Mistura Asfáltica e Características dos Agregados em Infraestrutura Viária

Aula V Mistura asfáltica Infraestrutura Viária I Engenharia Civil Gislaine Luvizão 20232 1 2 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 1 2 3 Pe rce ntua l Influê ncia Agregado Ligante ATR Fadiga Trinc Térmico Influência do agregado e do ligante no desempenho de uma mistura asfáltica Fonte FHWA 2002 Afundamento de trilha de roda Agregados De acordo com a norma ABNT NBR 99352005 Material sem forma ou volume definido geralmente inerte de dimensões e propriedades adequadas para produção de argamassas e de concreto A proporção de agregados em misturas asfálticas é de aproximadamente 93 a 97 em peso 3 Lamelares Comprimento Largura e espessura Arredondados Comprimentolarguraespessura Cúbicos Comprimentolarguraespessura Caracterização Tecnológica 4 As características tecnológicas dos agregados servem para assegurar uma fácil distinção de materiais de modo a poder comprovar sua homogeneidade bem como selecionar um material que resista de maneira adequada às cargas e à ação ambiental às quais o pavimento irá sofrer Granulometria Absorção de água Durabilidade Massa específica real e aparente Resistência ao Choque e ao Desgaste Forma Limpeza Adesividade agregado e mistura Textura Densidade real e aparente do grão Elevada absorção CAP Baixa absorção CAP Sanidade Ataque de sulfatos MATERIAIS BETUMINOSOS ASPHALTU ou SPHALLO Esparramar Aglutinar Firme Estável Seguro Um dos mais antigos materiais de construção utilizados pelo homem 5 Tipos de Ligantes Asfálticos 6 cimentos asfálticos de petróleo CAP asfaltos diluídos de petróleo ADP emulsões asfálticas EAP asfaltos oxidados ou soprados asfaltos modificados agentes rejuvenescedores 7 Petróleo Extrair Cimento asfáltico de petróleo CAP EAP Emulsão asfáltica de petróleo Adicionando ao CAP Emulsificante e água ADP Asfalto diluído de petróleo Adicionando ao CAP um solvente gasolina nafta ou querose Asfaltos modificados Adicionando ao CAP Borracha EVA nanocomposto e demais polímeros Asfaltos soprados Incorporar ar no ligante Aditivos modificadores agentes rejuvenescedores melhorar adesividade TABELA 24 NOVA ESPECIFICAÇÃO BRASILEIRA DE CIMENTO ASFÁLTICO DE PETRÓLEO CAP ANP 2005 Características Unidade Limites CAP 3045 CAP 5070 CAP 85100 CAP 150200 Métodos ABNT ASTM Características Métodos ABNTNBR ASTM Tipos de CR CR70 CR250 TABELA 210 ESPECIFICAÇÃO BRASILEIRA DE EMULSÕES ASFÁLTICAS CATIÔNICAS Conselho Nacional de Petróleo CNP 0788 Característica Métodos ABNT ASTM Tipo de Ruptura Rápida Média Lenta RR1C RR2C RM1C RM2C RL1C Ensaios sobre a emulsão Viscosidade SayboltFurol s 50ºC NBR 14491 D 88 2090 100400 20200 100400 Máx 70 TABELA 211 ESPECIFICAÇÃO DE EMULSÕES ASFÁLTICAS PARA LAMA ASFÁLTICA CNP 1773 Característica Métodos ABNT ASTM Tipo Aniônica Catiônica Especial LA1 LA2 LA1C LA2C LAE Ensaios sobre a emulsão Viscosidade SayboltFurol s 50ºC máx NBR 14491 D 88 100 100 100 100 100 Ensaio de classificação de cimentos asfálticos Medida de consistência Ensaio a 25ºC 100 g 5s NBR 6576 Presente em especificações ASTM e europeias Penetração 12 Ensaio classificatório de especificações europeias Especificação NBR 6560 Empregado para estimativa de susceptibilidade térmica Presente em especificações de asfaltos modificados e asfaltos soprados Ponto de amolecimento 13 Uma bola de aço de dimensões e peso especificados é colocada no centro de uma amostra de asfalto em banho O banho é aquecido a