ANÁLISE DO COMPORTAMENTO DE MISTURAS ASFÁLTICAS …

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INSTITUTO MILITAR DE ENGENHARIA

CAP LUIZ THIAGO OLIVEIRA LOPES

CAP FELIPE DA ROSA BICO

ANÁLISE DO COMPORTAMENTO DE MISTURAS ASFÁLTICAS

ATRAVÉS DA DOSAGEM MARSHALL E ENSAIOS MECANÍSTICOS

Rio de Janeiro

2016

Relatório de Projeto de Final de Curso apresentado ao Curso de Graduação em Engenharia de Fortificação e Construção do Instituto Militar de Engenharia, como requisito parcial para aprovação na referida disciplina. Orientador: Prof. Antonio Carlos Rodrigues Guimarães, D.Sc.

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c2016


Praça General Tibúrcio, 80 – Praia Vermelha

Rio de Janeiro – RJ CEP: 22290-270

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base de dados, armazenar em computador, microfilmar ou adotar qualquer forma de

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É permitida a menção, reprodução parcial ou integral e a transmissão entre bibliotecas

deste trabalho, sem modificação de seu texto, em qualquer meio que esteja ou venha a ser

fixado, para pesquisa acadêmica, comentários e citações, desde que sem finalidade

comercial e que seja feita a referência bibliográfica completa.

Os conceitos expressos neste trabalho são de responsabilidade do(s) autor(es) e do(s)

orientador(es).

625.8

Lopes, Luiz Thiago Oliveira

L864a Análise do comportamento de misturas asfálticas através da dosagem marshall e ensaios mecanísticos / Luiz Thiago Oliveira Lopes; Felipe da Rosa Bico; orientado por Antonio Carlos Rodrigues Guimarães – Rio de Janeiro: Instituto Militar de Engenharia, 2016. 93p. : il. Projeto de Fim de Curso (PROFIC) – Instituto Militar de Engenharia, Rio de Janeiro, 2016. 1. Curso de Engenharia de Fortificação e Construção – Projeto de Fim de Curso. 2. Asfalto. 3.Pavimentação. I. Bico, Felipe da Rosa. II. Guimarães, Antonio Carlos Rodrigues. III. Título. IV. Instituto Militar de Engenharia.

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CAP LUIZ THIAGO OLIVEIRA LOPES

CAP FELIPE DA ROSA BICO

ANÁLISE DO COMPORTAMENTO DE MISTURAS ASFÁLTICAS

ATRAVÉS DA DOSAGEM MARSHALL E ENSAIOS MECANÍSTICOS

Relatório de Projeto de Final de Curso apresentado ao Curso de Graduação em Engenharia de Fortificação e Construção do Instituto Militar de Engenharia, como requisito parcial para aprovação na referida disciplina.

Orientador: Prof. Antonio Carlos Rodrigues Guimarães, D.Sc. Aprovada em 29 de setembro de 2016 pela seguinte Banca Examinadora:

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AGRADECIMENTOS

Em primeiro lugar à Deus pela saúde e ânimo, fundamentais para conclusão deste

trabalho;

Em segundo, à família pelo suporte emocional e apoio;

Ao Maj Guimarães pelas orientações, sugestões e constante incentivo;

Ao Maj Aredes por todo apoio e orientações.

5

SUMÁRIO

LISTA DE ILUSTRAÇÕES..................................................................................................8

LISTA DE TABELAS.........................................................................................................11

LISTA DE SÍMBOLOS.......................................................................................................13

LISTA DE SIGLAS.............................................................................................................14

1. INTRODUÇÃO .............................................................................................................. 17

2. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA ......................................................................................... 20

2.1 Ligantes asfálticos: características gerais ................................................................ 20

2.1.2 Asfalto modificado por polímero ........................................................................ 20

2.1.3 Ensaios determinantes para asfaltos modificados por polímeros ...................... 21

2.2 Agregados: características gerais ............................................................................ 21

2.2.1 Basaltos ............................................................................................................. 22

2.2.2 Distribuição granulométrica e graduação dos agregados .................................. 23

2.3 Tipos de misturas asfálticas ..................................................................................... 25

2.3.1 Concreto Asfáltico (CA) ..................................................................................... 29

2.4 Dosagem Marshall ................................................................................................... 30

2.4.1 Definindo os parâmetros físicos e volumétricos do sistema ligante agregado ... 30

2.4.2 Obtenção do teor de projeto pelo método Marshall .......................................... 35

2.5 Considerações sobre propriedades mecânicas das misturas asfálticas e ensaios

mecanísticos ...................................................................................................................... 39

2.5.1 Ensaio de resistência à tração estática por compressão diametral .................... 41

2.5.2 Ensaio de fadiga por compressão diametral ...................................................... 42

2.5.3 Ensaio de Módulo Resiliente .............................................................................. 43

2.6 Software SisPav ...................................................................................................... 44

6

3. CARACTERIZAÇÃO DOS MATERIAIS E MÉTODOS ................................................. 46

3.1 Agregados ............................................................................................................... 46

3.1.1 Granulometria .................................................................................................... 48

3.1.2 Densidade e absorção ....................................................................................... 49

3.1.3 Ensaio de Adesividade ....................................................................................... 51

3.1.4 Ensaio Treton ..................................................................................................... 51

3.1.5 Ensaio de abrasão Los Angeles ......................................................................... 52

3.1.6 Resumo dos resultados obtidos na caracterização dos agregados ................... 53

3.2 Ligante ..................................................................................................................... 54

3.2.1 Penetração......................................................................................................... 54

3.2.2 Ponto de amolecimento ...................................................................................... 55

3.2.3 Recuperação elástica ........................................................................................ 55

3.2.4 Viscosidade Brookfield ....................................................................................... 56

3.2.5 Ponto de fulgor ................................................................................................... 57

3.2.6 Ensaio de durabilidade RTFOT (Rolling Thin Film Oven Test) .......................... 58

3.2.7 Resumo dos resultados obtidos na caracterização do CAP 60/85 ..................... 58

4. DOSAGEM DAS MISTURAS ASFÁLTICAS ................................................................ 60

4.1 Enquadramento granulométrico ............................................................................... 60

4.2 Separação de material ............................................................................................. 62

4.3 Mistura asfáltica ....................................................................................................... 63

4.4 Compactação Marshall ............................................................................................ 64

4.5 Volumetria ................................................................................................................ 65

4.6 Ensaio de estabilidade e fluência............................................................................. 66

4.7 Obtenção de gráficos ............................................................................................... 67

5. ENSAIOS MECANÍSTICOS / SisPav............................................................................ 70

7

5.1 Resistência à tração estática ................................................................................... 70

5.2 Vida de fadiga .......................................................................................................... 71

6. RESULTADOS E ANÁLISES .................................................................................... 73

6.1 Parâmetros Volumétricos ......................................................................................... 73

6.2 Resultados da mistura T1 ........................................................................................ 73



6.5 Comparação entre as misturas ................................................................................ 79

6.5.1 Comparação dos ensaios mecanísticos ........................................................... 81

6.5.1.1 Vida de Fadiga ............................................................................................... 82

6.6 Utilização do software SisPav...................................................................................83

6.6.1 Resultado da mistura T1....................................................................................86



7. CONCLUSÕES E SUGESTÕES PARA TRABALHOS FUTUROS .............................. 89

8. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ............................................................................. 91

8

LISTAS DE ILUSTRAÇÕES

Figura 1.1 – Ranking de qualidade das rodovias dos países da América do Sul, CNT

(2015) ............................................................................................................................. 17

Figura 2.1 – Basalto de Araguari – MG. ......................................................................... 22

Figura 2.2 – Curvas granulométricas, BERNUCCI et al (2008). ..................................... 24

Figura 2.3 – Curvas granulométricas pelo SUPERPAVE, BERNUCCI et al (2008). ...... 25

Figura 2.4 – Graduações de diferentes tipos de misturas densa, VASCONCELOS (2004).

....................................................................................................................................... 27

Figura 2.5 – Graduações de diferentes tipos de misturas abertas, VASCONCELOS

(2004). ............................................................................................................................ 27

Figura 2.6 – Graduações de diferentes tipos de misturas descontínuas, VASCONCELOS

(2004). ............................................................................................................................ 28

Figura 2.7 – Corpos de prova de diversas misturas, BERNUCCI et al (2008). ............... 28

Figura 2.8 – Sistema de componentes de uma mistura asfáltica, BERNUCCI et al

(2008)..............................................................................................................................31

Figura 2.9 – Volumes considerados na determinação da densidade real, VASCONCELOS

(2004)..............................................................................................................................33

Figura 2.10 – Sistema para determinação da Gmm ....................................................... 33

Figura 2.11 – Ilustração dos vazios entre os filmes de ligantes na Gmm, VASCONCELOS

(2004). ............................................................................................................................ 34

Figura 2.12 – Volumetria de uma mistura asfáltica, BERNUCCI et al (2008). ................ 35

Figura 2.13 – Compactador Marshall e corpos de prova. ............................................... 36

Figura 2.14 – Prensa Marshall para determinação da estabilidade e fluência................ 37

Figura 2.15 – Especificações do método Marshall, BERNUCCI et al (2008). ................. 38

Figura 2.16 – Determinação do teor de projeto, VASCONCELOS (2004). ..................... 39

Figura 2.17 – Comportamento dos ensaios de fluência e relaxação, LASKES (1998) apud

NASCIMENTO (2015). ................................................................................................... 40

Figura 2.18 – Tensões atuantes no CP durante o ensaio brasileiro, DNER-ME 138/94. 41

Figura 2.19 – Deformações sob carregamentos repetidos, HUANG (1993). .................. 43

Figura 2.20 – Ensaio triaxial de carga repetida e modelo composto, VIEIRA (2015). .... 44

9

Figura 2.21 – Tela principal do SisPav ........................................................................... 45

Figura 3.1 Quarteamento da amostra de campo ............................................................ 46

Figura 3.2 Exemplo de agregados com diferentes formas, BERNUCCI et al (2008). ..... 47

Figura 3.3 Amostra de brita 1 utilizada na pesquisa ....................................................... 47

Figura 3.4 Peneirador Mecânico Automático. ................................................................. 48

Figura 3.5 Curvas granulométricas dos agregados utilizados nesta pesquisa. ............. 49

Figura 3.6 Etapas do ensaio de densidade e absorção de agregado graúdo ................ 50

Figura 3.7 Ensaio de densidade real do agregado miúdo................................................50

Figura 3.8 Agregado Graúdo após ensaio de Adesividade ............................................ 51

Figura 3.9 Ensaio Treton..................................................................................................52

Figura 3.10 Material retido na peneira de 1,7 mm. .. ...................................................... 52

Figura 3.11 Etapas do ensaio de abrasão Los Angeles ................................................ 53

Figura 3.12 Ensaio de Penetração ................................................................................. 54

Figura 3.13 Ensaio de Ponto de Amolecimento .............................................................. 55

Figura 3.14 Recuperação Elástica .................................................................................. 55

Figura 3.15 Viscosímetro Brookfield ............................................................................... 56

Figura 3.16 Curva de Viscosidade versus Temperatura ................................................. 56

Figura 3.17 Ensaio de Ponto de Fulgor em vaso Cleveland ........................................... 57

Figura 3.18 Especificação de Asfalto Polímero, BERNUCCI et al (2008)....................... 58

Figura 4.1 Traço T1 ........................................................................................................ 60

Figura 4.2 Traço T2 ........................................................................................................ 61

Figura 4.3 Traço T3 ........................................................................................................ 61

Figura 4.4 Traço T1 SUPERPAVE ................................................................................. 62

Figura 4.5 Agregados para CPs = 1200g - %CAP ......................................................... 63

Figura 4.6 Etapas para mistura asfáltica. ....................................................................... 63

Figura 4.7 Compactação das amostras .......................................................................... 64

Figura 4.8 Extração do CP ............................................................................................. 64

10

Figura 4.9 Medições com paquímetro ............................................................................ 65

Figura 4.10 Sequência de ensaio Gmb. ........................................................................... 65

Figura 4.11 Banho-maria à 60 °C ................................................................................... 66

Figura 4.12 Medida de Estabilidade e Fluência...............................................................66

Figura 4.13 Gráficos obtidos na dosagem Marshall para o traço T2 .............................. 69

Figura 5.1 Ensaio de Resistência à Tração por compressão diametral. ......................... 70

