos ambientais e recursos consumidos ao longo do ciclo de vida de um produto, desde a perspectiva do “berço ao túmulo”, ou seja, desde a aquisição de matéria-prima até as fases de produção. (Gschösser, Wallbaum ; Boesch, 2012a) cita que a ACV é um método utilizado para analisar os fatores de impacto ambiental dos produtos e serviços. Este estudo utiliza também a regra de corte relativa à atribuição de materiais reciclados (ou seja, para a análise dos processos de produção, a atualização de materiais de reciclagem utilizáveis e parte do sistema de ciclo de vida anterior). Assim, o primeiro processo incluído no sistema analisado é o transporte da área de reciclagem para o local de produção. Porém as dificuldades na ACV do pavimento betuminoso estão relacionadas com a complexidade do setor de asfalto e a variabilidade em vários parâmetros relacionados (Anthonissen, Braet ; Van Den Bergh, 2015).
Verificou-se que através a ACV as emissões de carbono diminuem entre 32,30% e 35,93%, enquanto os custos diminuem entre 18,58% a 6,03%. O esquema proposto de redução de emissões e de poupança de energia pode fornecer uma base teórica e apoio técnico para o desenvolvimento de uma construção de estradas de baixo carbono. Os impactos de uso de equipamentos e transporte representam apenas 6-10% da emissão total durante a fase de construção (Cass ; Mukherjee, 2011).
As ACVs têm limitações pois a intenção de fornecer informações sobre o desempenho ambiental de vários produtos acaba por rotular comercial ou ambientalmente. Por exemplo, as várias matérias-primas (primárias e / ou secundárias, tais como resíduos) disponíveis para a fabricação de misturas asfálticas são amplamente investigadas. Em todas essas ocasiões, os limites do sistema, as unidades funcionais, as práticas de construção, as condições geotécnicas, a carga e a intensidade do tráfego podem ser diferentes, dificultando a adoção de uma única estrutura representativa. Além disso, o clima regional, as práticas locais de design, o orçamento, a vida útil, a disponibilidade de materiais e outros fatores tem um papel significativo no projeto da (Schlegel et al., 2016).
Na verdade, essas diferenças inerentes a qualquer projeto de estrada, demandam uma abordagem rigorosa que exige cálculos a serem feitos para cada local de construção específico para ter um ACV significativo (Stripple, 2001). Portanto, cada LCA é representativa de um dado estudo de caso e só pode ser extrapolada para outras situações se as principais limitações e suposições forem completamente conhecidas (Carlson, 2011). Além de diferenças no objetivo e no escopo, alguns dos estudos publicados foram ou estudos parciais de ACV que cobrem somente aterros e construção de pavimentos (Olsson et al., 2006), ou estudos completos abrangendo todo o ciclo de vida de uma estrada que vai do berço ao fim da vida (Mroueh et al., 1999, 2001, Milachowski et al., 2011). Além disso, o objetivo e o escopo podem afetar outras características do ACV, como a unidade funcional (incluindo o período de análise), as saídas ambientais e as fontes de dados. Por exemplo, uma avaliação comparativa de nível de projeto pode traçar limites de sistema que excluam a iluminação, o consumo de combustível de trânsito, a carbonatação ou outros componentes que se supõe serem iguais entre alternativas concorrentes.
Os envolvidos no setor de pavimentos têm buscado novas soluções de engenharia para avançar para práticas de manejo de pavimentos mais amigáveis ao meio ambiente e economicamente viáveis. As abordagens gerais para melhorar a desempenho ambiental do pavimento incluem, entre outras, a redução do conteúdo de ligante virgem e agregado virgem em misturas HMA, reduzindo a energia consumida e as emissões geradas na produção de misturas, aplicando técnicas de reciclagem in loco e implementando tratamentos preventivos. (Santos, Flintsch ; Ferreira, 2017).