uma taxa controlada de 5Cminuto Quando o asfalto amolece a bola e o asfalto deslocamse em direção ao fundo Ponto de amolecimento 14 Necessário para Especificação de CAP garantir bombeamento Determinação da temperatura de usinagem e compactação Saybolt Furol ASTM NBR 147562001 135C 150C e 177C Brookfield atual mais moderno Saybolt Furol Viscosidade 15 120 125 130 135 140 145 150 155 160 165 170 175 180 Temperatura C Viscosidade Saybolt Furol Seconds SFS 1000 100 20 50 200 300 Viscosidade FazBelém ViscosidadeBachaquero Viscosidade Faz Alegre Faixa de Mistura Faixa de Compactação Compactação 125 a 155SSF Viscosidade 16 Usinagem 75 a 95SSF 160 à 165 C REVESTIMENTOS ASFÁLTICOS Produtos obtidos em usina ou pista a quente ou a frio envolvendo agregados Brita I Pedrisco pó de pedra areia e fíler e ligantes asfálticos Quente CAP Fria ADP ou EAP adequadamente proporcionados É a camada do pavimento destinada a receber diretamente a ação do tráfego devendo ser tanto quanto possível impermeável resistente ao desgaste e suave ao rolamento Também chamada CAPA ou camada de desgaste 17 Misturas mornas Usinadas em altas temperaturas 160C Compactadas em baixas temperaturas 100 e 120C 18 REVESTIMENTOS httpswwwgovbrdnitptbr httpswwwgovbrdnitpt brassuntosplanejamento epesquisaipr CAUQ ou CBUQ Impermeabilidade 1 Acione o cronômetro assim que a água atingir o pavimento 2 Durante o ensaio mantenha o nível de água uniforme de acordo com a marcação do cilindro 3 Pare o cronômetro quando toda a água foi infiltrada no pavimento 20 Flexibilidade Módulo resiliente Módulo dinâmico Deformação plástica Deformação elástica Comportamento viscoelástico Superpave Estabilidade Visual 22 Durabilidade Ao longo da vida útil Viga Benkelman ou FWD Estimativa de resto de vida Cântabro Durabilidade ao desgaste da mistura Abrasão à Los Angeles Resistência à derrapagem Resistência à derrapagem Resistência à fadiga Resistência à fadiga 27 Resistência à fratura na tração térmica Pintura de ligação 28 Imprimação camada de ADP entre camada granular e camada betuminosa Pintura de ligação camada de EAP entre camadas betuminosas Pintura de ligação 29 ADP Cura evapora gasolina nafta ou querosene EAP Ruptura evapora água e emulsificante Vibroacabadora de distribuição de massa asfáltica 30 Vibroacabadora de distribuição de massa asfáltica 31 Controle da espessura Controle da temperatura 33 Aferir temperatura Dos agregados 10 à 15C acima do ligante Do ligante temperatura encontrada na viscosidade Mistura Usina viscosidade Caminhão no campo acima da temperatura de compactação Vibroacabadora acima da temperatura de compactação Pista Viscosidade Controle da temperatura Controle da temperatura Rolo de pneu Rolo compactador Dosagem de uma mistura 38 Dosagem escolha da proporção dos constituintes de modo a conseguir um bom desempenho da mistura em campo Dosagem de uma mistura 39 O desempenho em campo é estimado a partir de propriedades da mistura medidas em laboratório rigidez estabilidade durabilidade flexibilidade resistência ruptura deformação permanente fadiga atrito permeabilidade trabalhabilidade Teor de Projeto ótimo de Asfalto função do critério adotado e tipicamente baseado na Volumetria da Mistura 40 Resistência estabilidade DNIT 500 kgf Deinfra SIE 800 kgf Resistência à tração por compressão diametral RTCD 065 MPa Deformação permanente 100 x à 30000 x Fadiga Eixo padrão 82 ton Amostras e formas de compactação em laboratório 41 Dependendo do