Figura 5.2 Gráfico teor de asfalto versus RT obtido com traço T2. ................................ 71

Figura 5.3 Ensaio de Fadiga. .......................................................................................... 72

Figura 6.1 Teor de asfalto versus Vv e RBV da mistura T1 ............................................ 74

Figura 6.2 Teor de asfalto versus Vv e RBV da mistura T1. ........................................... 74






Figura 6.8 Teor de asfalto versus Vv e RBV da mistura T3 ............................................ 79

Figura 6.9 Estabilidade das misturas avaliadas neste estudo...........................................81

Figura 6.10 Resistência à Tração das Misturas avaliadas neste estudo..........................81

Figura 6.11 Total de CPs (33 unidades) para ensaios com teor de projeto....................82

Figura 6.12 Curva de fadiga das misturas deste estudo (∆σ x Nf)...................................82

Figura 6.13 Estrutura modelada no SisPav, AREDES (2016)..........................................84

Figura 6.14 Valores médios diários, trafego bidirecional, do estudo de caso...................85

Figura 6.15 Dados do tráfego no SisPav..........................................................................85

Figura 6.16 Camadas no SisPav......................................................................................86

Figura 6.17 Parâmetros da mistura T1.............................................................................86



11

LISTA DE TABELAS

Tabela 2.1 - Principais tipos de misturas a quente, USACE (2000) apud VASCONCELOS

(2004)..................................................................................................................................26

Tabela 2.2 - Especificações das faixas do DNIT, DNIT 031/2004 – ES..............................29

Tabela 3.1 - Granulometria dos agregados utilizados nesta pesquisa................................48

Tabela 3.2 - Resultados da densidade e absorção dos agregados graúdos........................50

Tabela 3.3 - Resultado da densidade real do agregado miúdo............................................51

Tabela 3.4 - Resultado de perda ao choque........................................................................52

Tabela 3.5 - Resultado de abrasão Los Angeles.................................................................53

Tabela 3.6 - Resultado dos ensaios de caracterização dos agregados..............................54

Tabela 3.7 - Resumo dos resultados de caracterização do CAP 60/85..............................59

Tabela 4.1 - Especificações de Serviço, DNIT 031/2004 – ES............................................67

Tabela 6.1 - Resultados da DMT e Gmm para mistura T1.....................................................73

Tabela 6.2 - Percentual do teor de projeto da mistura T1.....................................................75



Tabela 6.5 - Parâmetros finais da dosagem Marshall desta pesquisa..................................80

Tabela 6.6 Parâmetros das camadas, GALHARDO (2015) apud AREDES (2016)............84

Tabela 6.7 Espessura mínima dimensionamento DNIT (2006)...........................................85

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ABREVIATURAS

ATR - Afundamento de trilha de roda

CA - Concreto Asfáltico

CAP - Cimento asfáltico de petróleo

CBUQ - Concreto Betuminoso Usinado à Quente

CP - Corpo de prova

DMT - Densidade máxima teórica

LDM - Linha de densidade máxima

MR - Módulo de resiliência

NBR - Norma Brasileira

RBV - Relação betume-vazios

RC - Resistência à compressão

RT - Resistência à tração indireta

RTFOT - Rotating Thin Film Oven Test

SHRP - Strategic Highway Research Program

SisPav - Sistema de Dimensionamento de Pavimentos

Superpave - Superior Performing Asphalt Pavement

TC - Tensão controlada

TMN - Tamanho máximo nominal

VAM - Vazios do agregado mineral

13

SÍMBOLOS

d - Diâmetro da peneira

D - Tamanho máximo do agregado

- Diferença de deformações

- Diferença de tensões

ϵ - Deformação média

ϵp - Deformação permanente acumulada

ϵr - Deformação específica resiliente

Gmb - Densidade aparente da mistura asfáltica

Gmm - Densidade máxima medida da mistura

Nf - Vida de fadiga

P - Porcentagem de material que passa na peneira de diâmetro d

Pmax - Carga máxima

Pcont - Carga de contato

R2 - Coeficiente de determinação

RBV - Relação betume-vazios

Va - Vazios com ar da mistura

Vv - Volume de vazios com ar

w - Massa Específica da Água

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LISTA DE SIGLAS

AASHTO American Association of State Highway and

Transportation Officials

ANP Agência Nacional do Petróleo, Gás Natural e

Biocombustíveis

ABNT Associação Brasileira de Normas Técnicas

ABCP Associação Brasileira de Cimento Portland

ASTM American Society for Testing and Materials

COPPE/UFRJ Instituto Alberto Luiz Coimbra de Pós-graduação e

Pesquisa de Engenharia

CNT Confederação Nacional do Transporte

DNER Departamento Nacional de Estradas de Rodagem

DNIT Departamento Nacional de Infraestrutura de Transportes

IME Instituto Militar de Engenharia

15

RESUMO

Este trabalho teve como objetivo analisar o comportamento de misturas asfálticas

através da dosagem Marshall e ensaios mecanísticos.

Primeiramente, realizou-se uma revisão bibliográfica abordando os seguintes

tópicos: agregados e ligantes usados em pavimentação, tipos de misturas asfálticas,

métodos de dosagem Marshall, propriedades e ensaios mecanísticos.

Em seguida, executou-se a caracterização dos agregados e ligante, verificando se

os mesmos atendiam as especificações estabelecidas em norma. De posse desses dados,

foram escolhidas três graduações granulométricas enquadradas dentro da faixa C do DNIT

para posterior comparação de desempenho das misturas.

Para cada mistura, foi obtido o teor de ligante de projeto utilizando o método

Marshall de dosagem de misturas asfálticas. Após isso, com o teor de projeto, realizou-se

a confecção de novos corpos de prova que foram utilizados para a execução de ensaios

mecanísticos (Resistência à Tração Indireta por Compressão Diametral, Ensaio de Fadiga

e Ensaio de Módulo de Resiliência).

De posse dos resultados dos ensaios, usou-se o software SisPav para realizar o

dimensionamento da camada de revestimento e estimativa da vida útil, considerando as

três misturas estudadas. Para as demais camadas constituintes do pavimento, tráfego

solicitante e demais condições de contorno, utilizou-se os dados de um estudo de caso.

Por fim, realizou-se a comparação de desempenho das três misturas asfálticas

através de todos os parâmetros coletados na pesquisa.

Para este estudo foram moldados 89 corpos de prova, onde 56 deles foram utilizados

na obtenção do teor ótimo de ligante e 33, para confirmação do teor projeto e ensaios

mecanísticos.

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ABSTRACT

This study aimed to analyze the behavior of asphalt mixtures by Marshall dosage and

mechanistic studies.

First, there was a literature review covering the following topics: aggregates and

binders used in flooring, types of asphalt mixtures, Marshall dosing methods, properties and

mechanistic studies.

Then performed the characterization of aggregates and binder, verifying if they met

the specifications set out in the standard. With this data, It was chosen three size

graduations framed within the DNIT C range for comparison of performance of mixtures.

To each mixture, there was obtained project binder content using the Marshall

method dosing asphalt mixtures. After that, with the design content, there was the

preparation of new specimens that were used for performing mechanistic assays (Indirect

Tensile Diametral Compression, Fatigue Testing and resilient modulus test).

With the results of the tests, we used the SisPav software for the design of the coating

layer and the estimated useful life, considering the three mixtures studied. For other

constituent layers of the pavement, requesting traffic and other boundary conditions, we

used the data from a case study.

Finally, the performance comparison of the three asphalt mixtures was conducted

using all parameters listed in the search.

For this study were molded 89 specimens, where 56 of them were used to obtain the

optimal content of binder and 33 to confirm the project content and mechanistic studies.

17

1. INTRODUÇÃO

Devido a razões históricas, verifica-se a importância do modal rodoviário na matriz

de transporte de cargas brasileira, conforme indicado na pesquisa desenvolvida pela

Confederação Nacional do Transporte, CNT (2015) o modal rodoviário apresenta 61% de

participação, ferroviário 20,7%, aquaviário 13,6%, dutoviário 4,2% e aéreo 0,4%. Mais

relevante ainda é a sua participação na matriz de transporte de passageiros, liderando com

95%, esses números mostram a relevância das rodovias brasileiras na integração do

sistema de transportes e desenvolvimento socioeconômico do país.

Em virtude desse desequilíbrio histórico, o modal rodoviário, que é o ideal para o

deslocamento de cargas e passageiros para curtas e médias distâncias, também tem tido

grande emprego no transporte de longas distâncias, nas quais necessita de rodovias que

apresentem condições ótimas para a sua utilização, vale citar outro estudo desenvolvido

pela CNT, Entraves Logísticos ao Escoamento de Soja e Milho, o qual aponta um prejuízo

de R $ 3,8 bilhões na exportação desses grãos devido às condições das rodovias. Se

propagarmos o mesmo raciocínio para os outros insumos poderemos mensurar o enorme

impacto na economia do país. Ainda no contexto econômico, segundo REIS (2002), uma

rodovia em mal estado de conservação irá acarretar a mais 58% no consumo do

combustível, 38% no custo de manutenção dos veículos, 38% no custo do frete, dobrar o

tempo de viagem e elevar o número de acidentes em 50%.

Na contramão do exposto por esses dados, a situação da malha rodoviária brasileira

não está boa, a pesquisa citada aponta dados do Fórum Econômico Mundial, relatório

divulgado em setembro de 2015, que colocam as rodovias brasileiras na 121ª posição, entre

140 países analisados.

Figura 1.1 – Ranking de qualidade das rodovias dos países da América do Sul, CNT (2015).

18

Somado a esses fatos, temos o aumento das solicitações nos pavimentos já

construídos, provocadas por veículos cada vez maiores e mais pesados, cabendo à

engenharia rodoviária desenvolver tecnologias e formas de gerência que contribuam para

a redução do custo total do transporte no país, por exemplo, dimensionando pavimentos

com modelos mais acurados que proporcionem durabilidade, capacidade de suportar as

cargas do tráfego, conforto e segurança aos usuários das rodovias.

Projetos de revestimento bem executados contribuem para a melhoria desse quadro,

pois partem da seleção e caracterização de materiais que atendam as condições de projeto

(diminuição dos defeitos funcionais e estruturais, como o trincamento por fadiga), dosagem

dos materiais para obtenção do teor ótimo (diminuição das deformações permanentes) e

dimensionamento da espessura através de métodos que englobem abordagens empírico-

mecanísticas (espessura adequada para uma solicitação N prevista ao longo da vida útil do

pavimento).

Assim, este trabalho tem o objetivo geral de estudar o comportamento de misturas

asfálticas, utilizando três graduações de agregados, enquadradas na faixa C do DNIT e um

ligante fornecido. Nesse processo foram aplicados o método de dosagem Marshall e

ensaios mecanísticos que fornecem um comportamento mais acurado do material e

permitem seu dimensionamento e estimativa da vida útil do pavimento, fornecendo também

parâmetros de comparação entre as misturas formadas pelo ligante e agregados das três

graduações.

Para atingir este objetivo geral, os seguintes objetivos específicos serão buscados:

- Realizar ensaios de caracterização dos agregados (Granulometria, Densidade dos

agregados e miúdos, Absorção, Adesividade, Treton, Lameralidade e Abrasão Los

Angeles) e do ligante (Penetração, Ponto de Amolecimento, Recuperação Elástica, Ponto

de Fulgor, Viscosidade Brookfield e ensaios no resíduo após RTFOT), permitindo verificar

se suas propriedades atendem às normas;

- Obtenção do teor de ligante de projeto das misturas, para três graduações de

agregados dentro da faixa C do DNIT, utilizando o método Marshall de dosagem, além da

verificação com ensaios de Estabilidade e Fluência, dos corpos de prova compactados;

- Realização dos ensaios mecanísticos de Resistência a Tração Estática por

Compressão Diametral, Ensaio de Fadiga por Compressão Diametral e Ensaio de Módulo

Resiliência, feitos em corpos de prova com o teor de ligante de projeto;

19

- Dimensionamento da camada de pavimento e estimativa da vida útil, utilizando os

dados oriundos dos ensaios mecanísticos no software SisPav, empregando os dados das

outras camadas (base, sub-base e subleito) bem como o N de projeto advindos de um

estudo de caso;

- Realizar comparações e tirar conclusões relativas ao desempenho das misturas

nas três graduações.

