Tópicos laboratoriais e/ou exercícios (5. o Parte) Dosagem de misturas asfálticas (1. o Parte)

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1 1 Tópicos laboratoriais e/ou exercícios (5. o Parte) Hélio Marcos Fernandes Viana Tema: Dosagem de misturas asfálticas (1. o Parte) Conteúdo da aula 1 Introdução à dosagem Marshall de concretos asfálticos usinados a quente (CAUQ) 2 Granulometria dos agregados utilizados na mistura para produzir o CAUQ (concreto asfáltico usinado a quente) 3 Peso específico aparente da mistura asfáltica compactada (Gmb) 4 Peso específico máximo teórico da mistura asfáltica compactada (PMT) 5 Porcentagem de volume de vazios na mistura asfáltica compactada (ou no corpo-deprova) (Vv) 6 Porcentagem de volume de vazios com betume (ou asfalto) da mistura asfáltica compactada (ou do corpo-de-prova) (VCB) 7 Porcentagem de volume de vazios do agregado mineral na mistura asfáltica compactada (ou no corpo-de-prova) (VAM) 8 Relação betume-vazios da mistura asfáltica compactada (ou do corpo-de-prova) (RBV) 9 Teor provável de asfalto a ser adicionado em uma mistura asfáltica para a produção de concreto asfáltico usinado a quente (CAUQ)

2 2 1 Introdução à dosagem Marshall de concretos asfálticos usinados a quente (CAUQ) A partir deste momento serão apresentadas as principais características da dosagem do CAUQ, por entender que esta mistura asfáltica é a mistura de mais alta qualidade, e também porque esta mistura é bastante utilizada. O concreto asfáltico usinado a quente (CAUQ) é uma mistura asfáltica com as seguintes características: É uma mistura que contém agregado mineral graúdo e miúdo; É uma mistura que contém material de enchimento ou fíler; É uma mistura que contém cimento asfáltico de petróleo (ou CAP); e É uma mistura usinada a quente. OBS(s). a) Agregado graúdo é o agregado com partículas com diâmetros maiores que 2,00 mm ou retidos na peneira número 10; Por exemplo: brita (rocha triturada); b) Agregado miúdo é o agregado com partículas com diâmetro maiores que 0,075 mm e menores que 2,0 mm; Por exemplo: areias; e c) Fíler (ou material de enchimento) é o material onde pelo menos 65% das partículas possuem diâmetro menor que 0,075 mm. Por exemplo: cimento portland. Para estudar a dosagem Marshall de um concreto asfáltico usinado a quente, deve-se estudar as seguintes variáveis: a) Granulometria dos agregados utilizados na mistura asfáltica; b) Peso específico aparente da mistura asfáltica (Gmb); c) Peso específico máximo teórico da mistura asfáltica (PMT); d) Porcentagem de volume de vazios na mistura asfáltica (Vv); e) Porcentagem de vazios do agregado mineral (VAM); f) Relação betume-vazios (RBV); g) Estabilidade da mistura asfáltica (E); e h) Fluência da mistura da mistura asfáltica (F). OBS. Betume é sinônimo de asfalto. 2 Granulometria dos agregados utilizados na mistura para produzir o CAUQ (concreto asfáltico usinado a quente) A granulometria dos agregados utilizados na mistura asfáltica para produzir o CAUQ (concreto asfáltico usinado a quente) é determinada segundo Fuller-Talbolt. A curva granulométrica do agregado determinada segundo Fuller-Talbolt visa à obtenção do máximo peso específico aparente da mistura, e assim, também obter a máxima estabilidade da mistura asfáltica (E).

3 3 A fórmula de Fuller-Talbolt para obtenção de uma curva granulométrica de um agregado com o máximo peso específico corresponde à eq.(2.1) apresentada a seguir. d Pd 100. (2.1) D Pd = porcentagem de agregado, em peso, que passa na peneira de diâmetro d (%); d = diâmetro da peneira que está sendo analisada (mm); e D = diâmetro máximo do agregado que será utilizado na mistura asfáltica (mm). OBS. De acordo com a ASTM C125, o tamanho (ou diâmetro) máximo do agregado é a maior abertura de malha de peneira, a qual retém no máximo até 10%, em peso, das partículas do agregado. 0,5 3 Peso específico aparente da mistura asfáltica compactada (Gmb) No laboratório, o peso específico aparente da mistura asfáltica compactada (Gmb) é determinado com base na seguinte equação: Ps Gmb.0,9971 Ps Pssub (3.1) Gmb = peso específico aparente da mistura asfáltica compactada (ou do corpo-deprova) (g/cm 3 ); Ps = peso do corpo-de-prova seco ao ar (g); e Pssub = peso do corpo-de-prova submerso (g). A norma DNER-ME 117/94 fixa o modo pelo qual se determina o peso específico aparente de uma mistura asfáltica através de corpos-de-prova moldados em laboratório ou corpos-de-prova obtidos na pista. A Figura 3.1, a seguir, ilustra a pesagem do corpo-de-prova para determinação do peso do corpo-de-prova seco ao ar (Ps). OBS. De acordo com a DNER ME 043/95, o molde Marshall usado na fabricação de corpos-de-prova apresenta 6,35 cm de altura, e diâmetro de 10,17 cm (mas o diâmetro pode variar um pouco). A Figura 3.2 ilustra a pesagem do corpo-de-prova submerso em água para determinação do peso do corpo-de-prova submerso (Pssub). OBS. O valor do peso específico aparente de uma mistura asfáltica compactada (Gmb) é um valor médio obtido com base nos Gmb(s) de 3 (três) corpos-de-prova.