procedimento usado as amostras podem ser quanto à forma cilíndricas trapezoidais ou retangulares Amostras e formas de compactação em laboratório 42 Compactação pode ser realizada através de impacto amassamento vibração ou rolagem Volume de Vazios Vv Vazios no Agregado Mineral VAM Vazios Cheios com Betume VCB Relação BetumeVazios RBV 43 ASFALTO ABSORVIDO VOLUME DE VAZIOS PREENCHIDO COM ASFALTO VAZIOS PERMEÁVEIS A ÁGUA VAZIOS DE AR VOLUME DE AGREGADO VOLUME DE VAZIOS NÃO PREENCHIDO COM ASFALTO ASFALTO EFETIVO VAZIOS IMPERMEÁVEIS Volumetria 44 45 Dosagem Marshal 40 45 50 55 60 Total 15 corpos e prova Areia Pó de pedra Pedrisco Brita I 600 3600 3800 2000 1 cp 1200 g 151200 18000 g ou 18 kg Brita I 20 18000 3600g Pedrisco 38 18000 6840 g Pó de pedra 36 18000 6480g Areia 618000 1080 g 46 60 55 50 45 4 Projeto Penei ras mm 1146g 1152g 48g 100 000 0 10000 25 1152 1 9900 19 12442 8820 108 127 8986 78 8040 95 30182 5420 262 475 27372 3044 2376 2 14100 1820 1224 0425 9239 1018 802 018 5345 554 464 0075 6382 554 Fundo 1 cp tem 1200g 4 CAP 1200 004 48 g 96 Agregado 120048 1152g 1 cp tem 1200g 45 CAP 1200 0045 54 g 955 Agregado 120054 1146g 3x cada teor Volumetria 47 Massa Específica Aparente da Mistura COMPACTADA sub mis ar mis ar mis M M M Gmb Mmis ar Mmis sub 7 de VV Peso ao ar Peso submerso De 7 à 10 VV Peso ar Peso envolvido com parafina Peso submerso 10 VV Peso ao ar Peso envolvido com fita Peso envolvido com parafina Peso submerso 48 Volumetria 49 Densidade Máxima da Mistura Teórica ou Medida DMT ou DMM Mistura nãocompactada Volumetria 50 Massa Específica Máxima Teórica da Mistura Densidade da mistura sem vazios numericamente igual à massa total dividida pela soma dos volumes ocupados pelos materiais DMT 100 Asf Ag Am f Gasf Gag Gam Gf Asf Ag Am f percentagem de asfalto agregados graúdo miúdo e filer na mistura Gasf Gag Gam Gf densidades reais 51 DMT 100 Asf Ag Am f Gasf Gag Gam Gf Exemplo Calcular a DMT de uma mistura Asf 60 Gasf 103 Ag 60 Gag 272 Am 30 Gam 268 f 40 Gf 280 DMT 100 2469 6 60 30 4 103 272 268 280 6 CAP 20 BI 188 30 pedr 282 50 pó 47 DMT 100 2497 6 188 282 47 103 272 268 280 Volumetria 52 Massa Específica Máxima Medida da Mistura Determinada em laboratório ASTM D2041 Vácuo RICE TEST Querosene Castro Neto 1996 Massa Específica Máxima Medida Massa Específica Máxima Medida 53 Massa Específica Máxima Medida Massa Específica Máxima Medida 55 Gmm A A B C Onde A peso da mistura seca no ar B peso do frasco água C peso do frasco água mistura Massa Específica Máxima Medida Massa Específica Máxima Medida 56 Parâmetros muito importantes são os vazios na mistura total VTM ou vazios de ar na mistura asfáltica compactada no Brasil comumente chamado simplesmente de Volume de Vazios ou Vv Vazios Cheios com Betume VCB que diz respeito ao asfalto disponível na mistura VbVt O volume de vazios nos agregados minerais VAM soma das porcentagens de Vazios com a porcentagem de VCB 57 Procedimento Marshall Procedimento Marshall Procedimento Marshall Desenvolvido por Bruce Marshall para o Mississippi Highway Department na década de 1930 US Army Corps of Engineers USACE começou a estudar em 1943 para 2ª Guerra Mundial aeroportos Soquete de 10 lb 50 golpesface queda 18 Vv 4 após o tráfego Critérios iniciais estabelecidos e modificados para cargas crescentes 59 O método Marshall indica 2 níveis de energia de compactação 50 golpes por face do corpo de prova para baixo volume de tráfego 75 golpes por face do corpo de