Para atingir os objetivos propostos, este trabalho será dividido em sete capítulos. No

segundo capítulo é realizada uma revisão bibliográfica sobre o assunto onde são

apresentadas as características gerais dos agregados e ligantes utilizados na

pavimentação, o método de dosagem de misturas Marshall, propriedades e ensaios

mecanísticos e uma visão geral sobre o software SisPav.

No terceiro capítulo são expostos os resultados da caracterização dos materiais

empregados. No quarto capítulo são apresentados os resultados oriundos das dosagens

das misturas empregando o método Marshall. No quinto capítulo resultados dos ensaios

mecanísticos, o dimensionamento da espessura do revestimento e a estimativa da vida útil

utilizando o software SisPav. No sexto capítulos são expostos os resultados e análises

observados no programa experimental. No sétimo capítulo são apresentadas as conclusões

e observações para trabalhos futuros.

20

2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA

2.1 LIGANTES ASFÁLTICOS: CARACTERÍSTICAS GERAIS

De acordo com BERNUCCI et al (2008), o asfalto utilizado na pavimentação é um

ligante proveniente da destilação fracionada do petróleo e possui propriedades como ser

um adesivo termoviscoplástico (embora o comportamento termoviscoelástico seja

comumente mais assumido), impermeável à água e pouco reativo, embora sofra

envelhecimento devido a um processo de oxidação lenta pelo contato com ar e água. O

CAP, é solúvel em benzeno, tricloroetileno ou em bissulfeto de carbono.

2.1.2 ASFATO MODIFICADO POR POLÍMERO

Com a expansão comercial nos eixos rodoviários que ligam os grandes centros

urbanos, corredores com cargas canalizadas, e a verificação de um aumento nos esforços

aplicados no pavimento onde caminhões com eixos cada vez mais pesados atuam. Somado

a isso, as condições climáticas adversas, formando um cenário que demandou pela busca

de novas tecnologias de ligantes que pudessem fornecer uma resposta mais eficiente em

termos de durabilidade e desempenho. Dentro desse contexto surgem os ligantes

modificados por polímeros.

MANO (1985, 1991) apud BERNUCCI et al (2008) define macromoléculas e

polímeros como:

Macromoléculas: são moléculas gigantescas que resultam do encadeamento de dez

mil ou mais átomos de carbono, unidos por ligações covalentes, podendo ser naturais

(madeira, borracha, lã, asfalto etc.) ou sintéticas (plásticos, borrachas, adesivos etc.);

Polímeros: são macromoléculas sintéticas, estruturalmente simples, constituídas de

unidades estruturais repetidas em sua longa cadeia, denominadas monômeros.

Uma gama variada de estudos tem sido feita visando o emprego de polímeros aos

ligantes, visando melhorias no comportamento com relação a deformação permanente,

trincas por fadiga, trincas térmicas, dano por umidade e dano por envelhecimento. Sendo

empregados materiais como elastômeros, plastômeros, borracha de pneu, etc.

21

2.1.3 ENSAIOS DETERMINANTES PARA ASFALTOS MODIFICADOS POR POLÍMEROS

a) Recuperação elástica, ou retorno elástico

O ensaio é feito utilizando-se o dutilômetro com molde modificado, na temperatura

de 25ºC, possuindo uma velocidade de estiramento de 5cm/min. Quando se atinge o

comprimento de 200mm, o ensaio é interrompido sendo o fio seccionado no seu ponto

médio e após uma hora une-se as partes e verifica-se quanto houve de retorno em relação

ao tamanho original.

b) Ponto de Amolecimento

O ensaio de ponto de amolecimento expressa uma medida empírica na qual o asfalto

amolece, sob condições especiais, atingido uma condição de escoamento padronizada em

uma temperatura medida. Uma bola de aço padronizada é colocada numa amostra de

asfalto que está sendo colocada dentro de um anel metálico. Todo o conjunto está imerso

em água em um béquer e submetido a um aquecimento de 5ºC/min. É feita a marcação da

temperatura no instante em que a esfera toca a placa do fundo do béquer.

Pelas normas brasileiras esse ensaio é classificatório, sendo empregado na

especificação de asfaltos modificados e na estimativa da suscetibilidade térmica.

2.2 AGREGADOS: CARACTERÍSTICAS GERAIS

Segundo Woods (1960) apud BERNUCCI (2008), agregado é uma mistura de

pedregulho, areia, pedra britada, escória ou outros materiais minerais usados em

combinação com o ligante para formar concreto, argamassa etc. Na definição da ABNT

NBR 9935/2005, o agregado é definido como um material sem forma, ou volume definido,

geralmente inerte, de forma, de dimensões e propriedades adequadas para produção de

argamassas e concreto. O agregado, nos seus aspectos como forma (angularidade),

textura (rugosidade) e granulometria, atua de forma significativa nas propriedades da

mistura.

Desse modo, percebe-se que o agregado escolhido para compor o esqueleto pétreo

do concreto asfáltico deve apresentar propriedades que o levem a suportar as tensões

atuantes na superfície do pavimento e no seu interior. No laboratório, são feitos uma série

22

de ensaios que visam predizer o comportamento do agregado escolhido quando estiver na

condição de serviço, nesses ensaios são consideradas informações sobre sua composição

mineralógica e química, o tipo de rocha, seu grau de alteração, sua granulometria, sua

tendência quanto à abrasão, fratura, e sua capacidade de aderir ao ligante asfáltico.

2.2.1 BASALTOS

Neste trabalho foi utilizado o basalto fornecido pelo 11º Batalhão de Engenharia de

Construção, 11º BEC, localizado na cidade de Araguari-MG. O basalto pode ser descrito

como uma rocha básica de granulação fina e usualmente vulcânica.

Sobre o conceito de “básico”, aqui não estamos empregando o conceito usual da

química, mas está relacionado à carga superficial do agregado. Os átomos dispersos na

rede cristalina do mineral exercem atração sobre os gases, líquidos e sólidos que entram

em contato com a sua superfície, ocorrendo o fenômeno da adsorção química, que interfere

fortemente na adesividade entre ligante e agregado. Rochas classificadas como básicas

tendem a apresentar uma melhor adesividade ligante-agregado, propriedade que foi

confirmada pelo ensaio de adesividade, (BERNUCCI, 2008).

Figura 2.1 – Basalto de Araguari – MG.

Quanto a sua formação o basalto é classificado como uma rocha ígnea, são aquelas

que se solidificam em estado líquido apresentando granulação, composição química e

forma de ocorrência muito variadas. Por ser do tipo extrusivo, proveniente de fortes fluxos

23

de lava para a superfície da Terra, os basaltos apresentam uma granulação fina, podendo

apresentar material vítreo em pequenas quantidades. Graças ao processo de extrusão, os

basaltos podem apresentar grande ocorrência da forma lamelar, medida pelo ensaio de

índice de forma. Essa característica não é propícia para o intertravamento dos grãos no

esqueleto pétreo, levando a um maior índice de vazios.

A composição química dos basaltos é muito constante, variando o teor de SiO2 entre

45 e 55%. Devido a esse teor de sílica ele também recebe a classificação de rocha básica.

Os teores de Cálcio, Ferro e Magnésio são elevados e o de Potássio é pequeno.

2.2.2 DISTRIBUIÇÃO GRANULOMÉTRICA E GRADUAÇÃO DOS AGREGADOS

Conforme BERNUCCI et al (2008), a distribuição granulométrica na composição do

esqueleto pétreo do concreto asfáltico, é uma das principais características, pois tem

influência direta em quase todas as propriedades importantes como rigidez, estabilidade,

durabilidade, permeabilidade, trabalhabilidade, deformação permanente e resistência à

fadiga. Sua determinação é usualmente feita por meio da análise por peneiramento, DNER

ME 083/98.

A distribuição em graduações é um dos fatores determinantes na composição das

diversas misturas. Passaremos a descrever suscintamente as graduações:

1- Agregado de graduação bem graduada, ou densa, apresenta uma distribuição

dos grãos nas peneiras de forma contínua, sua curva é a que mais se aproxima

à de densidade máxima;

2- Agregado de distribuição aberta, apresenta uma distribuição contínua, porém

existe uma escassez na fração do material fino (menor que 0,075mm),

ocasionando um mau preenchimento dos espaços entre os grãos maiores,

acarretando um maior Volume de Vazios, que irá implicar em um maior teor de

ligante, caso não seja feita uma correção, esta foi a distribuição granulométrica

apresentada no trabalho;

3- Agregado de graduação uniforme, apresenta a maior parte dos seus agregados

passantes em uma faixa bastante estreita, resultando dessa forma em uma curva

íngreme;

4- Agregados com graduação descontínua, ou em degrau, apresentam um patamar

nas frações intermediárias, apresentam poucos agregados intermediários, e uma

graduação muito propensa à segregação.

24

Figura 2.2 – Curvas granulométricas, BERNUCCI et al (2008).

A metodologia SUPARPAVE emprega uma apresentação diferente, na qual a

percentagem passante do agregado na malha da peneira está no eixo y, e no eixo x temos

o tamanho da malha elevada a uma potência n, usualmente n=0,45. Segundo essa

apresentação teremos a distribuição granulométrica de densidade máxima aparecendo em

uma linha reta que parte da origem até o diâmetro máximo do agregado. Os “pontos de

controle” dessa metodologia foram empregados no presente trabalho com o foco de serem

utilizados em estudos futuros.

25

Figura 2.3 – Curvas granulométricas pelo SUPERPAVE, BERNUCCI et al (2008).

2.3 TIPOS DE MISTURAS ASFÁLTICAS

Nos pavimentos flexíveis são utilizados como revestimento uma camada formada

por agregados minerais distribuídos dentro de uma graduação granulométrica, envolvidos

por um “teor de projeto” de um ligante, dessa forma, para a camada de revestimento busca-

se assegurar requisitos como impermeabilidade, flexibilidade, estabilidade, durabilidade,

resistência à fadiga e ao trincamento. Dessa forma, surge a necessidade de estabelecer

uma seleção de materiais que apresentem essas características e que sejam compatíveis

com as outras camadas do pavimento, essa seleção de materiais denominaremos como

“mistura”.

As misturas asfálticas apresentam vários tipos de classificação, passaremos a citar

algumas:

1- Quanto a fabricação: misturas usinadas (fabricadas em usinas específicas) ou

tratamento superficial (preparadas na própria pista);

2- Quanto a temperatura do ligante: usinadas a quente (uso de CAP) ou a frio (uso

de EAP);

3- Quanto a distribuição granulométrica, para misturas usinadas a quente:

26

a. Misturas densas- tendem a apresentar um menor volume de vazios no

esqueleto mineral, pois o espaço entre os agregados maiores é preenchido

com finos (Concreto Asfáltico, large stone e Areia Asfalto Usinada a Quente

AAUQ);

b. Misturas abertas- apresentam um esqueleto mineral com muitos espaços

vazios interconectados, portanto se trona drenante, permitindo a percolação

da água através dos vazios (Camada Porosa de Atrito, CMPA, e base

permeável tratada com asfalto);

c. Misturas descontínuas- grãos de maior dimensão em quantidade

dominante, formando um esqueleto mineral mais resistente a deformação

permanente, devido ao contato entre os agregados graúdos (convencionais,

Intermediate Stone Content, e Stone Matrix Asphalt, SMA).

Tabela 2.1 – Principais tipos de misturas a quente, USACE (2000) apud VASCONCELOS

(2004).

27

Figura 2.4 – Graduações de diferentes tipos de misturas densa, VASCONCELOS (2004).

Figura 2.5 – Graduações de diferentes tipos de misturas abertas, VASCONCELOS

(2004).

28

Figura 2.6 – Graduações de diferentes tipos de misturas descontínuas, VASCONCELOS

(2004).

Figura 2.7 – Corpos de prova de diversas misturas, BERNUCCI et al (2008).

29

2.3.1 CONCRETO ASFÁLTICO (CA)

Caso apresente uma boa dosagem de ligante-agregado o concreto asfáltico se

caracteriza como uma mistura com bom desempenho em todos aspectos já citados e caso

a graduação seja bem graduada o teor de ligante para recobrir as partículas não será muito

elevado. Após a compactação, temos para a camada de rolamento, um volume de vazios

em torno de 3% a 5%, esse volume de vazios deve ser deixado pois do contrário a fluência

com as cargas irá se tornar mais significativa.