O Hot Mix Asphalt (HMA) é produzido por pré-aquecimento do betume para diminuir a viscosidade e secagem do agregado para remover a umidade dele antes da mistura. A mistura é geralmente realizada em torno de 170 °C, mas irá variar dependendo das propriedades de mistura desejadas. A compactação e a aplicação da mistura devem ser feitas a temperaturas suficientemente altas. Este tipo de mistura é o método mais comum usado para superfícies rodoviárias. A maioria das misturas de asfalto caem na categoria de asfalto de mistura quente que são produzidas a temperaturas de 150-190 ° C (Liu, Shukla ; Nandra, 2009).
Nesta revisão exploraremos procedimentos utilizados para quantificar a emissão dos gases de efeito estufa a partir do HMA. Um processo de hierarquia analítica por meio de análise matricial e o software PaLATE (Pavement Life-Cycle Assessment Tool for Environmental and Economic Effects), onde a sustentabilidade do pavimento é quantificada através da comparação do consumo de energia e da preservação gerada por emissões de Gases De Efeito Estufa usando o software para várias soluções de pavimentos comparando com tratamentos típicos de reabilitação e reconstrução, onde um pavimento sustentável pode ser definido como um pavimento seguro, eficiente, econômico e ecológico que atenda às necessidades dos usuários atuais sem comprometer os das gerações futuras. Os principais critérios estabelecidos para um pavimento sustentável são a redução do uso de recursos naturais, consumo de energia e emissões de Gases De Efeito Estufa; E ao mesmo tempo melhorar a segurança e conforto para o usuário (Chan et al., 2011).
MODELOS DE AVALIAÇÃO
Grande quantidade de agregados e asfalto são produzidos em todo o mundo para satisfazer os requisitos materiais para a construção das estradas: cerca de 400 milhões de toneladas de asfalto são produzidos anualmente na Europa (NAPA, 2011), enquanto cerca de 5,2 milhões de quilômetros de estradas são coberto com asfalto. Hoje, as agências públicas e os produtores de asfalto responsáveis pelas estradas estão enfrentando poucos fundos de investimentos disponíveis, juntamente com aumentos significativos no preço das operações de construção e aglutinantes de asfalto. Essas preocupações estão associadas a uma pressão significativa para construir, manter e reabilitar de forma sustentável os pavimentos e as agências devem procurar métodos alternativos de construção e manutenção, bem como materiais alternativos (Giani et al., 2015).
Construção de estradas consomem uma quantidade significativa de materiais e energia, e produz uma enorme quantidade de resíduos. Por exemplo, 1 km de estrada típica de duas faixas com pavimento flexível consome 6 TJ de energia, enquanto as emissões totais de gases com efeito de estufa associadas à construção de estradas está entre 0,15 e 0,7 t de CO2-e/m2. (Park ; Ahn, 2015), por isso, a definição de um método para quantificar o consumo e emissão de poluentes se faz necessário dentro da gestão de pavimentos ambientalmente eficientes.
O modelo PaLATE estima as emissões de poluentes do ciclo de vida para pavimentos de asfalto, base e componentes de enchimento para a subbase. Este modelo aborda o descarte e reciclagem de materiais de projetos de transporte (ou seja, concreto e asfalto) e permite ao usuário especificar aditivos reciclados para inclusão em concreto e asfalto ou enchimento. O PaLATE não aborda as emissões a montante e modela apenas o combustível diesel convencional. CO2 é endereçado, mas não CH4 ou N2O. A modelagem de asfalto é limitada à mistura quente, amplamente utilizada no Brasil, enquanto as alternativas mais recentes que são mais eficientes em carbono, como asfalto morno não são tratadas. A modelagem de asfalto em uma base de energia é complicada pela variabilidade dos requisitos de aquecimento do asfalto de mistura a quente (HMA) e do asfalto de mistura morno (WMA – Warm-Mix Asphalt) e também varia de acordo com a proporção de material de ligação ao agregado. O foco aqui é sobre o aquecimento necessário para misturar aglomerante de asfalto com agregados. As emissões diretas de GASES DE EFEITO ESTUFA deste processo incluem produtos de combustão associados com aquecimento, evaporação e combustão não intencional do material aglutinante em pequena escala quando ele é aquecido a altas temperaturas.(Hanson, Noland ; Cavale, 2012)
Conforme Hanson et al (2012), uma análise laboratorial mostrou uma forte correlação entre as emissões de CO2 e a temperatura de aquecimento (R2 = 0,976). A temperatura de aquecimento, a quantidade de aglutinante que a WMA utilizada e a quantidade de asfalto adicionado foram as suas variáveis independentes. Esta é uma forte evidência de que a temperatura de produção é uma abordagem de modelagem válida e simples para estimar as emissões de gases de efeito estufa para a mistura de asfalto. Na tabela 2 abaixo, foi utilizado HMA com 5% de aglutinante para uma vida útil de 15 anos x 2.