prova para alto volume de tráfego 60 120 125 130 135 140 145 150 155 160 165 170 175 180 Temperatura C Viscosidade Saybolt Furol Seconds SFS 1000 100 20 50 200 300 Viscosidade FazBelém ViscosidadeBachaquero Viscosidade Faz Alegre Faixa de Mistura Faixa de Compactação Compactação 125 a 155SSF Usinagem 75 a 95SSF 61 Temperaturas de Mistura e Compactação Temperaturas de Mistura e Compactação Em função da curva viscosidade temperatura do ligante asfáltico a ser usado na mistura Temperatura de Mistura ligante correspondente à viscosidade 75 a 155SSF não inferior a 107 e nem superior a 177ºC CAP 5070 usinagem agregado de 10 a 15ºC acima da temperatura do ligante Temperatura de usinagem viscosidade entre 75 e 95 SSF Temperatura de Compactação correspondente à viscosidade 125 a 155SSF 62 Procedimento Marshall Procedimento Marshall Preparação das amostras seguindo a graduação de projeto Adição de ligante na proporção correta 63 Mistura e homogeneização Procedimento Marshall Procedimento Marshall Colocação de amostra dentro de cilindro 64 Procedimento Marshall Procedimento Marshall 65 Extração dos corpos de prova Mensuração Demarcação Pesagem Procedimento Marshall Procedimento Marshall 66 Procedimento Marshall Procedimento Marshall Pesagem hidrostática Estabilidade Marshall Banhomaria a 60oC 30min 67 Estufa a 60oC 2h Estabilidade Marshall Estabilidade Marshall Estabilidade carga máxima unidade de força indicativa da resistência do corpo de prova à compressão diametral confinada modo de falha não definido Fluência deslocamento máximo unidade de distância apresentado pelo corpo de prova correspondente à aplicação da carga máxima 68 Procedimento Marshall Procedimento Marshall Metodologia para a Determinação do Teor Ótimo Segue uma explicação passoapasso do método de determinação do teor ótimo de ligante convencionalmente usado DNER 1 Determinação das massas específicas reais dos constituintes da mistura agregados DNIT ASTM ABNT e CAP geralmente assumida 102 este valor é compatível com CAPs produzidos no país pela Petrobras 2 Escolha da faixa granulométrica a ser utilizada DNER Aeronáutica Órgão estaduais ou Municipais etc 3 Escolha da composição dos agregados de forma a enquadrar a mistura de agregados nos limites da faixa granulométrica escolhida Ou seja é escolhido o percentual em peso de cada agregado para formar a mistura 69 Procedimento Marshall Procedimento Marshall 3 Escolha da composição dos agregados Note que neste momento não se considera ainda o teor de CAP portanto n 100 onde n varia de 1 ao número de diferentes agregados na mistura 70 Procedimento Marshall Procedimento Marshall 4Escolha das temperaturas de mistura e de compactação a partir da curva viscosidadetemperatura do ligante escolhido Tligante na hora de ser misturado ao agregado viscosidade entre 75 e 150SSF de preferência entre 75 e 95SSF ou 017002Pas se medida com o viscosímetro rotacional Tagregados deve ser de 10 a 15ºC acima da temperatura definida para o ligante sem ultrapassar 177ºC Tcompactação deve ser tal que o ligante apresente viscosidades na faixa de 125 a 155SSF ou 028003Pas 71 Procedimento Marshall Procedimento Marshall 130 135 140 145 150 155 160 165 170 175 180 1 10 Vicosidade Brookfield Poise Temperatura C Visc Fazenda Alegre Visc Fazenda Belém Visc Bachaquero Faixa de Mistura Faixa de Compactação 72 Procedimento Marshall Procedimento Marshall 5 Adoção de teores de asfalto para os diferentes grupos de CPs a serem