O seu teor de ligante gira em torno de 4,5% a 6%, sendo influenciado pela forma e

massa específica dos agregados e a viscosidade do ligante, podendo sofre variações em

torno desses teores (fato que ocorreu neste trabalho, possivelmente devido a forma lamelar

do basalto e a baixa viscosidade do CAP 60-85, que ocasiona dificuldade para preencher

os espaços vazios entre agregados). A Relação Betume Vazios se apresenta na ordem de

75% a 82%. A norma DNIT 031/2004, preconiza um valor mínimo de estabilidade Marshall

de 500 Kgf, para uma energia de 75 golpes por face do corpo de prova, e resistência a

tração por compressão diametral de mínima de 0,65Mpa a 25ºC.

Nesta pesquisa utilizamos o CA, especial quanto ao ligante asfáltico, modificado por

polímeros e enquadramos dentro dos requisitos granulométricos apresentados pela Faixa

C do DNIT 031/2004, segundo VASCONCELOS (2004) as misturas na Faixa C apresentam

maior resistência e valores da razão entre módulo de resiliência (MR) e resistência à tração

(RT) mais próximos de 3.000.

Tabela 2.2 – Especificações das faixas do DNIT, DNIT 031/2004 – ES.

30

2.4 DOSAGEM MARSHALL

A dosagem de uma mistura asfáltica pode ser definida como a determinação de um

“teor de ligante de projeto”, através de procedimentos normatizados, para uma faixa

granulométrica pré-definida. O teor de projeto depende do processo de compactação,

energia de compactação e temperatura, na qual a mistura será submetida, e o próprio tipo

de mistura. Esses procedimentos normatizados visam simular as condições de

compactação “in situ” e ao longo tempo vários processos foram desenvolvidos como:

impacto, amassamento e vibração. No presente trabalho, nos concentraremos na

compactação por impacto que é a base do processo Marshall.

No começo do século 20, com uma maior disponibilidade do asfalto manufaturado,

houve um aumento no número de veículos e por consequência houve uma busca por parte

dos engenheiros de produzirem especificações técnicas que levassem a produção de

rodovias com menor custo e maior durabilidade. Nesse contexto, os métodos de dosagem

mais usados para misturas asfálticas foram os métodos Hveem e Marshall.

O método Marshall foi desenvolvido durante a 2ª Guerra Mundial, tinha o objetivo de

atingir a proporção entre ligante e agregados capaz de resistir aos esforços provocados

pelas rodas de aeronaves militares. Seu processo de compactação por impacto apresentou

algumas variações, no Brasil a DNER 043/95 preconiza uma energia de 75 golpes por face

do corpo de prova, sendo o soquete e a prensa padronizados na referida norma.

Atualmente, o teor de projeto obtido pelo método Marshall é baseado em parâmetros

volumétricos, que devem ser atendidos dentro de um intervalo estipulado em norma, como

o volume de vazios (Vv) e a relação betume vazios (RBV). Os passos para a sua obtenção

passaremos a descrever a seguir.

2.4.1. DEFININDO OS PARAMETROS FÍSICOS E VOLUMÉTRICOS DO SISTEMA

LIGANTE AGREGADO

Como o método de dosagem Marshall utiliza-se de parâmetros volumétricos faz-se

necessário definirmos alguns conceitos relativos à interação entre ligante e agregados:

31

Figura 2.8 – Sistema de componentes de uma mistura asfáltica, BERNUCCI et al (2008).

Da figura 2.8 percebemos que o ligante efetivo não preenche totalmente todos os

poros do agregado e os diversos “vazios” (vazio permeável a água não preenchido com

asfalto, vazio permeável a água e vazio permeável ao asfalto) são utilizados nas relações

volumétricas que compõem o processo de dosagem Marshall, obtidas por meio de ensaios

normatizados.

a) Massa específica aparente da mistura asfáltica compactada (Gmb)- ASTM D

1188 ou D 2726

Gmb=0,9971*Ms

(Msss−Msss sub)

Onde:

Ms = massa seca do corpo de prova compactado, g;

Msss=massa de corpo-de-prova compactado na condição de superfície saturada

seca, g;

Msss sub = massa de corpo-de-prova compactado na condição de superfície

saturada seca e posteriormente submerso em água, g;

0,9971 = massa específica da água a 25ºC, g/cm3.

32

Volumes obtidos pela diferença entre massas do corpo de prova, aferidas pela

balança convencional e a balança hidrostática. A condição Msss refere-se ao corpo de

prova com os poros superficiais saturados, sendo eliminado o excesso de água da

superfície com uma toalha molhada.

b) Massa específica teórica máxima da mistura asfáltica (DMT)

É obtida através de uma média ponderada entre as densidades reais dos

constituintes da mistura asfáltica, empregando-se para a determinação da densidade real

do agregado graúdo a DNER- ME 81/98 e para o miúdo a DNER-ME 84/95, a ponderação

é feita empregando-se diversos percentuais de ligante na mistura.

DMT=100%

(P%cap/Dcap+P%1/Da1+...+P%n/Dan)

Segundo McGENNIS (1999) apud VASCONCELOS (2004) esta equação foi

apresentada no primeiro manual de dosagem do Instituto de Asfalto, onde a referida fonte

deixava a critério do projetista a utilização da densidade real ou aparente, sendo que, o

emprego da densidade aparente resulta num teor de vazios inferior ao real, pois não é

assumida a absorção do asfalto e a adoção da densidade real também induzirá a valores

errôneos, pois apresentará um volume de vazios maior conduzindo a um maior teor de

ligante. No Brasil, convencionou-se a utilização da densidade real para a determinação da

DMT.

Quando se utiliza o sistema de ponderação das densidades reais para o cálculo da

DMT consideramos um sistema físico onde a densidade real dos agregados é igual a razão

entre a massa da parte sólida e a soma dos volumes do agregado e vazios impermeáveis,

mas para o ligante asfáltico consideramos apenas o volume da parte sólida.

33

Figura 2.9 – Volumes considerados na determinação da densidade real, VASCONCELOS

(2004).

c) Massa específica máxima medida (Gmm) - ASTM D 2041 e AASHTO T-209

Este procedimento para determinação da densidade máxima medida de misturas

asfálticas utilizando-se de vácuo é aplicado, além dos Estados Unidos, no Canadá, Europa,

Austrália e África do Sul. O vácuo visa expulsar os vazios entre os filmes de ligantes,

fornecendo uma medida que expressa de maneira mais acurada a interação ligante-

agregado, sendo um valor fisicamente mais realista do que a mera ponderação de

densidades.

Na realização desse ensaio, para tamanho nominal de até 12,5mm, é pesada 1500g

da mistura em um frasco de peso conhecido, em seguida, é preenchida com água á 25ºC

até que toda a mistura esteja coberta. Então é aplicada uma pressão residual de 30mmHg,

diferença entre 760 e 730, por um período de 15 min, no qual o frasco é posto em agitação

em uma mesa agitatória, sendo o frasco completado com água e efetuada uma nova

medição de peso.

Figura 2.10 – Sistema para determinação da Gmm

34

Como todo procedimento é feito na temperatura ambiente não ocorre a

desestruturação dos grumos formados entre ligantes e agregados, fazendo com o que os

vazios presentes entre esses dois materiais permaneçam sem alteração e o vácuo interfere

apenas nos vazios entre os filmes de ligantes. A Gmm é obtida de acordo com a expressão:

Gmm=A

(A−(C−B))

Onde:

A: massa da amostra seca em ar, g;

B: massa do recipiente metálico imerso em água, g;

C: massa do recipiente + amostra imerso em água, g.

Figura 2.11 – Ilustração dos vazios entre os filmes de ligantes na Gmm, VASCONCELOS

(2004).

CASTELO BRANCO (2004) apud VASCONCELOS (2004) apresenta como

vantagem do método o fato de ser desnecessária a determinação das densidades reais dos

agregados e o fato de haver o desconto dos poros preenchidos com ligantes e não com

água. Dessa forma, devido à exclusão dos vazios permeáveis não preenchidos com

ligantes, os valores obtidos no procedimento da DMT são maiores que os encontrados na

Gmm. Como a DMT não leva em conta a interação ligante-agregado, pois as densidades

são contabilizadas individualmente material por material, esse procedimento leva a um

maior teor de CAP, sendo mais vantajoso o em prego da Gmm.

35

d) Aspectos volumétricos

Como citado anteriormente, a obtenção do teor de projeto de uma mistura é um

procedimento volumétrico que visa determinar a proporção ligante-agregado para que a

mistura se adeque em uma faixa que apresente o comportamento desejado. Como a

medida de volume, tanto para o agregado como para o ligante, é difícil de ser obtida adota-

se uma simplificação que substituí o volume pela massa. Nesse contexto, destacam-se os

parâmetros:

Vv, volume de vazios, que é o volume de ar na mistura asfáltica compactada;

VAM, volume de vazios nos agregados minerais, representa na mistura o que não é

agregado, ou seja, vazios preenchidos com ar e asfalto;

VCB, vazios cheios com betume, o asfalto absorvido e o disponível para a mistura;

VCB/VAM, relação betume vazios.

Figura 2.12 – Volumetria de uma mistura asfáltica, BERNUCCI et al (2008).

2.4.2. OBTENÇÃO DO TEOR DE PROJETO PELO MÉTODO MARSHALL

Segundo BERNUCCI et al (2008) podemos determinar o teor de projeto de uma

mistura, através do método Marshall, seguindo as seguintes etapas:

1- Determinação das massas específicas do CAP e dos agregados;

2- Seleção de uma faixa granulométrica para o projeto (no presente trabalho utilizou-

se a faixa C do DNIT);

36

3- Escolha e enquadramento da composição dos agregados dentro da faixa

granulométrica de projeto, método das tentativas (não se considerando o teor de

asfalto);

4- Basear-se na curva viscosidade-temperatura do ligante para determinar as

temperaturas da mistura e a temperatura de compactação, a viscosidade do

ligante ao ser misturado ao agregado deve estar entre 75-150 SSF (segundos

Saybot Furol) e sua temperatura deve estar entre 107ºC e 177 ºC, o agregado

deve estar numa temperatura entre 10ºC a 15ºC acima da do ligante, visando um

melhor envolvimento do ligante ao agregado, mas não pode ultrapassar 177ºC.

A temperatura de compactação é aquela onde o ligante apresente uma

viscosidade entre 125 a 155 SSF;

5- Adoção de diferentes teores de asfalto para um grupo mínimo de três corpos de

prova, ideal cinco, para um teor base T% são adotados outros (T-0,5%; T-1%) e

(T+0,5%, T+1%), os quais serão moldados segundo os procedimentos da norma

DNER 043/95;

Figura 2.13 – Compactador Marshall e corpos de prova.

6- Realiza-se a desmoldagem dos corpos de prova e após o seu esfriamento realiza-

se as medidas do diâmetro, altura, MS, Msub, Msss, obtendo-se o valor da massa

específica aparente Gmb;

7- Para um dado teor de asfalto a% faz-se o ajuste do percentual em massa de cada

agregado n%=n’%(100%-a%);

8- Com os valores dos percentuais em massa ajustados de cada agregado, n%, do

teor a% e das densidades reais dos ligantes e agregados é possível calcular a

DMT pela média ponderada;

37

9- Segue-se uma sequência de fórmulas volumétricas que nos levem a

determinação do Vv e da RBV:

Da= Par

(Par−Pimerso),, Densidade aparente da mistura compactada;

VCB=Da*Pcap

Dcap, Vazio cheio com betume;

Vv=(DMT−Da)

DMT, Volume de vazios;

VAM=Vv+VCB, Vazios no agregado mineral;

RBV=VCB

VAM, Relação betume vazios;

10- Após as medições volumétricas os corpos de prova são colocados em banho

maria por 30 min em uma temperatura de 60ºC, para em seguida serem

colocadas na prensa Marshall para determinação das medidas de estabilidade

(N), carga máxima que o corpo de prova resiste antes de romper, e fluência (mm),

deslocamento vertical apresentado pelo corpo de prova devido a aplicação da

carga máxima;

Figura 2.14 – Prensa Marshall para determinação da estabilidade e fluência.

11- Após a obtenção de todos os parâmetros volumétricos são plotadas seis curvas

em função do teor de asfalto que podem ser empregadas na determinação do

teor de projeto, através da interseção de suas condições:

38

Figura 2.15 – Especificações do método Marshall, BERNUCCI et al (2008).