Tabela 2 – Emissão de GEE das HMA
| Poluente | A montante (kg/faixa/ milha) | Direto (kg/faixa/ milha) | Fugitivo (kg/faixa/ milha) | TOTAL (kg/faixa/ milha) |
| CO2 | 250.585,68 | 115.189,20 | 142,25 | 355.482,53 |
| CH4 | 1.480,09 | 1,67 | 2,85 | 1.427,03 |
| N2O | 4,09 | 1,75 | na | 5,67 |
| CO2e | 282.933,32 | 115.766,50 | 202,21 | 387.205,79 |
Fonte – Adaptado de (Hanson, Noland ; Cavale, 2012)
A energia (Q) necessária para aquecer materiais é o produto do valor de calor específico (c), da massa do material (m) em libras e do diferencial de temperatura (ΔT) em graus Fahrenheit onde as entradas do modelo são temperatura de aquecimento, teor de aglutinante e teor de umidade no agregado. Os requisitos de aquecimento para aglutinante e agregado são estimados, assim como a temperatura específica para aquecer a humidade no agregado até ao ponto de ebulição, o calor latente para evaporar a humidade e a temperatura específica para aquecer o vapor até à temperatura de produção alvo. A temperatura específica para o aglutinante é estimada a partir dos valores de calor específicos médios a 16°C e 163°C a 0,468 BTU/°F/lb. O calor latente necessário para evaporar a água é de 970 BTU/lb. A temperatura ambiente considerada é de 16 ° C.
A menos que a mistura não seja aquecida acima do ponto de ebulição da água, há calor latente. A água é aquecida até um máximo de 100 °C, e o vapor é aquecido de 100 °C para a temperatura de aquecimento final. Os agregados e o aglutinante são aquecidos da temperatura ambiente até à temperatura de aquecimento final.
Este modelo estimou o consumo de energia para aquecer 1 tonelada de HMA a 163 °C com 5% de aglutinante e 4% de umidade no agregado para 216,461 BTU a 100% de eficiência. Esta estimativa não considera o calor residual ou a energia de mistura. Também não considera a energia necessária para manter o ligante à temperatura de mistura.
O processo de hierarquia analítica utilizado para estabelecer o sistema de construção do pavimento asfáltico a partir de uma matriz de julgamento permite o cálculo do coeficiente de peso de cada fase no que tange a emissão de poluentes do efeito estufa. As etapas de aquecimento do agregado, aquecimento de asfalto e a mistura do asfalto/agregado foram definidas como etapas-chave da construção de pavimentos asfálticos pois as emissões de carbono nestas fases representaram cerca de 90% das emissões totais. (Peng et al., 2015), (Cass ; Mukherjee, 2011).
Neste método de avaliação, considera-se que o processo de construção da pavimentação asfáltica tem duas fases distintas, a produção da mistura asfáltica e a construção com a mistura asfáltica, sendo que a produção da mistura de asfalto inclui armazenamento de agregado e seu fornecimento, aquecimento de asfalto, aquecimento do agregado e também da mistura asfalto/agregado. Neste estudo abordaremos apenas o aquecimento na produção da mistura asfalto/agregado como fonte poluente.