moldados Cada grupo deve ter no mínimo 3 CPs Conforme a experiência do projetista para a granulometria selecionada é sugerido um teor de asfalto T em para o primeiro grupo de CPs Os outros grupos terão teores de asfalto acima T05 e T10 e abaixo T 05 e T10 73 Procedimento Marshall Procedimento Marshall 6 Após o resfriamento e a desmoldagem dos CPs obtémse as dimensões do mesmo diâmetro e altura Determinamse para cada CP suas massas seca MS e submersa em água MSsub Com estes valores é possível obter a massa específica aparente dos CPs Gmb que por comparação com a massa específica máxima teórica Gmm DMT vai permitir obter as relações volumétricas típicas da dosagem S M Ms Balança Ssub M Balança Psub 74 Procedimento Marshall Procedimento Marshall 7 A partir do teor de asfalto do grupo de CPs em questão a ajustase o percentual em peso de cada agregado ou seja n n 100 a onde n é o percentual em peso do agregado n na mistura asfáltica já contendo o asfalto Note que enquanto n 100 após o ajuste n 100 a Ajuste do percentual em peso dos agregados em função do teor de asfalto Brita I 25 Pedrisco 36 Areia 20 Pó de pedra18 Fíler 1 75 750 700 650 600 550 Teor de asfalto 922 93 935 94 945 agregado 2305 2325 2338 235 2363 Brita I Pedrisco Areia Pó de pedra Fíler Procedimento Marshall Procedimento Marshall 7 A partir do teor de asfalto do grupo de CPs em questão a ajustase o percentual em peso de cada agregado ou seja n n 100 a onde n é o percentual em peso do agregado n na mistura asfáltica já contendo o asfalto Note que enquanto n 100 após o ajuste n 100 a Ajuste do percentual em peso dos agregados em função do teor de asfalto Brita I 25 Pedrisco 36 Areia 20 Pó de pedra18 Fíler 1 76 700 650 600 550 Teor de asfalto 2325 2338 2350 2363 Brita I 3348 3366 3384 3402 Pedrisco 1860 1870 1880 1890 Areia 1674 1683 1692 1701 Pó de pedra 093 094 094 095 Fíler Procedimento Marshall Procedimento Marshall 8 Com base em n a e nas MASSAS ESPECÍFICAS REAIS dos constituintes Gi calculase a Densidade Máxima Teórica da mistura DMTGmm correspondente ao teor de asfalto considerado Esta densidade corresponde a massa específica Gmm e é dada por 77 Asfalto Fíler Pó de pedra Areia Pedrisco Brita I Material 10268 278 264 2645 2656 2656 Massa específica gcm³ 700 650 600 550 Teor de asfalto DMT 78 700 650 600 550 Teor de asfalto 2325 2338 2350 2363 Brita I 3348 3366 3384 3402 Pedrisco 1860 1870 1880 1890 Areia 1674 1683 1692 1701 Pó de pedra 093 094 094 095 Fíler Asfalto Fíler Pó de pedra Areia Pedrisco Brita I Material 10268 278 264 2645 2656 2656 Massa específica gcm³ DMT55 100 2439 55 2363 3402 1890 1701 095 10268 2656 2656 2645 264 278 Procedimento Marshall Procedimento Marshall 8 Com base em n a e nas MASSAS ESPECÍFICAS REAIS dos constituintes Gi calculase a Densidade Máxima Teórica da mistura DMTGmm correspondente ao teor de asfalto considerado Esta densidade corresponde a massa específica Gmm e é dada por 79 Asfalto Fíler Pó de pedra Areia Pedrisco Brita I Material 10268 278 264 2645 2656 2656 Massa específica gcm³ 700 650 600 550 Teor de asfalto 2388 2405 2422 2440 DMT Procedimento Marshall Procedimento Marshall 9 Cálculo dos parâmetros de dosagem para cada CP Volume dos corpos de prova Massa Específica Aparente da mistura Ssub S M M V V M Gmb S 80 700 650 600 550 Teor de asfalto 118430 118020 118500 118440 118400 118810 118800 118340 Massa seca g 67680 67370 67920 67920 67780 68200 68000 67800 Massa submersa g 5065 5075 Volume