4 4 Figura 3.1- Pesagem do corpo-de-prova para determinação do peso do corpode-prova seco ao ar (Ps) Figura Pesagem do corpo-de-prova submerso em água para determinação do peso do corpo-de-prova submerso (Pssub)

5 5 4 Peso específico máximo teórico da mistura asfáltica compactada (PMT) 4.1 Peso específico máximo teórico da mistura asfáltica (PMT) pelo método da ponderação dos pesos específicos reais dos materiais utilizados na mistura asfáltica O peso específico máximo teórico da mistura asfáltica compactada (PMT) é obtido pela ponderação dos pesos específicos dos constituintes da mistura asfáltica. O peso específico máximo teórico da mistura compactada (PMT) é importante para o cálculo dos seguintes parâmetros: a) Porcentagem de volume de vazios na mistura asfáltica compactada (Vv) (%); b) Porcentagem de vazios do agregado mineral (VAM) (%); e c) Relação betume-vazios (RBV) (%). OBS(s). a) Em alguns livros PMT é considerado como sendo DMT (densidade máxima teórica), contudo o mais correto é o termo PMT (peso específico máximo teórico), que é uma relação entre peso e volume de um material; e b) Sabe-se que, em termos físicos, densidade é uma relação entre o peso específico de um material e o peso específico da água a 4º C. Portanto, densidade não é uma relação entre o peso do material e o volume do material. A fórmula para obtenção do peso específico máximo teórico de uma mistura asfáltica compactada (PMT) corresponde à eq.(4.1) apresentada a seguir. PMT %a Ga 100 %Ag %Am Gag Gam (4.1) %a = Tca = porcentagem de ligante asfáltico, que é expressa em relação ao peso total da mistura asfáltica (%); Por exemplo: no caso de um teor de asfalto de 5% na mistura utilize o número 5 na eq.(4.1); %Ag, %Am, %F = porcentagens, em peso, de agregado graúdo, agregado miúdo e fíler, respectivamente, em relação ao peso total da mistura asfáltica (%); e Ga, Gag, Gam, Gf = pesos específicos reais do ligante asfáltico, do agregado graúdo, do agregado miúdo e do fíler, respectivamente (g/cm 3 ). OBS(s). a) Em aula futura será explicado como se calcula %Ag, %Am e %F. b) Agregado graúdo é o agregado com partículas com diâmetros maiores que 2,00 mm ou retidos na peneira número 10; Por exemplo: brita (rocha triturada); c) Agregado miúdo é o agregado com partículas com diâmetro maiores que 0,075 mm e menores que 2,0 mm; Por exemplo: areias; e d) Fíler (ou material de enchimento) é o material onde pelo menos 65% das partículas possuem diâmetro menor que 0,075 mm. Por exemplo: cimento portland. %F Gf

6 6 4.2 Normas para determinação dos pesos específicos reais dos constituintes da mistura asfáltica A determinação do peso específico real do ligante asfáltico (Ga) é realizada no laboratório com base na norma NBR 6296/2004 da ABNT (Associação Brasileira de Normas Técnicas); Geralmente, para o CAP (cimento asfáltico de petróleo) o valor do peso específico real do ligante asfáltico (Ga) varia de 1,00 a 1,02 g/cm 3. A determinação do peso específico real do agregado graúdo (Gag) é realizada no laboratório com base na norma DNER-ME 081/98. A determinação do peso específico real do agregado miúdo (Gam) é realizada no laboratório com base na norma DNER-ME 084/95. A determinação do peso específico real do fíler ou material de enchimento (Gf) é realizada no laboratório com base na norma DNER-ME 085/ Outros métodos para determinação do peso específico máximo teórico da mistura asfáltica (PMT) O método da ponderação dos pesos específicos reais dos materiais utilizados na mistura asfáltica é o método mais utilizado no Brasil para determinação do PMT (peso específico máximo teórico da mistura asfáltica). O método da ponderação dos pesos específicos reais dos materiais utilizados na mistura asfáltica para obtenção do PMT (peso específico máximo teórico da mistura asfáltica) foi apresentado anteriormente e corresponde à eq.(4.1). Existem outros dois métodos para determinar o PMT (peso específico máximo teórico da mistura asfáltica), os quais são: a) O método do querosene para determinar o PMT; e b) O método do vácuo para determinar o PMT. Detalhes do método do querosene e do método do vácuo para determinar o PMT (peso específico máximo teórico da mistura asfáltica) são apresentados por Bernucci et al. (2008).

