Misturas Betuminosas para Camadas de Pavimentos Rodoviários

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1 para Camadas de Pavimentos Rodoviários Características Fundamentais das Estabilidade Durabilidade Flexibilidade Resistência à fadiga Aderência Impermeabilidade Trabalhabilidade 1 Estabilidade o Capacidade para resistir às deformações permanentes produzidas pelas cargas, em determinadas condições de aplicação. o Cargas lentas, temperaturas elevadas: principal contribuição é devida à composição do agregado. o Cargas rápidas, temperaturas reduzidas: alguma contribuição do betume. o Resistência depende essencialmente da fricção interna dos materiais (granulometria dos agregados, da forma das partículas, da densidade da mistura e da quantidade e tipo de betume) e da sua coesão. Durabilidade o Resistência à desagregação causada pelas solicitações climáticas e pelo tráfego resistência ao envelhecimento (resistência ao fendilhamento a baixas temperaturas). o Maior quantidade de betume, maior durabilidade da mistura. o Materiais de granulometria contínua, bem compactados (misturas impermeáveis). 2 1

2 Flexibilidade o Capacidade para se adaptar gradualmente aos movimentos do seu suporte. o Aumento da percentagem de betume; forma arredondada da fracção arenosa do agregado. o Utilização de agregados de granulometria relativamente aberta. Resistência à fadiga o Passagem repetida de veículos extensões de tracção nos materiais ligados o Misturas densas têm um melhor desempenho que as abertas. o Materiais bem graduados: utilização de elevadas % de betume. Aderência o Não utilizar betume em excesso. o com textura superficial rugosa: maior micro-rugosidade. o Macrotextura elevada: maior segurança com chuva. 3 Impermeabilidade o Resistência à passagem da água e do ar através das camadas do pavimento durabilidade da mistura. o Reduzir a interligação dos vazios e o seu contacto com a superfície do pavimento. Trabalhabilidade o Facilidade de aplicação e compactação da mistura. o Procura de maior estabilidade, por vezes dificulta a trabalhabilidade. o Respeito pelas regras de operação dos equipamentos e a correcta formulação da mistura. 4 2

3 Características Físicas das Volumes Massas VMA V v V b Ar Betume M v 0 M b V b V v Va V t M t V a Agregado M a M a - massa de material agregado (g) M b - massa de betume (g) M v - massa dos vazios (desprezável) M t - massa total (g) V a - volume de material agregado (cm3) V b - volume de betume (cm3) V v - volume de vazios (cm3) V t - volume total (cm3) 5 Relações entre massas ou volumes nas misturas betuminosas (indicação da durabilidade e desempenho) Vazios da mistura de agregados (porosidade sem betume) VMA = Vb + Vv Compacidade da mistura = Va + Vb Ma Massa Volúmica ρ s = V a Teor em Betume (relação em massa) t = 100 x b M M b a Percentagem de Betume M p b = 100 x M b t Grau de saturação em betume (S bt ) proporção de VMA ocupados pelo betume Vb Sbt = x100 = V + V v b Vb x100 VMA ρmax ρt Porosidade (% de vazios da mistura) n = x100 ρ max 6 3

4 Formulação de - Método de Marshall Características físicas exigíveis aos agregados. Definição da curva granulométrica (fuso especificado pelos cadernos de encargos) Obtenção do material pretendido: misturar várias fracções de agregado, finos e grossos, produzindo um material que respeite as especificações. Problema a resolver: quais as proporções deve entrar cada uma das fracções, de modo a obter uma curva com um andamento próximo da curva de referência (curva média do fuso especificado). Estabelecer tantas equações quantas as fracções granulométricas a usar, impondo-se condições em diversos diâmetros, di, pré-seleccionados: P (d) = p1 A + p2 B pi Agi onde, P(d): percentagem de material que passa no peneiro considerado para a combinação de agregados A, B,..., Agi; A, B,..., Agi: percentagem de material passado no peneiro considerado para os agregados A, B,..., Agi; p1, p2,..., pi: proporções dos agregados, A, B,..., Agi, usadas na mistura e cuja soma é igual à unidade (soluções procuradas). 7 Formulação de EN (Anexo Nacional) Formulação baseada no método de marshall Quadro resumo com as características que a mistura a formular deve ter. Característica Max. Dim dos agregados Teor em betume Porosidade VMA Relação ponderal filer/betume Numero de pancadas em cada face Força de rotura Deformação máxima Resistência conservada, mínima Valor especificado 10 mm ou 14mm 5% a 6% 4%a 6% 14% 1.1 a a N 4 mm 75% 8 4