cm³ 2330 2334 Gmb 2332 Gmb médio Procedimento Marshall Procedimento Marshall 9 Cálculo dos parâmetros de dosagem para cada CP Volume dos corpos de prova Massa Específica Aparente da mistura Ssub S M M V V M Gmb S 81 700 650 600 550 Teor de asfalto 118430 118020 118500 118440 118400 118810 118800 118340 Massa seca g 67680 67370 67920 67920 67780 68200 68000 67800 Massa submersa g 50750 50650 50580 50520 50620 50610 50800 50540 Volume cm³ 2342 2339 2348 2339 2344 2343 2330 2334 Gmb 2340 2343 2344 2332 Gmb médio 82 Procedimento Marshall Procedimento Marshall 700 650 600 550 Teor de asfalto 199 255 324 442 VV 1595 1483 1369 1249 VCB 1794 1739 1693 1691 VAM 8891 8532 8088 7386 RBV 700 650 600 550 Teor de asfalto 2388 2405 2422 2440 DMT 2340 2343 2344 2332 Gmb médio Ga 10268 83 Procedimento Marshall Procedimento Marshall 700 650 600 550 Teor de asfalto 199 255 324 442 VV 1595 1483 1369 1249 VCB 1794 1739 1693 1691 VAM 8891 8532 8088 7386 RBV 84 700 650 600 550 Teor de asfalto 199 255 324 442 VV 1595 1483 1369 1249 VCB 1794 1739 1693 1691 VAM 8891 8532 8088 7386 RBV 2340 2343 2344 2332 Gmb 2388 2405 2422 2440 DMT 9800 10300 11250 9350 Estabilidade N 000 050 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600 650 700 VV Teor de ligante 1680 1700 1720 1740 1760 1780 1800 550 600 650 700 VAM Teor de ligante 7000 7500 8000 8500 9000 550 600 650 700 RBV Teor de ligante 2380 2390 2400 2410 2420 2430 2440 2450 550 600 650 700 DMT Teor de ligante 2330 2332 2334 2336 2338 2340 2342 2344 2346 550 600 650 700 Gmb gcm³ Teor de ligante 9000 9500 10000 10500 11000 11500 550 600 650 700 Estabilidade N Teor de ligante Parâmetros para escolha do projeto pela ES 031 do DNIT VV 3 à 5 RBV 75 à 82 VAM diâmetro máximo Estabilidade 500 kgf pelo DNIT e 800 kgf pela SIE Deinfra 85 Escolha do Teor Ótimo Escolha do Teor Ótimo O método de dosagem Marshall pode apresentar diversas alternativas para escolha do teor de projeto de ligante asfáltico NAPA 1982 escolha primordialmente para camadas de rolamento em concreto asfáltico baseada somente no Vv 4 ou o Vv correspondente à média das especificações No Brasil a escolha do teor de projeto correspondente a um Vv de 4 também é adotada no estado de São Paulo pela DERSA Não utilizar Observase distinção de procedimentos para definição do teor de projeto dependendo do órgão empresa ou instituto de pesquisa É comum 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 3 teores correspondentes aos teores associados à máxima estabilidade à massa específica aparente máxima da amostra compactada e a um Vv de 4 ou média das especificações 86 87 000 100 200 300 400 500 550 600 650 700 VV Teor de ligante 1680 1700 1720 1740 1760 1780 1800 550 600 650 700 VAM Teor de ligante 7000 7500 8000 8500 9000 550 600 650 700 RBV Teor de ligante 9000 9500 10000 10500 11000 11500 550 600 650 700 Estabilidade N Teor de ligante 88 70 72 74 76 78 80 82 84 86 88 90 15 2 25 3 35 4 45 5 55 55 6 65 7 VV Teor de ligante Exercício Exercício Considere um CAP 5060 com densidade 102 Três corpos de prova CP1 CP2 e CP3 de um CBUQ são moldados com este CAP com teores 55 60 e 65 respectivamente um corpo de prova com cada teor Os resultados da densidade teórica máxima de cada mistura juntamente com os pesos dos corpos de prova seco e imerso são apresentados na Tabela abaixo Determine o volume e a densidade aparente dos corpos de prova bem como os demais parâmetros usados na determinação do teor ótimo Vv VCB VAM RBV 89