7 7 5 Porcentagem de volume de vazios na mistura asfáltica compactada (ou no corpo-de-prova) (Vv) A porcentagem de volume de vazios presente em uma mistura asfáltica compactada (ou no corpo-de-prova) é obtida pela seguinte equação: Vv PMT Gmb.100 PMT (5.1) Vv = porcentagem de volume de vazios na mistura asfáltica compactada (ou no corpo-de-prova) (%); PMT = peso específico máximo teórico da mistura asfáltica, corresponde à eq.(4.1) anterior, (g/cm 3 ); e Gmb = peso específico aparente da mistura asfáltica compactada (ou do corpo-deprova), corresponde à eq.(3.1) anterior, (g/cm 3 ). 6 Porcentagem de volume de vazios com betume (ou asfalto) da mistura asfáltica compactada (ou do corpo-de-prova) (VCB) A porcentagem de volume de vazios com betume (ou asfalto) da mistura asfáltica compactada (ou do corpo-de-prova) é obtida pela seguinte equação: Gmb.(%a) VCB Ga (6.1) VCB = porcentagem de volume de vazios com betume (ou asfalto) na mistura asfáltica compactada (ou no corpo-de-prova) (%); Gmb = peso específico aparente de uma mistura asfáltica compactada (ou do corpode-prova) (g/cm 3 ); Obtido pela eq.(3.1) mostrada anteriormente; %a = porcentagem de ligante asfáltico, que é expressa em relação ao peso total da mistura asfáltica (%); Por exemplo: no caso de um teor de asfalto de 5% na mistura utilize o número 5 na eq.(6.1); e Ga = peso específico real do ligante asfáltico (g/cm 3 ).

8 8 7 Porcentagem de volume de vazios do agregado mineral na mistura asfáltica compactada (ou no corpo-de-prova) (VAM) A porcentagem de volume de vazios do agregado mineral na mistura asfáltica compactada (ou no corpo-de-prova) é obtida pela seguinte equação: VAM Vv VCB (7.1) VAM = porcentagem de volume de vazios do agregado mineral na mistura asfáltica compactada (ou no corpo-de-prova) (%); Vv = porcentagem de volume de vazios na mistura asfáltica compactada (ou no corpo-de-prova) (%); e VCB = porcentagem de volume de vazios da mistura asfáltica compactada (ou do corpo-de-prova) com betume (ou asfalto) (%). 8 Relação betume-vazios da mistura asfáltica compactada (ou do corpo-deprova) (RBV) A relação betume-vazios da mistura asfáltica compactada (ou do corpo-deprova) é definida pela seguinte equação: RBV VCB VAM.100 (8.1) RBV = relação betume-vazios da mistura asfáltica compactada (ou do corpo-deprova) (%); VCB = porcentagem de volume de vazios da mistura asfáltica compactada (ou do corpo-de-prova) com betume (ou asfalto) (%); e VAM = porcentagem de volume de vazios do agregado mineral na mistura asfáltica compactada (ou no corpo-de-prova) (%). OBS(s). a) VCB e VAM são calculados, respectivamente, pelas equações (6.1) e (6.7) apresentadas anteriormente; e b) As variáveis Gmb, Vv, VCB, VAM e RBV apresentadas anteriormente, são determinadas pelo valor médio obtido de 3 (três) corpos-de-prova com o mesmo teor de asfalto.

