As primeiras misturas para camadas drenantes foram desenvolvidas a partir de experiências efectuadas nos Estados Unidos na década de 1930. Na Europa, as camadas drenantes foram desenvolvidas pelo Transportation Research Laboratory (TRL) no final dos anos 50, tendo na década de 60 sido testadas em estradas públicas. A primeira superfície permeável foi aplicada em 1967 na M40, no Reino Unido [FEHRL, 2006].
Inicialmente, a superfície foi desenvolvida para reduzir a água à superfície e o efeito de projecção de água em estradas de alta velocidade, durante períodos de pluviosidade intensa (Figura 4.8). No entanto, verificou-se que este tipo de superfície oferecia igualmente vantagens do ponto de vista acústico. Subsequentemente, foram realizadas experiências com betuminoso poroso em muitos outros países europeus e noutras partes do mundo. Nas auto-estradas dos Países Baixos, a superfície drenante de camada única tornou-se a
superfície padrão. Pode afirmar-se que em cerca de 60% da rede, é agora utilizada a superfície drenante de camada única.
Camada de desgaste em betão betuminoso
Camada de desgaste em betão betuminoso drenante
Figura 4.8 – Efeito de projecção de água numa camada betuminosa clássica vs. numa camada drenante [Bartolomaeus, 2006]
Uma segunda geração de superfícies drenantes tem vindo a ser desenvolvida. Dentro desta segunda geração estão incluídas as misturas betuminosas em borracha e as duplas camadas porosas (Twinlayer).
As camadas drenantes são concebidas de modo a conter um elevado teor de agregados (geralmente, 81-85%) com uma granulometria de 0/11, 0/16 ou 0/20, e um elevado teor de vazios (geralmente > 20%). Como camada de desgaste, a espessura é geralmente de 40 mm.
As superfícies de estrada porosas encontram-se mais associadas a níveis inferiores de ruído pneu/pavimento, do que as superfícies não porosas. A complexidade destes mecanismos é considerável, mas a redução de ruído observada pode essencialmente ser relacionada com a porosidade da superfície e com a espessura da camada. No entanto, os métodos através dos quais se pode medir os efeitos acústicos das superfícies porosas não são inteiramente livres de ambiguidades, pelo que só recentemente têm vindo a ser considerados para efeitos de normalização [Phillips et al., 2003].
Os resultados de ensaios efectuados em larga escala no Reino Unido, demonstraram que os níveis de ruído gerados por veículos podem ser reduzidos até 3-5 dB(A), em relação aos níveis gerados em superfícies de estrada convencionais de betão betuminoso a quente [Nelson and Abbott, 1990]. É de realçar que uma redução de 3 dB(A) é aproximadamente equivalente à redução atingida quando se diminui o fluxo de tráfego para metade.
Embora a redução de ruído atingida através destas superfícies seja muitas vezes descrita como fundamentalmente ligada às características de absorção dos materiais, tal afirmação provém da generalização de um complexo mecanismo de geração e propagação. Estudos efectuados pela TRL e pela Universidade Aberta [Attenborough and Howarth, 1990] determinaram que os benefícios relativos ao ruído, oferecidos pelas superfícies porosas,
dependem parcialmente da complexa interferência que ocorre entre as ondas acústicas, algumas das quais se propagam directamente da fonte do veículo para o receptor, enquanto outras são reflectidas a partir da superfície da estrada, como se mostrou anteriormente na Figura 2.18 do Capítulo 2. No entanto, as superfícies porosas têm o efeito adicional de reduzir as frequências mais altas do ruído causado pelo bombeamento do ar, uma vez que as reservas de canais de ar na camada de superfície, contribuem para dissipar a pressão de ar contido nas ranhura do perfil do pneu.
Para manter as características dos pavimentos porosos relativamente à drenagem de água e ao conforto acústico, ao longo do tempo, é necessário que os vazios da mistura se mantenham comunicantes, o que é conseguido com uma porosidade inicial elevada e com a utilização de ligantes com coesão e aderência elevados.
As camadas drenantes constituídas por duas camadas porosas, são essencialmente formadas por uma primeira camada, com sensivelmente 45 mm de espessura, e constituída por uma granulometria mais grossa (geralmente realizada com um agregado 11/16), com cerca de 25% de porosidade e por uma segunda camada, com uma espessura compreendida ente os 15 e 25 mm, de granulometria mais fina (geralmente fabricada com um agregado 4/8), apresentando uma porosidade de cerca de 20%. O ligante utilizado geralmente é um ligante modificado por adição de polímeros ou destes com borracha. A configuração destas duplas camadas porosas pode ser avaliada na Figura 4.9 [Bendtsen and Andersen, 2005].
Figura 4.9 – Configuração de uma camada de desgaste drenante constituída por duas camadas porosas [Bendtsen and Andersen, 2005]
Um pavimento constituído por duas camadas porosas é um pavimento drenante especial, essencialmente adequado à redução de ruído. O pequeno tamanho dos agregados e a elevada porosidade da camada superior, em comparação com a camada inferior, deve reduzir quer o ruído pneu/pavimento, quer o ruído mecânico.
Na Figura 4.10 são exibidos os níveis sonoros obtidos para diversas camadas drenantes, na Europa, com diferentes tamanhos de granulometria. Em contraste, com as camadas
drenantes, na Figura 4.11 são apresentados os níveis sonoros para as duplas camadas porosas também na Europa e para diferentes tamanhos de granulometria [Rymer and Donovan, 2005].
Figura 4.10 – Níveis sonoros em camadas porosas para diferentes tamanhos de agregado [Rymer and Donovan, 2005]
Figura 4.11 – Níveis sonoros em duplas camadas porosas para diferentes tamanhos de agregado [Rymer and Donovan, 2005]
Da análise das Figura 4.10 e Figura 4.11, pode constatar-se algumas das diferenças indicadas para os dois tipos de camadas drenantes, dupla e simples, nomeadamente no que respeita à atenuação de ruído, que poderá ser quantificada na ordem dos 2 dB(A).
Num outro estudo recentemente efectuado na Alemanha, verificou-se que considerando uma camada densa como referência, os valores obtidos para atenuação do ruído na primeira e segunda geração de camadas drenantes (camada drenante simples e dupla) são de 4 e 6 dB(A) respectivamente. Nesse mesmo estudo, concluiu-se também que o desempenho das camadas drenantes simples e duplas, designadas respectivamente por SLPA e TLPA é o apresentado na Figura 4.12 [Hofman, 2006].
Figura 4.12 – Performance de uma camada de desgaste drenante tradicional (SLPA) e de uma camada drenante dupla (TLPA) [Hofman, 2006]