Disciplina: ETG033 Construção de Estradas e Vias Urbanas Profa. Jisela Aparecida Santanna Greco
Misturas Betuminosas Densas Dosagem Marshall A aplicação de revestimentos asfálticos deve ser precedida por ensaios que permitam a obtenção do teor (ou quantidade) de ligante a ser utilizado na mistura, para que a mesma se enquadre dentro de especificações que são definidas com a finalidade de evitar desagregação prematura da mistura, por falta de ligante, ou superfícies escorregadias e deformáveis, por excesso de ligante. CONCRETO ASFÁLTICO: mistura mistura de agregado mineral graduado, filler e asfalto, em usina e a quente. DOSAGEM DOS CONCRETOS ASFÁLTICOS Através da dosagem Marshall determina-se a quantidade ótima de ligante a ser utilizada em misturas asfálticas usinadas a quente, destinadas à pavimentação de vias. Ensaio Marshall – Preparação dos corpos de prova – Agregado e asfalto são aquecidos separadamente, até temperatura especificada; – Agregado e asfalto são misturados, mantendo-se a temperatura da mistura; – A mistura é colocada em molde aquecido e compactada com soquete de 10 libras de peso (4,54Kg), caindo de uma altura de 18” (45,72 cm). – Compactação – Aplicar 75 golpes do soquete por face do cp (corpo de prova) – Devem ser moldados 3 corpos de prova para cada teor de ligante utilizado na dosagem – Os corpos de prova são cilíndricos, com 4” (10,16 cm) de diâmetro e 2½” (6,35 cm) de altura. – Execução do ensaio – Após a compactação, deve-se esperar que os corpos de prova esfriem, para então realizar sua extrusão, retirando-os do molde metálico – Em seguida os corpos de prova devem ser pesados ao ar e imersos, para determinação de seu peso específico aparente (se necessário devem ser parafinados antes da determinação do peso imerso) – Devem ser realizadas medidas de seu diâmetro e de sua altura, com paquímetro (3 medidas de cada, para se chegar a uma média confiável) – Os corpos de prova devem ser colocados em banho-maria a 60ºC, por 40 min – Imediatamente após a retirada do banho-maria, devem ser levados à prensa do aparelho Marshall, sendo a carga aplicada continuamente ao longo da superfície do
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cilindro (compressão diametral), à média de 2” (50,8 mm) por minuto, até o rompimento. – A carga máxima aplicada que provoca o rompimento do cp = valor da estabilidade Marshall (em Kgf) – A deformação sofrida pelo corpo de prova até o momento da ruptura (deformação máxima) é o valor da fluência. A unidade de fluência é 0,01” (um centésimo de polegada = 0,254 mm) ou 0,1 mm (um décimo de milímetro).
Para a dosagem dos concretos asfálticos devem ser estudados os seguintes parâmetros: GRANULOMETRIA DO AGREGADO: determinar a Densidade Máxima utilizando o método de FULLER-TALBOT, para garantir máxima estabilidade DENSIDADE APARENTE DA MISTURA (d): obtida do ensaio de dosagem Marshall
d=
M cp ao ar M cp ao ar - M cp imerso
Onde M cp ao ar= massa do corpo de prova ao ar M cp imerso = massa do corpo de prova imerso em água DENSIDADE MÁXIMA TEÓRICA (D): densidade da mistura suposta sem vazios
% ag % af % f % b 100 + + + = d ag d af d f d b D
D=
100 % ag % af % f % b + + + d ag d af d f d b
Onde ag – agregado graúdo af – agregado fino f – filler ou material de enchimento b – betume ou asfalto VOLUME DE VAZIOS (Vv): é o volume de vazios existente na mistura em relação ao volume total da mistura
P P DP - dP V -V D - d Vv = aparente teórico ×100 = d D ×100 = dD ×100 = 100 x P P Vaparente D d d
PORCENTAGEM DE VAZIOS DO AGREGADO MINERAL (VAM): é a soma dos vazios não preenchidos (Vv) com os vazios preenchidos por betume (Vb), ou seja, é o volume total de vazios da mistura (d x %b) M m d b = VAM = Vv + Vb = Vv + d = v d b V aparente Onde: d b = densidade real do asfalto (betume) %b = % de asfalto (betume)
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RELAÇÃO BETUME VAZIOS (RBV): é a relação entre o volume de betume e o volume total de vazios 100 x V b
RBV =
VAM
ESTABILIDADE: é a carga (kgf) sob a qual o corpo de prova rompe quando submetido à compressão diametral FLUÊNCIA: é a deformação (em 0,01" ou 0,1 mm) que o corpo de prova sofre quando rompe no ensaio de compressão diametral Através da dosagem Marshall buscam-se misturas com: – densidade máxima possível para garantir máxima estabilidade; – fluência entre certos limites, para garantir flexibilidade; – volume de vazios entre certos limites para garantir que não ocorra oxidação da massa asfáltica pela ação da água e/ou ar, e que também não ocorra exsudação e – relação betume vazios entre certos limites, para garantir que exista betume suficiente e que não ocorra exsudação. Especificações Granulométricas – DNIT 031/2006-ES Peneira de Malha Quadrada % em massa, passando Série ASTM Abertura Faixa A Faixa B Faixa C (mm) 2” 50,8 100 – – 1 ½” 38,1 95 – 100 100 – 1” 25,4 75 – 100 95 – 100 – ¾” 19,1 60 – 90 80 – 100 100 ½” 12,7 – – 80 – 100 3/8” 9,5 35 – 65 45 – 80 70 – 90 Nº 4 4,8 25 – 50 28 – 60 44 – 72 Nº 10 2,0 20 – 40 20 – 45 22 – 50 Nº 40 0,42 10 – 30 10 – 32 8 – 26 Nº 80 0,18 5 – 20 8 – 20 4 – 16 Nº 200 0,075 1-8 3–8 2 – 10 Camada de Ligação (Binder)
Camada de Ligação e Rolamento
Tolerâncias – ±7% ±7% ±7% ±7% ±7% ±5% ±5% ±5% ±3% ±2%
Camadas de Rolamento
A faixa usada deve ser aquela cujo diâmetro máximo for igual ou inferior a 2/3 da espessura da camada. ROTEIRO DE DOSAGEM MARSHALL Após fixada a granulometria da mistura, calcular o teor provável de asfalto através do método da superfície específica:
S=
0,17 x G + 0,33 x g + 2,3 x A + 12 x a + 135 x f 100 3
S = superfície específica do agregado, em m2/kg G = % retida na # 9,52 mm g = % passada na # 9,52 mm e retida na # 4,76 mm A = % passada na # 4,76 mm e retida na # 0,297 mm a = % passada na # 0,297 mm e retida na # 0,075 mm f = % passada na # 0,075 mm Calcular o teor provável de betume em relação à massa de agregado mineral (Tca) 1 T = m x S5 ca
Onde m = módulo de riqueza (3,75 - 4,00) TCA= teor de betume em relação à massa de agregado Corrigir o teor de asfalto devido à densidade do agregado mineral, segundo a seguinte expressão:
T
T'ca = 2,65 x ca
d am
Onde dam = densidade real média ponderada (se os agregados forem diferentes, ponderam-se suas densidades) Com o teor de asfalto corrigido, calcular a porcentagem de asfalto em relação à mistura.