A coluna “A” denota o processo de aquecimento asfáltico com carvão e processo de aquecimento agregado com óleo pesado, “B” é para aquecimento asfáltico e processo de aquecimento agregado com óleo pesado e “C” significa aquecimento de asfalto e processo de aquecimento de agregados com gás natural onde a tabela 3 mostra que de fato as grandes concentrações de emissão de poluente estão nessas etapas, não importando qual o tipo de combustível utilizado no aquecimento.
Tabela 3 – Emissão de Carbono por etapa
| Estágio | A (%) | B (%) | C (%) |
| Aquecimento do Agregado | 65.39 | 69.00 | 65.36 |
| Aquecimento do Asfalto | 15.24 | 14.93 | 13.00 |
| Mistura Asfalto/ agregado | 12.87 | 10.33 | 13.67 |
Fonte: (PENG et al., 2015)
A coluna “A” denota o processo de aquecimento asfáltico com carvão e processo de aquecimento agregado com óleo pesado, “B” é para aquecimento asfáltico e processo de aquecimento agregado com óleo pesado e “C” significa aquecimento de asfalto e processo de aquecimento de agregados com gás natural.
A Tabela 3 mostra que de fato as grandes concentrações de emissão de poluente estão nessas etapas, não importando qual o tipo de combustível utilizado no aquecimento.
O trabalho proposto foi calculado a partir do desenvolvimento de uma matriz que, segundo o estudo, apresentou consistência satisfatória na hierarquia analítica e resultou na Tabela 4. O peso de cada fase do processo de mistura asfáltica em relação a emissão de poluentes é demonstrado.
Tabela 4 – Emissão de Carbono por estágio
| Estágio | Peso |
| Empilhamento do Agregado | 0,03389 |
| Fornecimento do Agregado | 0,03040 |
| Aquecimento do Agregado | 0,41300 |
| Aquecimento do Asfalto | 0,23350 |
| Mistura Asfalto/Agregado | 0,15220 |
| Transporte da Mistura | 0,01770 |
| Aplicação da Mistura | 0,03950 |
| Compactação da Mistura | 0,07480 |
| Total | 1,0 |
Fonte: Traduzido de Peng, Cai et al (2015)
As principais fontes de energia são óleo pesado e gás natural na fase de aquecimento agregado conforme demonstrado na tabela 5 e 6. Nessa etapa, as emissões de carbono e os custos se reduziriam em 27,72% e 18,63% quando o gás natural substituiu o óleo pesado. Na fase de aquecimento asfáltico, foram comparadas três formas de reduzir as emissões de carbono, o carvão para o óleo pesado, o carvão para o gás natural e o óleo pesado para o gás natural. As emissões de carbono podem reduzir 18.34% quando o óleo tomou o lugar do carvão, mas o custo aumentaria. As emissões de carbono e o custo podem reduzir em 27,53% e 1,09 RMB respectivamente, e o efeito da poupança de energia e redução de emissões foi notável quando o gás natural foi utilizado ao invés do óleo pesado. As emissões de carbono reduziram em 40,82%, mas o efeito de redução foi melhor quando o gás natural substituiu o carvão.
Tabela 5 – Redução de emissões nos estágios Chaves
| Estágio | Medida | Redução (mg) | Redução (%) | Taxa de redução de Custo (%) |
| Aquecimento do Agregado | Óleo p/ gás | 6110,6 | -27,72 | -18,63 |
| Aquecimento do Asfalto | Carvão p/ Óleo | 955,18 | -18,34 | 350 |
| Óleo p/ Carvão | 1171,197 | -27,53 | -18,49 | |
| Carvão p/ Gás | 2126,377 | -40,82 | 267 |
Fonte – Peng, Cai et al (2015)
Tabela 6 – Economia Energética e Redução de emissões
| Economia de Energia e Redução das emissões nos estágios chave | |||||||
| Estágio | Medida | Econômica de Energia (MJ) | Redução de Emissão (mg) | Redução de Emissão (%) | Taxa de redução de Custo (%) | ||
| Aquecimento do Agregado | Óleo p/ Gás | 33,95 | 6.110,60 | 27,70 | -18,63 | ||
| Protegido de intempéries | 20,63 | 1.224,19 | 5,60 | – | |||
| Aquecimento do Asfalto | Óleo p/ Gás | 6,59 | 1.117,20 | 27,50 | -18,49 | ||
| Carvão p/ gás | 10,96 | 2.126,38 | 40,82 | 267,00 | |||
| Total (Óleo p/ gás) | 61,17 | 8.505,99 | 32,30 | -18,58 | |||
| Total (Carvão p/ gás) | 65,54 | 9.461,17 | 35,93 | -6,03 | |||
Fonte: Traduzido de Peng, Cai et al (2015)
Outro resultado significativo da pesquisa foi que a umidade tem relação direta com o consumo de combustível de aquecimento, onde cada por cento de umidade aparente reduzida do agregado implica em uma redução de 9,17% no consumo de energia, 8,92% de diminuição de emissões de poluentes e 9,30% de economia financeira com queima de combustíveis.