5 Formulação de EN (Anexo Nacional) 9 Formulação de EN (Anexo Nacional) 10 5

6 Formulação de EN (Anexo Nacional) 11 Formulação de EN (Anexo Nacional) Marshall 12 6

7 Formulação de EN (Anexo Nacional) Marshall 13 Formulação de EN (Anexo Nacional) Marshall Após determinação do teor teórico (baseado na superfície específica dos agregados), devem ser confeccionadas 2 amassaduras abaixo do teor teórico, duas acima e uma com o teor teórico, todas elas com um 0.5% de diferença em termos de teor em betume entre elas Procedimentos Betume 14 7

8 Formulação de EN (Anexo Nacional) Marshall - Procedimentos Video mistura Video compactação 15 Formulação de EN (Anexo Nacional) Marshall - Procedimentos 16 8

9 Formulação de EN (Anexo Nacional) Determinação das características volumétricas das misturas Determinação da Baridade Máxima Teórica (BMT) Procedimento A da EN Onde: m1 peso do picnómetro m2 peso do picnómetro com amostra m3 peso do picnómetro com amostra e cheio de água Vp volume do picnómetro ρw densidade da água 17 Formulação de EN (Anexo Nacional) Determinação das características volumétricas das misturas (EN ) Determinação da Baridade Máxima Teórica (BMT) Procedimento A da EN

10 Formulação de EN (Anexo Nacional) Determinação das características volumétricas das misturas (EN ) Determinação da Baridade Aparente EN Método A: Baridade a seco a) Determinar a massa do provete seco (m1). No caso do ensaio de provetes húmidos, a etapa a) deverá ser efectuada após as etapas b) a d). b) Determinar a massa volúmica da água à temperatura de ensaio com aproximação a 0,1kg/m3 (ρw). c) Imergir o provete no banho de água a uma temperatura de ensaio conhecida. d) Determinar a massa do provete, imediatamente após a água ter estabilizado após imersão (m2). ρ bdry = m 1 m 1 m 2 xρ w é a baridade a seco, em quilogramas por metro cúbico (kg/m 3 ); m 1 é a massa do provete seco, em gramas (g); m 2 é a massa do provete em água, em gramas (g); ρ w é a massa volúmica da água à temperatura de ensaio, em quilogramas por metro cúbico (kg/m 3 ), com aproximação a 0,1 kg/m ρ bssd Formulação de EN (Anexo Nacional) Determinação das características volumétricas das misturas (EN ) Determinação da Baridade Aparente EN Método B: Baridade provete saturado com a superfície seca (SSD) a) Determinar a massa do provete seco (m1). No caso do ensaio de provetes húmidos, a etapa a) deverá ser efectuada após as etapas b) a f). b) Determinar a massa volúmica da água à temperatura de ensaio com aproximação a 0,1kg/m3 (ρw), de acordo com o Quadro 1. c) Imergir o provete no banho de água a uma temperatura de ensaio conhecida. Deixar a água saturar o provete durante um período de tempo suficiente até a massa do provete não sofrer alteração. NOTA Geralmente, o período de saturação é de pelo menos 30 min. d) Determinar a massa do provete saturado quando imerso (m2), tomando as precauções necessárias para evitar que bolhas de ar adiram à superfície do provete ou deixem o provete durante a pesagem. e) Remover o provete da água e secar as gotas da superfície com uma camurça húmida. f) Se o provete ainda drenar água do seu interior, adoptar o Método C (provete selado) g) Determinar, através de pesagem ao ar, a massa do provete saturado com a superfície seca imediatamente após a secagem (m3). ρ bssd m1 = m m xρ 3 2 em que: ρ bssd é a massa volúmica (SSD), em quilogramas por metro cúbico (kg/m 3 ); m 1 é a massa do provete seco, em gramas (g); m 2 é a massa do provete em água, em gramas (g); m 3 é a massa do provete saturado com a superfície seca, em gramas (g); ρ w é a massa volúmica da água à temperatura de ensaio, em quilogramas por metro cúbico (kg/m 3 ), com aproximação a 0,1 kg/m 3. w 20 10