12- Neste trabalho, o teor de projeto foi obtido através das médias dos valores

centrais dos teores de asfalto, determinadas pelas retas que garantiam o

atendimento das especificações de Vv e RBV.

39

Figura 2.16 – Determinação do teor de projeto, VASCONCELOS (2004).

2.5 CONSIDERAÇÕES SOBRE PROPRIEDAS MECÂNICAS DAS MISTURAS

ASFÁLTICAS E ENSAIOS MECANÍSTICOS

Os ensaios de laboratório tentam representar os comportamentos mecânicos dos

materiais em campo, visto que, os ensaios in situ, são de execução mais difícil, dessa forma,

tenta-se reproduzir ao máximo temperatura, tempo de carregamento, níveis de tensão etc.

Devido a variabilidade das condições apresentadas em campo temos aí uma tarefa não

trivial.

No Brasil, por muitos anos, o dimensionamento de pavimentos flexíveis se deu por

métodos apenas empíricos, a exemplo do método do DNER, elaborado pelo engenheiro

Murilo Lopes, que usa como base o CBR e as curvas de dimensionamento do USACE, mas

com o aumento dos esforços demandadas por maiores cargas, viu-se a necessidade de

métodos de dimensionamento mais acurados, que levassem em conta a análise de tensões

e deformações em meio elástico, ocasionando uma migração para os chamados “métodos

mecanísticos”. Vale salientar que os pavimentos flexíveis não são compostos de materiais

puramente elásticos, de forma que apresentam dificuldades para a adoção de um método

puramente mecanístico.

De fato, segundo NASCIMENTO (2015), os materiais betuminosos se diferem dos

demais materiais empregados na construção civil por apresentarem além das condições

elásticas previstas pela lei de Hooke, ligações que são influenciadas pelo tempo e

temperatura, ou seja, parcelas ditas viscosas. Segundo LAKES (1998) apud NASCIMENTO

(2015) os materiais elásticos apresentam as seguintes características:

40

a) Aplicada uma tensão constante, a deformação cresce com o tempo

(fluência);

b) Aplicada uma deformação constante, a tensão diminui com o tempo

(relaxação);

c) A rigidez depende da taxa de aplicação de carga;

d) Se uma carga cíclica é aplicada, ocorre histerese (uma defasagem),

resultando em dissipação de energia mecânica;

e) Resiliência menor que 100%, ou seja, o material devolve menos energia do

que aquela absorvida quando a tensão causadora da deformação é cessada.

Como o ligante asfáltico apresenta comportamento viscoelástico, ele se apresenta

de uma forma entre o intermediário e o viscoso e o elástico, na fluência existe um acréscimo

de deformação ao longo do tempo, característica viscosa, tendendo a um valor constante,

característica elástica, já na relaxação, a tendência é que a tensão seja estabilizada ao

longo do tempo, característica elástica, mas se verifica um decréscimo da mesma, que

ocorre instantaneamente em materiais viscosos THEISEN (2006) apud NASCIMENTO

(2015).

Figura 2.17 – Comportamento dos ensaios de fluência e relaxação, LASKES

(1998) apud NASCIMENTO (2015).

No presente trabalho, a avaliação mecânica das misturas foi feita por meio dos

ensaios de resistência a tração por compressão diametral, fadiga por compressão diametral

a tensão controlada e módulo de resiliência.

41

2.5.1 ENSAIO DE RESISTÊNCIA A TRAÇÃO ESTÁTICA POR COMPRESSÃO

DIAMETRAL

O ensaio também conhecido como “ensaio brasileiro”, foi desenvolvido por Lobo

Carneiro com a finalidade de auferir a resistência de corpos de prova de cimento Portland

quanto a tração por solicitações estáticas. Sua aplicabilidade em misturas asfálticas se dá

devido ao fato que o revestimento, quando solicitado, apresenta tensões de tração nas

fibras inferiores.

A normatização do ensaio encontra-se na DNER ME 138/94, mas basicamente é

fundamentada numa carga de compressão distribuída ao longo de duas geratrizes opostas,

que provocam um plano de ruptura ao longo do diâmetro do corpo de prova, devido a

tenções de uniformes de tração perpendiculares a esse plano. Para a execução desse

ensaio a norma do DNIT assume um comportamento unicamente elástico admitindo que a

ruptura seja provocada unicamente pela à tensão de tração uniforme.

Figura 2.18 – Tensões atuantes no CP durante o ensaio brasileiro, DNER-ME

138/94.

A resistência a tração é obtida pela seguinte fórmula:

RT=2𝐹

(100πDh)

Onde,

42

RT, resistência à tração, MPa;

F,carga de ruptura, N;

D, diâmetro do corpo-de-prova, cm;

h, altura do corpo-de-prova, cm.

NASCIMENTO (2015) apresenta como como crítica ao ensaio o fato que os pontos

do cilindro submetidos a tração horizontal, também estão sujeitos a tensão de compressão

vertical, dessa forma as deformações horizontais são devidas as combinações de tração e

compressão atuantes, sendo que as expressões analíticas que modelam melhor esse efeito

fogem do escopo do presente trabalho.

2.5.2 ENSAIO DE FADIGA POR COMPRESSÃO DIAMETRAL

Considerando fadiga como o processo de deterioração de uma estrutura quando

submetida a processos repetidos de tensão e deformação, verifica-se que embora a carga

aplicada seja muito menor que a de ruptura ela pode levar o material à ruína após repetições

sucessivas.

De acordo com MOURÃO (2003) apud VASCONCELOS (2004) um carregamento

dinâmico pode gerar dois efeitos principais no pavimento, são eles:

1- A flexão repetida, leva os materiais à fadiga, gerando trincamentos;

2- Compressão simples repetida, acarreta deformação permanente, gerando o

afundamento por trilha de roda.

No Brasil, o ensaio de fadiga mais comum é o de tensão controlada, no qual a carga

aplicada é mantida constante, gerando um aumento da deformação no ensaio que irá levar

o corpo de prova a ruína. Nesse sentido MONISMITH (1958) apud VASCONCELOS (2004)

definiu vida de fadiga como sendo o número total de cargas necessárias para resultar na

completa fratura da amostra. MEDINA (1997) apud VASCONCELOS (2004), afirma que a

carga norma aplicada deve levar a tensão de 10% a 50% da RT, tal sistema busca simular

a passagem das rodas dos veículos sobre o pavimento. A vida de fadiga pode ser expressa

de acordo com as equações:

N=k1(1σt)𝑛1

N=K2(1

Δσ)𝑛2

43

Onde,

N, vida de fadiga;

σt, tensão de tração;

Δσ, diferença entre as tensões de compressão e tração no centro da amostra;

k1, k2, n1 e n2: constantes determinadas a partir de resultados experimentais.

2.5.3 ENSAIO DE MÓDULO RESILIENTE

Embora o Módulo Resiliente, MR, venha sendo considerado como o módulo elástico

que, juntamente com o coeficiente de Poison, definem o comportamento dos materiais

quando utilizada a teoria da elasticidade, SOARES e SOUZA (2003) apud NACIMENTO

(2013), ressaltam que a substituição do módulo de elasticidade ,E, pelo módulo de

elasticidade dinâmico, E*,ou pelo MR, em uma análise elástica linear do material

impossibilita uma modelagem mais realistas dos fenômenos apresentados no campo,

devido ao já citado comportamento viscoelástico do ligante, e ao fato de que os módulos

resiliente e elástico não são parâmetros puramente elásticos, devido ao desenvolvimento

de deformações viscoelásticas durante os ensaios.

Outra abordagem, desenvolvida por HANG (1993) apud VASCONCELOS (2004)

sugere que se a carga é pequena quando comparada a resistência do material e temos um

número elevado de repetições (geralmente acima de 200) a deformação sofrida pelo

material é quase totalmente recuperável, podendo ser aproximada como elástica. Verifica-

se que a maior parte das deformações sofridas pelo material ocorre nos estágios iniciais da

aplicação da carga, e ao longo do desenvolvimento do ensaio, com o aumento das

repetições essas deformações diminuem.

Figura 2.19 – Deformações sob carregamentos repetidos, HUANG (1993).

44

O MR em misturas asfálticas pode ser definido como a relação da tensão de tração

aplicada repetidamente no plano diametral de uma amostra cilíndrica e a deformação

específica recuperável, numa dada temperatura.

MR= (𝜎𝑑

𝜖𝑑)t

No caso do emprego, para a determinação do MR, do ensaio triaxial de carga

repetida, o MR será expresso em função da tensão de confinamento e da tensão vertical,

além de parâmetros característicos do material estudado, modelo composto.

MR=k1*σ3𝑘2*σd𝐾3

Figura 2.20 – Ensaio triaxial de carga repetida e modelo composto, VIEIRA

(2015).

2.6 SOFTWARE SISPAV

O SisPav, Sistema de Dimensionamento de Pavimentos, é um software que segundo

AREDES (2016), tem como princípio uma abordagem mecanístico empírica, que se baseia

em ensaios mecânicos e observações direcionadas à realidade nacional. O programa tem

como principais parâmetros de influência no dimensionamento o tráfego (carga), o ambiente

(clima) e a estrutura do pavimento (materiais envolvidos).

Na composição da estrutura do pavimento, devemos lançar para cada camada o tipo

de material utilizado, à espessura da camada (pré dimensionada pelo método do DNER), o

45

módulo resiliente (advindo do ensaio), o coeficiente de Poison e a aderência entre as

camadas. Outro dado de entrada será o N de projeto atuante no pavimento, obtido através

de dados estatísticos da localidade.

Segundo FRANCO (2007) apud AREDES (2016), no tocante a confiabilidade dos

resultados ressalta-se os aspectos probabilísticos dos parâmetros empregados no projeto

de uma rodovia, sendo assim é definida confiabilidade como a probabilidade da serventia

ser mantida num nível adequado durante a vida útil do projeto.

No presente trabalho, o SISPAV será utilizado, com alimentação dos dados advindos

dos ensaios mecanísticos, para dimensionar e estimar a vida útil de um revestimento

constituído pelas misturas de CA com as três granulometrias estudadas no trabalho,

fornecendo assim importantes parâmetros para conclusões acerca do desempenho das

misturas

Figura 2.21 – Tela principal do SISPAV

46

3 CARACTERIZAÇÃO DOS MATERIAS E MÉTODOS

Neste capítulo, será abordado a caracterização dos materiais utilizados na pesquisa,

através de uma breve descrição dos métodos utilizados, bem como, dos resultados obtidos

nos ensaios com agregado e ligante asfáltico. Para isso, será apresentado, primeiramente,

todo o processo de caracterização dos agregados, seguido da caracterização do ligante.

Vale ressaltar que todos os ensaios foram executados do Laboratório de Ligantes e

Misturas Betuminosas do Instituto Militar de Engenharia (IME).

3.1 AGREGADOS

Os agregados utilizados neste estudo, comercialmente chamados de Brita 1, Brita 0

e Pó de Pedra, são oriundos de uma jazida basáltica da cidade de Araguari – MG.

Na faze de caracterização dos mesmos, foram adotados procedimentos

preconizados pela normatização do Departamento Nacional de Infraestrutura de

Transportes (DNIT).

Primeiramente, realizou-se a redução da amostra de campo buscando a maior

representatividade possível da mesma. Para isso, seguindo a norma DNER-PRO 199/96,

utilizou-se o separador mecânico para agregado graúdo e miúdo com, no mínimo, doze

calhas de igual abertura conforme figura abaixo.

Figura 3.1 Quarteamento da amostra de campo.

A partir de então, realizou-se a separação de material para execução dos seguintes

ensaios: Granulometria, Densidade dos agregados graúdos e miúdos, Absorção,

Adesividade, Treton e Abrasão Los Angeles.

47

Os ensaios para a determinação da densidade e absorção foram realizados

utilizando a granulometria original dos agregados, já nos ensaios Treton e abrasão Los

Angeles, utilizou-se de granulometrias específicas que serão abordadas no desenvolver do

trabalho.

Embora não se tenha executado o ensaio previsto na norma AASHTO M323-13,

AREDES (2016), devido à falta do equipamento necessário, percebeu-se visualmente uma

acentuada lameralidade das partículas.

A Figura 3.2 e Figura 3.3 mostram a similaridade do material utilizado nesta pesquisa

com o agregado dito lamelar em BERNUCCI et al (2008).