A reciclagem do pavimento associado ao asfalto de mistura morna (WMA) pode ser vista como uma opção sustentável, pois traz benefícios sociais, ambientais e econômicos. O uso de mistura morna traz vantagens devido ao menor consumo de energia necessária em seu processo, implicando assim em reduções de 30,00% a 40,00% das emissões de dióxido de carbono e permitindo um ambiente de trabalho mais confortável, garantido por uma redução de 30,00 e 50,00% de fumaça aos trabalhadores das usinas betuminosas e das equipes de pavimentação. A redução de emissões permite que fábricas de asfalto de mistura morna estejam localizadas mais próximas a áreas urbanas (Dinis-Almeida ; Afonso, 2015). Países como a Dinamarca e os Países Baixos utilizaram 100% de RAP enquanto a Suécia e a Alemanha reciclou 95% e 55% de material de superfície de asfalto respectivamente (Taher ; Aman, 2016).
A figura 3 abaixo mostra essa comparação entre os métodos de produção da mistura asfáltica.
Figura 3- Comparativo entre os tipos de Aquecimento
Fonte – Adaptado de Taher e Aman, 2016
O aquecimento da mistura é determinante para se definir o impacto ambiental. A mistura WMA, que é produzida pela adição de emulsionantes que podem ser ceras e até mesmo água para o betume antes de misturar reduzindo sua viscosidade e permitindo que as temperaturas de mistura e de colocação sejam significativamente mais baixas, geralmente em torno de 100-140 ° C, consome de 10 a 24% menos energia que a HMA (Liu, Shukla ; Nandra, 2009; Jamshidi et al., 2012). Em países como a Holanda, a pesquisa sobre asfalto de baixa energia estão mostrando resultados de até 30% menos emissões de poluentes (Keijzer et al., 2015).
Inicialmente, surgiram na área de qualificação técnica das atividades as normas internacionais da qualidade de serviços e produtos pela BS 5750 do Reino Unido acompanhada pela ISO 9000, de âmbito internacional e, posteriormente, na área ambiental a BS 7750 (Reino Unido) e a ISO 14000 (internacional). A última versão da Norma ISO 14.001 (2004) exige o levantamento de toda a legislação aplicável às atividades de uma organização ou empreendimento.
A observância de normas técnicas é obrigatória quando adotada através de uma norma jurídica, como por exemplo, as Normas Técnicas da Associação Brasileira de Normas Técnicas – ABNT e do Instituto Nacional de Metrologia, Normalização e Qualidade Industrial – INMETRO e as Resoluções do Conselho Nacional do Meio Ambiente – CONAMA. Da mesma forma, também são de observância obrigatória, as Normas Técnicas do DNIT expedidas no exercício de suas atribuições e esfera de atuação legais, amparadas pelos incisos I e II do Artigo 82, da Lei nº 10.233, de 05/06/2001
Um Ato Internacional aprovado pelo Poder Legislativo revoga tacitamente as disposições legais contrárias, em razão da natureza da norma jurídica através da qual este é aprovado e o acordo Quadro Sobre O Meio Ambiente Do Mercosul, que trata da necessidade de cooperar para a proteção do meio ambiente e para a utilização sustentável dos recursos naturais, com vistas a alcançar a melhoria da qualidade de vida e o desenvolvimento econômico, social e ambiental sustentável (BRASIL, 2003) garante sua exigibilidade.