11 ρ bssd Formulação de EN (Anexo Nacional) Determinação das características volumétricas das misturas (EN ) Determinação da Baridade Aparente EN Método C: Baridade provete selado Determinar a massa do provete seco (m1). Determinar a massa volúmica da água à temperatura de ensaio com aproximação a 0,1kg/m3 (ρw), de acordo com o Quadro 1. Selar o provete de forma a que os vazios internos do provete que fazem parte da sua composição volumétrica não sejam preenchidos e que não surjam vazios adicionais entre o selante e o provete ou nos vincos do selante. Após este procedimento, o provete deve ficar inacessível à água quando submerso. Determinar a massa do provete seco e selado (m2). Mergulhar o provete no banho de água mantido à temperatura de ensaio conhecida. Determinar a massa do provete selado imerso em água (m3), tomando as precauções necessárias para evitar a adesão de bolhas de ar ao selante durante a pesagem. ρ bsea é a baridade do provete selado, em quilogramas por metro cúbico (kg/m 3 ); m 1 é a massa do provete seco, em gramas (g); m 2 é a massa do provete selado seco, em gramas (g); m 3 é a massa do provete selado em água, em gramas (g); ρ w é a massa volúmica da água à temperatura de ensaio, em quilogramas por metro cúbico (kg/m 3 ), com aproximação a 0,1 kg/m 3. ρ sm é a massa volúmica do material selante à temperatura de ensaio, expressa em quilogramas por metro cúbico (kg/m 3 ) com aproximação a 10 kg/m ρ bsea = m ( m2 m3 )/ ρ w ( m2 m1 ) / ρsm 1 ρ bssd Formulação de EN (Anexo Nacional) Determinação das características volumétricas das misturas (EN ) Determinação da Baridade Aparente EN

12 ρ bssd Formulação de EN (Anexo Nacional) Determinação do índice de sensibilidade à água EN Procedimentos ITSw ITSR = 100 ITS d Legenda: 1 Prato superior 2 Apoios em aço 3 Provete F Aplicação da força Esquema do ensaio para determinação da resistência à tracção indirecta 23 Determinação do índice de sensibilidade à água EN O ensaio 68 a 72 hrs em agua a 40ºC 2 hrs em agua a 15ºC Dispositivo de tracção indirecta 50mm/mint Tipos de rotura 24 12

13 Resistência às deformações permanentes (Wheel Tracking) EN Procedimento F Esquema do ensaio para determinação da resistência à deformação permanente Força aplicada na roda Roda de borracha Provete/amostra Oscilação da mesa Mesa sobre carris Deformação permanente (mm) BB 0/ SMA 0/ MBR-BB 0/ Número de ciclos Resultados de ensaios a 3 misturas diferentes 25 Resistência às deformações permanentes (Wheel Tracking) EN O ensaio Vídeo Vídeo2 WTT UM 26 13

14 Determinação do módulo de deformabilidade em misturas betuminosas EN Lei de Hook σ = E ε σ = F Area σ E = ε ε = l L Alguns esquemas de ensaio possíveis em materiais betuminosos 27 Determinação do módulo de deformabilidade em misturas betuminosas EN Variação do módulo com a freqência Relação tensão/extensão e ângulo de fase Módulo de rigidez (MPa) BB 0/14 SMA 0/11 MBR-BB 0/12 4PBT; 8Hz e 20ºC (NP EN ) Módulo rigidez (MPa) Frequência (Hz) Variação do módulo com a temperatura BB 0/ SMA 0/ MBR-BB 0/ Temperatura (ºC) 14

15 Determinação da vida à fadiga em misturas betuminosas, pelo método de flexão em 4 pontos EN vigas 10 Hz 3 níveis de extensão fadiga ente 1E4 e 2E6 ciclos 29 Determinação da vida à fadiga em misturas betuminosas, pelo método de flexão em 4 pontos EN (II) 30 15

16 Determinação da vida à fadiga em misturas betuminosas, pelo método de flexão em 4 pontos EN (III) Módulo de deformabilidade (MPa) 7000 Einicial E50% Vida à Fadiga Nº de ciclos Extensão de tracção (E-6) 1000 BB 0/14 SMA 0/11 εt = N MBR-BB 0/12 R 2 = εt = N R 2 = εt = N R 2 = E E E E+07 Número de ciclos 31 16