Figura 3.2 Exemplo de agregados com diferentes formas, BERNUCCI et al (2008).

Figura 3.3 Amostra de brita 1 utilizada na pesquisa.

48

3.1.1 GRANULOMETRIA

Conforme norma DNER-ME 083/98, determinou-se a composição granulométrica

dos agregados graúdos e miúdos, utilizando-se das peneiras de 1” (25 mm) até a de Nº 200

(0,075mm), conforme a Figura 3.4.

Figura 3.4 Peneirador Mecânico Automático.

Após análise minuciosa, percebeu-se que agregados de dimensão passante em

determinada peneira, ainda se mantinham retidos na mesma pela agitação automática,

optando-se pela realização do processo de peneiramento mecânico manualmente.

Os resultados obtidos encontram-se na Tabela 3.1.

Tabela 3.1 Granulometria dos agregados utilizados nesta pesquisa.

PENEIRAS % PASSANTE

pol. mm BRITA 1 BRITA 0 PÓ DE PEDRA

1" 25 100,0 100,0 100,0

3/4" 19 100,0 100,0 100,0

1/2" 12,7 39,2 100,0 100,0

3/8" 9,5 3,7 89,8 100,0

4 4,8 0,7 29,9 98,7

10 2 0,4 4,2 61,4

40 0,42 0,3 2,7 15,4

80 0,18 0,2 2,3 8,1

200 0,075 0,2 1,9 4,2

49

Na Figura 3.5 estão representadas as curvas granulométricas dos agregados

utilizados neste trabalho.

Figura 3.5 Curvas granulométricas dos agregados utilizados nesta pesquisa.

3.1.2 DENSIDADE E ABSORÇÃO

Seguindo a norma DNER-ME 081/98, determinou-se a densidade e absorção do

agregado graúdo.

Algumas etapas do processo são descritas na Figura 3.6: (a) lavagem da amostra

sobre malha de 4,8 mm; (b) imersão da amostra por um período de (24 ± 4) h, agitando

algumas vezes para expulsar as bolhas de ar; (c) secagem superficial do agregado para

pesagem na condição superfície seca saturada (SSS); (d) pesagem hidrostática.

(a) (b) (c)

-

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0.05 0.50 5.00 50.00

Passante

(%

)

Peneiras (mm)

Brita 1 Brita 0 Pó de Pedra

miúdo graúdo

n° 80 n° 40 n° 10 n° 4 3/8"1/2"3/4" 1"n° 200

50

(d)

Figura 3.6 Etapas do ensaio de densidade e absorção de agregado graúdo.

Com os valores obtidos para massa do agregado, ao ar, seco em estufa, massa, ao

ar, na condição saturada superfície seca e massa submersa em água determinou-se os

resultados, conforme Tabela 3.2.

Tabela 3.2 Resultados da densidade e absorção dos agregados graúdos.

PARÂMETROS Brita 1 Brita 0

Densidade Real (g/cm3) 2,97 2,96

Densidade Aparente (g/cm3) 2,89 2,86

Absorção (%) 0,8% 0,8%

Com a norma DNER-ME 084/95, determinou-se a densidade do agregado miúdo.

Algumas etapas do processo estão descritas na Figura 3.7: (a) picnômetros preenchidos

com amostra seca; (b) picnômetros preenchidos com amostra seca + água destilada; (c)

aquecimento do picnômetro com conteúdo até a fervura por no mínimo 15 minutos.

(a) (b) (c)

Figura 3.7 Ensaio de densidade real do agregado miúdo.

Com os valores obtidos para massa do picnômetro vazio e seco, massa do

picnômetro mais amostra, massa do picnômetro mais amostra e água e massa do

picnômetro cheio de água, determinou-se os resultados conforme Tabela 3.3.

51

Tabela 3.3 Resultado da densidade real do agregado miúdo.

PARÂMETRO PÓ DE PEDRA

Densidade Real (g/cm3) 2,85

O ensaio de absorção do agregado miúdo não está previsto na norma DNER, apenas

na norma ASTM C 127. Segundo BERNUCCI et al (2008), não é fácil observar visualmente

a condição de superfície saturada seca do agregado miúdo. Dessa forma, não foi realizado

esse ensaio.

3.1.3 ENSAIO DE ADESIVIDADE

Conforme a norma DNER-ME 078/94, determinou-se a propriedade do agregado

graúdo de ser aderido por material betuminoso. Neste ensaio, verificou-se o não

deslocamento da película betuminosa após o agregado, colocado em um frasco com água

destilada, ser deixado por 72 horas em estufa à temperatura de 40 °C. O resultado é

perceptível na Figura 3.8.

Figura 3.8 Agregado Graúdo após ensaio de Adesividade.

3.1.4 ENSAIO TRETON

A partir da norma DNER-ME 399/99, verificou-se a perda de material pétreo britado

quando submetido ao choque pela utilização do aparelho Treton. Para isso, selecionou-se

amostra de material passando na peneira de 19 mm e retido na peneira de 16 mm.

Os agregados são colocados no cilindro oco em contato com a face superior do

cilindro maciço, deixando-se cair um martelo de 14,9 Kg dez vezes sobre o material, de

uma altura de 39,37 cm, como mostra a Figura 3.9.

52

Figura 3.9 Ensaio Treton.

Por fim, as partículas restantes são peneiradas na peneira de 1,7 mm, pesa-se o

material retido (FIG. 3.10) e determina-se a porcentagem de perda ao choque (Tabela 3.4).

Figura 3.10 Material retido na peneira de 1,7 mm.

Tabela 3.4 Resultado de perda ao choque.

Amostra N° partículas Massa Total (g) Retido (g) Passante (g) Perda (%)

1 15 93,21 80.65 12,56 13

2 15 96,63 85,89 10,74 11

3 15 114,55 103,5 11,05 10

MÉDIA 11

3.1.5 ENSAIO DE ABRASÃO LOS ANGELES

A norma DNER – ME 035/98, realizou-se a determinação da abrasão Los Angeles,

medida através do desgaste sofrido pelos agregados quando colocados com carga abrasiva

em uma máquina de revolução “Los Angeles”.

A partir da granulometria determinada no item 3.1.1, escolheu-se para ensaio da brita

1 a graduação B (material retido nas peneiras de 12,5 e 9,5 mm). Já no ensaio da brita 0,

53

optou-se pela graduação C (material retido na peneira de 6,3 e 4,8 mm) de acordo com a

predominância granulométrica da amostra.

Assim, executou-se a preparação do material e execução do ensaio, conforme a

Figura 3.11: (a) lavagem do material; (b) peneiramento; (c) separação das amostras; (d)

colocação dos agregados dentro do tambor; (e) amostra mais esferas antes da revolução

do tambor; (f) amostra após às 500 revoluções, pronta para o peneiramento na malha de

1,7 mm.

(a) (b) (c) (d) (e) (f)

Figura 3.11 Etapas do ensaio de abrasão Los Angeles.

Vale ressaltar que para ambas as britas, utilizou-se de 5000g de material e 500 rotações

do tambor da máquina, porém, para a brita 1, onze esferas de carga abrasiva, enquanto

para a brita 0, oito.

A Tabela 3.5 mostra os resultados obtidos no ensaio.

Tabela 3.5 Resultado de abrasão Los Angeles.

Material Massa Seca (g) Massa Retida (g) Abrasão (%)

Brita 1 5000 4103,77 18

Brita 0 5000 4136,46 17

3.1.6 RESUMO DOS RESULTADOS OBTIDOS NA CARACTERIZAÇÃO DOS

AGREGADOS

Os resultados de todos os ensaios realizados para caracterização do agregado

encontram-se na Tabela 3.6.

54

Tabela 3.6 Resultado dos ensaios de caracterização dos agregados.

ENSAIOS RESULTADOS LIMITE

(IPR, 1998) Brita 1 Brita 0 Pó de Pedra

Densidade real 2,97 2,96 2,85 -

Densidade aparente 2,89 2,86 - -

Absorção 0,8% 0,8% - -

Adesividade ao ligante (CAP

60/85)

OK - - -

Perda ao choque no aparelho

Treton

11% - - máx 60%

Perda por abrasão Los

Angeles

18% 17% - Máx 65%

3.2 LIGANTE

No presente trabalho, utilizou-se o CAP 60/85 como ligante asfáltico cuja simbologia

do nome indica o ponto de amolecimento mínimo de 60°C e a recuperação elástica mínima

de 85 %.

Assim, foram realizados os seguintes ensaios para a caracterização do ligante:

Penetração, Ponto de Amolecimento, Recuperação Elástica, Ponto de Fulgor, Viscosidade

Brookfield, e ensaios no resíduo após RTFOT.

3.2.1 PENETRAÇÃO

Segundo a norma DNIT 155/2010-ME, foi verificada a profundidade, em décimo de

milímetro, que uma agulha padrão penetra verticalmente na amostra de material

betuminoso sob condições preestabelecidas de carga, tempo e temperatura, conforme

figura abaixo:

Figura 3.12 Ensaio de Penetração.

55

Após a média de três profundidades de penetração, obteve-se o valor de 46, medido

em décimo de milímetro.

3.2.2 PONTO DE AMOLECIMENTO

Conforme norma DNIT 131/2010 – ME, foi determinado o ponto de amolecimento do

ligante asfáltico pelo método do Anel e Bola, mostrado na Figura 3.13.

Figura 3.13 Ensaio de Ponto de Amolecimento.

Dessa forma, verificou-se que a mistura amolecida tocou a placa do fundo do

conjunto mostrado acima à temperatura média de 67 °C, caracterizando o ponto de

amolecimento.

3.2.3 RECUPERAÇÃO ELÁSTICA

Segundo a norma DNIT 130/2010 – ME, foi determinada a recuperação elástica do

CAP em estudo, utilizando-se do aparelho dutilômetro, mostrado na Figura 3.14.

Figura 3.14 Recuperação Elástica.

56

O ensaio foi realizado à uma temperatura de 25° C, com velocidade de estiramento

de 5cm/min. Quando medidos 20 cm, conforme marcação na régua da figura acima, foi

seccionado o fio de ligante em seu ponto médio e aguardado 60 min para que ocorresse a

recuperação elástica do ligante, ou seja, para que o mesmo retornasse à sua dimensão

inicial. A partir de então, foi medido o comprimento atingido e comparado com o

especificado, fornecendo a porcentagem de recuperação elástica de 90%, traduzindo uma

excelente capacidade de retorno do material asfáltico modificado por polímero.

3.2.4 VISCOSIDADE BROOKFIELD

Segundo a norma ABNT NBR 15184/2004, foi realizado a medida da viscosidade

dinâmica utilizando-se do viscosímetro rotacional Brookfield, como mostra a Figura 3.15.

Figura 3.15 Viscosímetro Brookfield.

Através da intersecção da curva plotada nas temperaturas de 135, 150 e 177°C, com as

retas da faixa de mistura e da faixa de compactação, pôde-se obter as faixas de temperatura

de mistura e compactação, conforme gráfico da Figura 3.16.

57

Figura 3.16 Curva de Viscosidade versus Temperatura.

3.2.5 PONTO DE FULGOR

Segundo a norma ABNT NBR 11341/2008, realizou-se o ensaio de ponto de fulgor

visando determinar a menor temperatura na qual os vapores emanados durante o

aquecimento do material asfáltico se inflamam quando expostos a uma fonte de ignição,

conforme a Figura 3.17.

FIG 3.17 Ensaio de Ponto de Fulgor em vaso Cleveland.

O resultado obtido por este ensaio foi de 265 °C, indicando uma boa segurança para

o manuseio do CAP durante o seu transporte, estocagem e usinagem, haja visto que as

faixas de temperatura de mistura e compactação encontradas no ensaio de viscosidade

Brookfield foram de 162 a 176°C e 145 a 149°C, respectivamente.