Pca =
100 x T'ca 100 + T'ca
Estimado o teor provável de asfalto (Pca), moldar baterias de 3 corpos de prova para cada um dos seguintes teores: Pca, Pca ± 0,5% e Pca ± 1,0%. Determinar as densidades (média de 3, para os diversos teores)
d=
M cp ao ar M cp ao ar - M cp imerso
Submeter os corpos de prova à compressão diametral Determinar a estabilidade (E) e a fluência (F) para cada teor (média de 3) Calcular a densidade teórica para cada teor de asfalto 100 D= % ag % af % f % b + + + d ag d af d f d b onde %b = Pca ou Pca ± 0,5% ou Pca ± 1,0% Com a densidade teórica (D), calcular o volume de vazios (Vv) para cada teor D - d Vv = 100 × D
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Calcular o volume de betume (Vb) para cada teor d × %b
V b =
d b
Com Vv e Vb, calcular a relação betume vazios (RBV) para cada teor RBV =
100 × V b
100 × V b (V b + V v ) VAM =
Lançar, em gráfico, o teor de betume versus as seguintes variáveis: E, F, d, Vv e RBV –
Determinar a porcentagem de betume que satisfaça às seguintes condições: d: máxima possível E ≥ 500 kgf 20 ≤ F ≤ 46 (0,1 mm) 75% ≤ RBV ≤ 82% 3% ≤ Vv ≤ 5%
Gráficos típicos obtidos através dos ensaios de dosagem Marshall Densidade
Estabilidade
Volume de Vazios
RBV
Fluência
% de asfalto
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Exemplo planilha dosagem Marshall
% % cp asf. agreg.
peso ao ar
peso imerso
volume
dens.
dens.
aparente teórica
def. do cte. do anel anel
carga (Kgf)
corr.
E (Kgf)
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 carga (Kgf) = def. do anel * cte. do anel E = estabilidade = carga * correção (da altura do corpo de prova, pois esta deveria ser de 63,5 mm) volume =peso ao ar - peso imerso em água densidade aparente = d = Mar / V densidade teórica = D = 100 /( (%ag/dag) + (%b/db) ) volume de vazios = Vv = 100 (D-d)/D volume de betume = Vb = (d * %b)/db volume de vazios do agregado mineral = VAM = Vv + Vb relação betume vazios = RBV = 100 * V b / VAM
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F (0,1 mm)
Vv (%)
Vb (%)
VAM (%)
RBV (%)
Tabela – Correção da estabilidade em função da espessura do corpo de prova (Anexo Normativo) Espessura (mm) 50,8 51,0 51,2 51,6 51,8 52,0 52,2 52,4 52,6 52,9 53,1 53,3 53,5 53,8 54,0 54,2 54,5 54,7 54,9 55,1 55,4 55,6 55,8 56,1
Fator 1,47 1,45 1,44 1,43 1,42 1,41 1,40 1,39 1,38 1,37 1,36 1,35 1,34 1,33 1,32 1,31 1,30 1,29 1,28 1,27 1,26 1,25 1,24 1,23
Espessura (mm) 56,3 56,6 56,8 57,12 57,4 57,7 58,1 58,4 58,7 59,0 59,3 59,7 60,0 60,3 60,6 60,9 61,1 61,4 61,9 62,3 62,7 63,1 63,5 63,9
Fator 1,22 1,21 1,20 1,19 1,18 1,17 1,16 1,15 1,14 1,13 1,12 1,11 1,10 1,09 1,08 1,07 1,06 1,05 1,04 1,03 1,02 1,01 1,00 0,99
Espessura (mm) 64,3 64,7 65,1 65,6 66,1 66,7 67,1 67,5 67,9 68,3 68,8 69,3 69,9 70,3 70,8 71,4 72,2 73,0 73,5 74,0 74,6 75,4 76,2
Fator 0,98 0,97 0,96 0,95 0,94 0,93 0,92 0,91 0,90 0,89 0,88 0,87 0,86 0,85 0,84 0,83 0,82 0,81 0,80 0,79 0,78 0,77 0,76
Fonte: DNER-ME 043/95; p.07/11
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