Isto mostra a relevância e importância da preocupação ambiental nas obras relacionadas a infraestrutura de transportes, pois como a legislação ambiental brasileira é considerada uma das mais avançadas do mundo, devemos reconhecer, também, que seu volumoso ordenamento jurídico e a dinâmica geração de normas têm dificultado sua correta aplicação (DNIT, 2006).
Com a extinção do DNER e a criação do Departamento Nacional de Infraestrutura de Transportes – DNIT, através da Lei n. 10.233 /2001, a manutenção das rodovias federais passou a ser de responsabilidade desta. Em seu Manual de conservação Rodoviária, o DNIT define o tratamento ambiental em etapas de trabalho (DNIT, Brasília, 2005), sendo elas:
- Elaboração dos Estudos e Projetos Ambientais;
- Implantação/Implementação do PBA – Projeto Básico Ambiental;
- Monitoramento Ambiental na fase de Operação.
Atividades de manutenção e/ou implantação de melhoramentos da rodovia, em função de sua natureza e magnitude, deverão conduzir à elaboração de estudos e definições de medidas e Programas Ambientais, bem como respectivas implementações e implantações e para cada um dos componentes ambientais serão definidas medidas de caráter mitigador e/ou compensatório a serem implementados pari-passu com a execução dos serviços e obras pertinentes ao empreendimento rodoviário (DNIT, 2006).
A sociedade buscou uma forma de equilíbrio entre os “meios” necessários e os “fins” almejados, que se configurou no controle ambiental dos processos produtivos e de consumo e, posteriormente, na gestão da qualidade ambiental dos mesmos, na qual se buscou o controle dos serviços, produtos, e atividades em função da prevenção dos danos ambientais gerados.
Os autor dos artigos estudados apresentaram a dificuldade de uma correta avaliação de emissão de poluentes como o maior desafio para uma análise precisa e confiável, pois a análise do ciclo de vida é principalmente subjetiva. (Azarijafari, Yahia ; Ben Amor, 2016). As diversas variáveis na construção e manutenção de uma rodovia impossibilitam conclusões precisas a respeito da emissão de poluentes de maneira genérica, devendo o pesquisador utilizar as considerações de cada caso a respeito do início e final da vida do pavimento (Gschösser, Wallbaum ; Boesch, 2012b).
Na mistura do asfalto/agregado, por envolver grande quantidade de energia no processo, deve ser considerada uma etapa chave de emissão de poluentes e os estudos devem se concentrar na eficiência desse processo. A utilização de aditivos mostrou-se eficiente na redução do consumo e da diminuição da emissão de poluentes por parte do HMA (Schlegel et al., 2016).
CONSIDERAÇÕES FINAIS
Mudar os costumes no campo da construção e gestão dos pavimentos para um comportamento mais responsável ambientalmente gerou a necessidade de pesquisar e implementar novas soluções de engenharia de pavimentos. Uma solução que seja economicamente viável aliado as questões ambientais demandam uma análise do ciclo de vida dos materiais e da cadeia produtiva desse setor, usando o conceito de “berço-ao-túmulo” que devem levar em conta a particularidade de cada método, os costumes locais, as leis vigentes (normas) e a disponibilidade de recursos, porém, este método pode alcançar resultados expressivos se bem avaliados e aplicados.
Novas tecnologias devem ser mais estudadas para serem adaptadas ao nosso clima de característica tropical, a fim de diminuir o uso de materiais virgens, principalmente pelo fato de que nossas rodovias federais atravessam biomas com pouca disponibilidade de agregados pétreos uteis na pavimentação. O impacto ambiental das obras de manutenção e construção rodoviária é significativo e deve ser considerado como um fator poluente severo.
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