5

50

500

5000

135 145 155 165 175

Vis

cosi

dad

e B

roo

kfie

ld (

cP)

Temperatura (oC)

CAP…

CAP 60/85Compactação: 145 a 149 oCMistura: 162 a 176 oC

Faixa de Mistura

Faixa de Compactação

58

3.2.6 ENSAIO DE DURABILIDADE RTFOT (ROLLING THIN FILM OVEN TEST)

Segundo a norma ABNT NBR 15235/2009, foi realizado no CAP em estudo a

simulação do envelhecimento do ligante que ocorre durante os processos de usinagem e

compactação da mistura. Através da utilização da estufa de filme fino rotativo, mediu-se o

envelhecimento por oxidação e evaporação dado pela exposição do material à alta

temperatura de 163 °C durante 85 minutos e pela injeção de ar a cada 3 a 4 segundos nas

amostras que se encontravam em rotação dentro da estufa. Cabe ressaltar que esse ensaio

com película fina de CAP simula a película fina de ligante que irá se aderir ao agregado

após a mistura.

Segundo BERNUCCI et al (2008), existem vários parâmetros envolvidos no

envelhecimento dos ligantes asfálticos, todavia, se apresentam mais relevantes a perda de

componentes voláteis através do aquecimento e a reação química do asfalto com o

oxigênio.

Por fim, mediu-se os efeitos da simulação de envelhecimento acelerado através da

realização de novos ensaios de penetração, recuperação elástica e ponto de amolecimento,

comparando os valores obtidos com os originais, antes do envelhecimento.

3.2.7 RESUMO DOS RESULTADOS OBTIDOS NA CARACTERIZAÇÃO DO CAP 60/85

A seguir, na Figura 3.18, será apresentado os ensaios de caracterização previstos

pela ANP (2007) e normas ABNT, bem como, os valores estabelecidos como aceitáveis.

Na Tabela 3.7, um resumo de todos os resultados obtidos no presente estudo.

59

Figura 3.18 Especificação de Asfalto Polímero, BERNUCCI et al (2008).

Tabela 3.7 Resumo dos resultados de caracterização do CAP 60/85.

ENSAIOS LIMITES RESULTADO

AMOSTRA VIRGEM

Penetração @100g, 5s, 25ºC (0,1mm) 40 a 70 46

Ponto de amolecimento (ºC) mín 60 67

Viscosidade Brookfield (cP)

a 135ºC, SP 21, 20 rpm máx 3000 1563

766

a 150ºC, SP 21, 50 rpm máx 2000

a 177ºC, SP 21, 100 rpm máx 1000 286

Ponto de fulgor (ºC) mín 235 270

Recuperação Elástica @25ºC, 20cm mín 85

90

APÓS RTFOT @163ºC, 85min

Variação em massa máx 1,0% 0,07%

Porcentagem de recuperação elástica mín 80% 94%

Variação do Ponto de Amolecimento (ºC) -5 a +7 -3

Porcentagem de penetração original mín 60% 61%

60

4 DOSAGEM DAS MISTURAS ASFÁLTICAS

4.1 ENQUADRAMENTO GRANULOMÉTRICO

O presente trabalho foi direcionado, dentre as diversas misturas asfálticas já citadas

na revisão bibliográfica, para a misturas usinadas à quente, de graduação densa, mais

conhecidas como concreto asfáltico (CA) ou CBUQ (Concreto Betuminoso Usinado a

Quente). Como estamos trabalhando com asfalto modificado por polímero, o CBUQ

enquadra-se na categoria especial quanto ao ligante asfáltico, segundo BERNUCCI et al

(2008).

Além disso, devido às granulometrias apresentadas, no capítulo 3, das Britas 1 e 0,

mais o pó de pedra, que mostram o valor de 100% de agregado passante na peneira de

¾”, utilizou-se como faixa de enquadramento granulométrico a “C”, cujas porcentagens

limites estão indicadas na referência bibliográfica, item 2.3.1, Tabela 2.2.

A partir de então, de posse das granulometrias do material estudado e da faixa alvo

“C”, realizou-se o enquadramento granulométrico por meio do método das tentativas.

Após algumas tentativas, encontrou-se três curvas nos limites da faixa C. A primeira,

denominada Traço “T1”, encontra-se mais próxima do limite superior da faixa

predeterminada, a segunda, denominada Traço “T2”, na região média da faixa e a terceira,

Traço “T3”, próxima ao limite inferior, conforme mostram as figuras abaixo.

Figura 4.1 Traço T1.

nº 40nº 80nº 200 1/2"3/8"nº 4nº 10 1"3/4" 2"1 1/2"

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0.010 0.100 1.000 10.000 100.000

Passan

te (

%)

Peneiras (mm)

CURVA DE ENQUADRAMENTO GRANULOMÉTRICO

Alvo

Fx Proj.

média

Fx Proj.

filler miúdo graúdo

61

O traço acima ficou enquadrado nas porcentagens de: 18% de brita 1, 17% de brita

0 e 65% de pó de pedra.


Já o traço médio foi enquadrado com: 18% de brita 1, 30% de brita 0 e 52% de pó

de pedra.


O último traço ficou enquadrado com: 25% de brita 1, 35% de brita 0 e 40% de pó

de pedra.

Destaca-se que nas diversas tentativas de enquadramento, pouco se conseguiu

alterar o ramo inferior da curva, correspondente aos miúdos, principalmente entre as

peneiras de n° 200 e n° 40. O máximo que se conseguiu afastar do limite inferior da faixa

nº 40nº 80nº 200 1/2"3/8"nº 4nº 10 1"3/4" 2"1 1/2"

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0.010 0.100 1.000 10.000 100.000

Passan

te (

%)

Peneiras (mm)


Alvo

Fx Proj.

média


nº 40nº 80nº 200 1/2"3/8"nº 4nº 10 1"3/4" 2"1 1/2"

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0.010 0.100 1.000 10.000 100.000

Passan

te (

%)

Peneiras (mm)


Alvo

Fx Proj.

média

Fx Proj.

Lim. Inf.


62

C, corresponde ao traço T1, já no traço T2, esse ramo encontra-se bem próximo do limite

e no traço T3, exatamente sobre o limite.

Outra observação é que, no traço T1, o ramo superior da curva, entre as peneiras de

n° 4 e ¾”, não ficou próximo do limite superior da faixa C, pois buscou-se seguir as

restrições impostas pelo método SUPERPAVE, a título de comparação dos traços caso o

trabalho permitisse chegar a dosagem pelos dois métodos: Marshall e SUPERPAVE.

Figura 4.4 Traço T1 SUPERPAVE.

Dessa forma, percebe-se na Figura 4.4 que também foram observados, na escolha dos

traços, as imposições dos pontos de controle para um TMN de peneira de 19 mm, bem

como, a restrição da linha de densidade máxima, BERNUCCI et al (2008).

4.2 SEPARAÇÃO DE MATERIAL

A partir do enquadramento granulométrico e da obtenção dos três traços descritos

no item 4.1, estimou-se três teores de CAP para as composições granulométrica.

Inicialmente, escolheu-se os teores de 4%, 5% e 6% para os traços 2 e 3. Realizou-

se a separação de 1200g de material (agregados + ligante) para cada CP nas proporções

fornecidas pelo enquadramento, tomando-se o cuidado de ajustar esses valores com os

teores de CAP estimados. A Figura 4.5 mostra as quantidades de material separadas para

cada CP.

0.075 12.52.36 2519 5037.5

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

Passante

(%

)

Tamanho de Peneiras (mm) (Potência 0,45)

CURVA DE ENQUADRAMENTO GRANULOMÉTRICO SUPERPAVE

Proj.

FAIXA C

63

Figura 4.5 Agregados para CPs = 1200g - %CAP.

4.3 MISTURA ASFÁLTICA

Segundo a norma DNER – ME 043/95, de posse da temperatura de mistura obtida

no ensaio de viscosidade Brookfield, conforme apresentado no item 3.2,4, Figura 3.17,

realizou-se a mistura do ligante aos agregados. A Figura 4.6 ilustra os passos adotados

durante a realização da mistura asfáltica: (a) colocação da amostra na panela; (b)

aquecimento do agregado; (c) verificação da temperatura; (d) peso do ligante; (e) mistura

à temperatura entre 162 e 176 °C; (f) verificação da temperatura de mistura.

(a) (b) (c)

(d) (e) (f)

Figura 4.6 Etapas para mistura asfáltica.

64

4.4 COMPACTAÇÃO MARSHALL

Seguindo a norma DNER - ME 043/95, realizou-se a compactação da mistura, mais

uma vez, utilizando-se da temperatura obtida no gráfico viscosidade x temperatura

(Brookfield), item 3.2.4, Figura 3.14.

Observou-se a sequência de procedimento padronizada com a colocação do papel-

filtro no fundo do molde; colocação da mistura no molde; acomodação da mistura no molde

com 15 (quinze) golpes vigorosos de espátula no interior, ao redor do molde, e 10 (dez) no

centro de massa; colocação do papel filtro no topo do molde após a mistura e ajuste do CP

para compactação.

Figura 4.7 Compactação das amostras.

Após realização dos procedimentos, foram executados 75 golpes de cada face do

CP, simulando uma compactação para tráfego alto.

Terminado o processo de compactação, realizou-se a extração dos CPS conforme a

Figura 4.8.

Figura 4.8 Extração do CP.

65

Assim, os corpos-de-prova foram deixados em repouso numa superfície plana e lisa

por no mínimo 12 h, sob temperatura ambiente.

Após isso, conforme a Figura 4.9, executaram-se as medições com paquímetro de

altura e diâmetro, em quatro posições diametralmente opostas, segundo prescrição da

norma, adotando-se a média aritmética das quatro leituras.

Figura 4.9 Medições com paquímetro.

4.5 VOLUMETRIA

Segundo a DNER – ME 117/94, determinaram-se as densidades aparentes dos

corpos de provas conforme a sequência de ensaio da Figura 4.10: (a) pesagem à seco; (b)

pesagem hidrostática; (c) remoção da água de superfície e (d) pesagem do CP saturado

com superfície seca.

(a) (b) (c) (d)

Figura 4.10 Sequência de ensaio Gmb.

De posse dos valores de pesagem, determinou-se determinaram-se as densidades

aparentes para cada teor através da média aritmética entre os valores obtidos em cada

corpo de prova.

66

Por fim, encontrado o valor da Gmb, pôde-se determinar através das relações

volumétricas mencionadas no capítulo II do presente trabalho, o volume de vazios (Vv), os

vazios do agregado mineral (VAM) e a relação betume/vazios (RBV).

4.6 ENSAIO DE ESTABILIDADE E FLUÊNCIA

Segundo a norma DNER – ME 043/95, determinou-se as estabilidades dos CPs, bem

como, a fluência dos mesmos.

Para a medida de estabilidade (N), primeiramente, submeteu-se cada corpo de prova a

submersão em banho-maria a temperatura controlada de 60 °C, com tolerância para mais

ou menos de 1°C, durante o tempo de 30 a 40 minutos, conforme Figura 4.11.

Figura 4.11 Banho-maria à 60 °C.

Após isso, realizou-se imediatamente, a medida de Estabilidade e Fluência na

prensa Marshall, conforme Figura 4.12.

Figura 4.12 Medida de Estabilidade e Fluência.

Os valores encontrados devem ser maiores que 500 Kgf, segundo a Tabela 4.1.

67

Tabela 4.1 Especificações de Serviço.

Fonte: DNIT 031/2004 – ES

4.7 OBTENÇÃO DE GRÁFICOS

Finalizando o processo de dosagem Marshall, a partir dos parâmetros volumétricos

e mecânicos obtidos neste capítulo, determinou-se seis curvas. São mostradas como

exemplo as curvas obtidas para o traço T2 na Figura 4.13: (a) teor de asfalto versus Gmb;

(b) teor de asfalto versus DMT; (c) teor de asfalto versus Vv; (d) teor de asfalto versus VAM;

(e) teor de asfalto versus RBV; (f) teor de asfalto versus Estabilidade.

(a)

2.370

2.375

2.380

2.385

2.390

2.395

2.400

2.405

2.410

6.0 6.5 7.0 7.5 8.0 8.5 9.0 9.5

Massa e

specíf

ica a

pare

nte

(g

/cm

³)

Teor de asfalto (%)

68

(b)

(c)

(d)

2.450

2.500

2.550

2.600

2.650

2.700

2.750

6.0 6.5 7.0 7.5 8.0 8.5 9.0 9.5

Densid

ade m

áxim

a

teórica (

g/c

m³)

Teor de asfalto (%)

2.0

4.0

6.0

8.0

10.0

12.0

14.0

6.0 6.5 7.0 7.5 8.0 8.5 9.0 9.5

Volu

me d

e V

azio

s (

%)

Teor de asfalto (%)

22.5

23.0

23.5

24.0

24.5

25.0

25.5

6.0 6.5 7.0 7.5 8.0 8.5 9.0 9.5Vazio

s d

o A

gre

gado M

inera

l (%

)

Teor de asfalto (%)

69

(e)

(f)

FIG. 4.13 Gráficos obtidos na dosagem Marshall para o traço T2.