9 9 9 Teor provável de asfalto a ser adicionado em uma mistura asfáltica para a produção de concreto asfáltico usinado a quente (CAUQ) 9.1 O teor de asfalto não corrigido a ser adicionado em uma mistura asfáltica para a produção CAUQ O teor de asfalto não corrigido a ser adicionado em uma mistura asfáltica para a produção de concreto asfáltico usinado a quente (CAUQ) é obtido pelo método da superfície específica e corresponde à seguinte equação: 0,2 Tca m.s (9.1) Tca = teor de asfalto não corrigido a ser adicionado em uma mistura asfáltica para a produção de concreto asfáltico usinado a quente (%); m = módulo de riqueza (varia de 3,75 a 4,00); e S = superfície específica do agregado (m 2 /kg). Sendo que: 0,17.G 0,33.g 2,3.A 12.a 135.F S 100 (9.2) S = superfície específica do agregado (m 2 /kg); G = porcentagem de agregado, em peso, retido na malha (#) 9,52 mm, ou retido peneira 3/8 de polegada (%); g = porcentagem de agregado, em peso, que passa na malha (#) 9,52 mm, e é retida na malha (#) 4,76 mm (%); A = porcentagem de agregado, em peso, que passa na malha (#) 4,76 mm, e é retida na malha (#) 0,297 mm (%); a = porcentagem de agregado, em peso, que passa na malha (#) 0,297 mm, e é retida na malha (#) 0,075 mm (%); e F = porcentagem de agregado, em peso, que passa na malha (#) 0,075 mm (%). OBS(s). a) O teor de asfalto não corrigido (Tac) corresponde a uma porcentagem de ligante asfáltico, e é expresso em relação ao peso total da mistura asfáltica a ser produzida; e b) Em caso de não se achar uma peneira com malha (#) igual a 0,297 mm, deve-se interpolar a porcentagem que passa nas duas peneiras mais próximas; Assim procedendo, a porcentagem obtida da interpolação corresponderá à porcentagem que passa na peneira de malha (#) igual a 0,297 mm.

10 Correção do teor de asfalto a ser adicionado à mistura Caso a dosagem realizada com o teor de asfalto não corrigido (Tca) da eq.(9.1) não satisfaça os resultados esperados para dosagem Marshall; Então, o teor de betume (ou asfalto) da mistura será corrigido pela seguinte equação: 2,65.Tca T'ca m (9.3) T ca = teor de asfalto corrigido a ser adicionado à mistura asfáltica (%); Tca = teor de asfalto não corrigido a ser adicionado à mistura asfáltica (%); e m = peso específico do agregado mineral (g/cm3), que obtido pela eq.(9.4) apresentada a seguir. 9.3 Determinação do peso específico do agregado mineral utilizado na mistura asfáltica ( m) O peso específico do agregado mineral utilizado na mistura asfáltica ( m ), que é empregado para determinação do teor de asfalto corrigido (T ca), é obtido pela seguinte equação: m %Ag(m) Gag 100 %Am(m) Gam %F(m) Gf (9.4) m = peso específico do agregado mineral utilizado na mistura asfáltica (g/cm 3 ); %Ag(m), %Am(m) e %F(m) = porcentagens, em peso, de agregado graúdo, agregado miúdo e fíler, respectivamente, em relação ao peso total do agregado mineral utilizado na mistura (%); e Gag, Gam, e Gf = pesos específicos reais do agregado graúdo, do agregado miúdo e do fíler, respectivamente (g/cm 3 ). OBS. O tópico 4.2, apresentado anteriormente, indica as normas utilizadas na determinação dos pesos específicos reais do agregado graúdo (Gag), do agregado miúdo (Gam) e do fíler (Gf).

11 Teor de asfalto a ser adicionado à mistura asfáltica com ligantes asfálticos CAP 100 até CAP 120 Para CAP 100 até CAP 120 o teor de asfalto (em relação ao peso total da mistura asfáltica), o qual deverá ser adicionado na mistura asfáltica corresponde à seguinte equação: 100.T'ca Pca 100 T'ca (9.5) Pca = teor de asfalto a ser adicionado na mistura asfáltica (%); e T ca = teor de asfalto corrigido (%), que é obtido conforme a eq.(9.3) mostrada anteriormente. Referências Bibliográficas BALBO, J. T. Pavimentação asfáltica - Materiais, projeto e restauração. São Paulo - SP: Oficina de Textos, p. (2. o Bibliografia principal) BERNUCCI, L. B.; MOTA, L. M. G.; CERRATTI, J. A. P.; SOARES, J. B. Pavimentação asfáltica - Formação básica para engenheiros. Rio de Janeiro - RJ: Petrobrás, ou ABEDA (Associação Brasileira das Empresas Distribuidoras de Asfaltos, p. (1. o Bibliografia principal) DEPARTAMENTO NACIONAL DE ESTRADAS E RODAGEM - DNER ME 043. Misturas betuminosas a quente - Ensaio Marshall. Rio de Janeiro p. FABBRI, G. T. P. Notas de aulas da disciplina Misturas Betuminosas - STT5830. São Carlos - SP: Escola de Engenharia de São Carlos - USP, FERREIRA, A. B. H. Novo Dicionário Aurélio da Língua Portuguesa. 2. ed. Rio de Janeiro - RJ: Editora Nova Fronteira, p LIMA, D. C.; RÖHM S. A.; BUENO, B. S. Tópicos em estradas - apostila 205. Viçosa - MG: Universidade Federal de Viçosa, p.