40.0

50.0

60.0

70.0

80.0

90.0

6.0 6.5 7.0 7.5 8.0 8.5 9.0 9.5Rela

ção B

etu

me/V

azio

s (

%)

Teor de asfalto (%)

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1800

2000

6.0 6.5 7.0 7.5 8.0 8.5 9.0 9.5

Esta

bili

dade (

kgf)

Teor de asfalto (%)

70

5 ENSAIOS MECANÍSTICOS / SisPav

Conforme abordado no capítulo II do presente trabalho, realizou-se, além dos

ensaios de Estabilidade Marshall, mencionado no capítulo anterior, os seguintes ensaios

mecanísticos: resistência a tração estática (RT), vida de fadiga.

5.1 RESISTÊNCIA À TRAÇÃO ESTÁTICA

Segundo revisão do DNIT de 2009 da norma DNER – ME 138/94, determinou-se a

resistência à tração dos corpos de prova por compressão diametral. Para isso, utilizou-se

da prensa mecânica mais dispositivo centralizador com frisos metálicos mostrados na

Figura. 5.1, aplicando-se uma carga progressiva com velocidade de deformação de 0,8 ± 1

mm/s até que se desse a ruptura do CP.

Figura 5.1 Ensaio de Resistência à Tração por compressão diametral.

De acordo coma norma DNIT 031/2004 – ES, o valor mínimo de RT deve ser de 0,65

MPa para concretos asfálticos, conforme a tabela 4.1 mencionada anteriormente.

Com o valor da carga de ruptura (P), obteve-se a RT calculada pela fórmula apresentada

na revisão bibliográfica da presente pesquisa.

O gráfico da Figura 5.2 mostra um exemplo de curva de RT obtida em função do teor de

CAP para o traço T2.

71

Figura 5.2 Gráfico teor de asfalto versus RT obtido com traço T2.

5.2 VIDA DE FADIGA

O ensaio de fadiga ainda não foi normatizado no Brasil, porém já é amplamente

utilizado, caracterizando a fase de transição do método de dimensionamento empírico para

o mecanístico.

No presente trabalho, selecionou-se 06 (seis) CPs para cada traço, adotando-se o

procedimento utilizado na COPPE/UFRJ descrito por MOURÃO (2003):

- posicionar o CP na base da prensa, apoiando o mesmo no friso inferior;

- assentar o pistão de carga com friso superior em contato com o CP diametralmente

oposto ao friso inferior;

- aplicar uma carga que induza a tensões de tração horizontais aproximadamente

entre 10 e 50% do valor de RT previamente determinada;

- aplicar cargas com frequência de 1Hz (60 ciclos por minuto) com tempo de

carregamento de 0,1s e 0,9 de descarregamento.

Esse procedimento é caracterizado pela aplicação de tensão controlado (TC) onde

a carga aplicada é mantida constante e as deformações resultantes aumentam no decorrer

do ensaio.

A Figura 5.3 mostra o equipamento utilizado no ensaio de fadiga realizado no

Laboratório de Ligantes e Misturas Betuminosas do IME.

0.5

1.0

1.5

6.0 6.5 7.0 7.5 8.0 8.5 9.0 9.5

Resis

tência

à T

ração -

RT

(M

Pa)

Teor de asfalto (%)

72

Figura 5.3 Ensaio de Fadiga.

73

6 RESULTADOS E ANÁLISES

Este último capítulo, concentra-se nos resultados do processo de dosagem das

misturas asfálticas, principalmente, com as três misturas selecionadas a partir da obtenção

do teor ótimo de ligante, de acordo com a dosagem Marshall mencionada no capítulo 4 do

presente estudo.

Apresentar-se-á os resultados dos ensaios mecanísticos utilizados nas misturas obtidas

com teor ótimo de ligante, bem como, análises comparativas envolvendo as três misturas

estudadas.

6.1 PARÂMETROS VOLUMÉTRICOS

Realizou-se o ensaio de densidade máxima medida (Gmm) da mistura asfáltica T1,

com a obtenção do teor ótimo de 8,7% de ligante, mesmo valor encontrado com a utilização

da DMT para os teores de 5, 6 e 7,5%. A partir dessa constatação, por premissa de tempo,

decidiu-se dosar as demais misturas apenas pela utilização da DMT, como é de praxe no

Brasil, em virtude da pouca aquisição do equipamento a vácuo do método Rice.

A Tabela 6.1 apresenta os resultados da DMT e da Gmm obtidas para a mistura T1.

Tabela 6.1 Resultados da DMT e Gmm para mistura T1.

Teor de Ligante (%) DMT Gmm

5,0 2,658 2,707

6,0 2,616 2,608

7,5 2,556 2,573

6.2 RESULTADOS DA MISTURA T1

Para esta mistura, com curva granulométrica nas proximidades do limite superior da

faixa C de CBUQ, optou-se inicialmente pelos teores de 4, 5 e 6%, moldando-se 04 (quatro)

CPs para cada teor (03 para Ensaio de Estabilidade e 01 para Ensaio RT).

Vale ressaltar que o teor ótimo é obtido a partir dos parâmetros de dosagem Vv e RBV. Com

os valores médios desses parâmetros obtidos para cada teor, traça-se o gráfico com teor

de asfalto no eixo das abcissas (eixo x), o Vv na ordenada (eixo y1) e a RBV na ordenada

(eixo y2). Adicionam-se linhas de tendência para os valores plotados no gráfico que se

74

encontram com as linhas pontilhadas correspondentes aos limites de Vv e RBV,

mencionados na Tabela 4.1 deste trabalho (DNIT 031/2004 – ES). Essas intersecções nos

fornecem quatro teores de CAP (X1, X2, X3 e X4), onde o teor ótimo corresponderá a média

aritmética dos teores centrais, ou seja, (X2 + X3)/2, conforme BERNUCCI et al.(2010).

Assim, obteve-se o teor ótimo de 8,2%, como mostra o gráfico da Figura 6.1.

Figura 6.1 Teor de asfalto versus Vv e RBV da mistura T1.

A partir dessa estimativa com linhas de tendência com dispersão R2 =0,99, optou-se

por moldar mais 08 CPs para os teores de 7,5 e 8,5%, 04 para cada teor, acreditando-se

que o teor ótimo estaria na casa de 8%.

Após nova análise volumétrica, com a obtenção das massas específicas aparentes

(Gmb), obteve-se uma nova estimativa de 8,8% de teor ótimo, conforme a Figura 6.2.


8.0 8.97.8 8.4

y = -2.4328x + 24.565R² = 0.9922

y = 10.105x - 3.365R² = 0.9981

30.0

40.0

50.0

60.0

70.0

80.0

90.0

100.0

110.0

2.0 3.0 4.0 5.0 6.0 7.0 8.0 9.0

10.0 11.0 12.0 13.0 14.0 15.0 16.0 17.0

3.5 4.5 5.5 6.5 7.5 8.5 9.5

Re

laçã

o b

etu

me

/vaz

ios

(%)

Vo

lum

e d

e V

azio

s (%

)

Tero de Ligante (%)

8.7 9.88.1 9.0

y = -1.867x + 21.256R² = 0.9988

y = 8.3905x + 6.8395R² = 0.9987

30.0

40.0

50.0

60.0

70.0

80.0

90.0

100.0

2.0 3.0 4.0 5.0 6.0 7.0 8.0 9.0

10.0 11.0 12.0 13.0 14.0 15.0 16.0

3.5 4.5 5.5 6.5 7.5 8.5 9.5

Re

laçã

o b

etu

me

/vaz

ios

(%)

Vo

lum

e d

e V

azio

s (%

)

Tero de Ligante (%)

75

Por premissa de tempo para moldar mais CPs, optou-se pelo teor ótimo obtido pela

regressão linear dos pontos plotados no gráfico, a partir das relações volumétricas de todos

os teores utilizados para a mistura T1 (4-5-6-7,5-8,5%). Dessa forma, obteve-se um teor

ótimo final de 8,7% com dispersão da linha de tendência de R 2 = 0,99, conforme a Figura

6.3.


As porcentagens de agregado e ligante correspondentes ao teor ótimo da mistura

T1 são apresentadas na Tabela 6.2.

Tabela 6.2 Percentual do teor de projeto da mistura T1.

MATERIAL %

Teor de Ligante 8,7

Brita 1 16,4

Brita 0 15,5

Pó de pedra 59,4

8.6 9.58.1 8.9

y = -2.0813x + 22.865R² = 0.9926

y = 9.0875x + 1.5734R² = 0.9967

30.0

40.0

50.0

60.0

70.0

80.0

90.0

100.0

2.0 3.0 4.0 5.0 6.0 7.0 8.0 9.0

10.0 11.0 12.0 13.0 14.0 15.0 16.0 17.0

3.5 4.5 5.5 6.5 7.5 8.5 9.5

Re

laçã

o b

etu

me

/vaz

ios

(%)

Vo

lum

e d

e V

azio

s (%

)

Tero de Ligante (%)

76


Para esta mistura, com curva granulométrica passando pela região central da faixa

C de CBUQ, optou-se inicialmente pelos teores de 4, 5 e 6%, moldando-se 04 (quatro) CPs

para cada teor (03 para Ensaio de Estabilidade e 01 para Ensaio RT).

Analogamente ao método descrito no item 6.2, obteve-se um teor ótimo de 9,1% conforme

Figura 6.4.


A partir dessa estimativa com linhas de tendência com dispersão mínima de R2

=0,98, optou-se por moldar mais 08 CPs para os teores de 8,5 e 9,5%, 04 para cada teor,

acreditando-se que o teor ótimo estaria na casa de 9%.

Após nova análise volumétrica, com a obtenção das massas específicas aparentes

(Gmb), obteve-se uma nova estimativa de 8,9% de teor ótimo, conforme a Figura 6.5.

10.99.48.0 8.9

y = -1.3223x + 17.421R² = 0.9813

y = 8.015x + 10.775R² = 0.9931

30.0

40.0

50.0

60.0

70.0

80.0

90.0

100.0

110.0

2.0

3.0

4.0

5.0

6.0

7.0

8.0

9.0

10.0

11.0

12.0

13.0

14.0

3.5 4.5 5.5 6.5 7.5 8.5 9.5 10.5

Re

laçã

o b

etu

me

/vaz

ios

(%)

Vo

lum

e d

e V

azio

s (%

)

Tero de Ligante (%)

77


Conforme feito na mistura T1, optou-se pelo teor ótimo obtido pela regressão linear

dos pontos plotados no gráfico, a partir das relações volumétricas de todos os teores

utilizados para a mistura T2 (4-5-6-8,5-9,5%). Dessa forma, obteve-se um teor ótimo final,

também de 8,9%, com dispersão da linha de tendência de no mínimo R 2 = 0,98, conforme

a Figura 6.6.




9.98.78.1 9.0

y = -1.6622x + 19.404R² = 0.9724

y = 7.6377x + 13.295R² = 0.9793

30.0

40.0

50.0

60.0

70.0

80.0

90.0

100.0

2.0

3.0

4.0

5.0

6.0

7.0

8.0

9.0

10.0

11.0

12.0

13.0

14.0

15.0

3.5 4.5 5.5 6.5 7.5 8.5 9.5 10.5

Re

laçã

o b

etu

me

/vaz

ios

(%)

Vo

lum

e d

e V

azio

s (%

)

Tero de Ligante (%)

9.98.78.1 9.0

y = -1.5637x + 18.552R² = 0.9887

y = 7.7949x + 12.006R² = 0.9931

30.0

40.0

50.0

60.0

70.0

80.0

90.0

100.0

2.0

3.0

4.0

5.0

6.0

7.0

8.0

9.0

10.0

11.0

12.0

13.0

14.0

3.5 4.5 5.5 6.5 7.5 8.5 9.5

Re

laçã

o b

etu

me

/vaz

ios

(%)

Vo

lum

e d

e V

azio

s (%

)

Tero de Ligante (%)

78


MATERIAL %

Teor de Ligante 8,9

Brita 1 16,4

Brita 0 27,3

Pó de pedra 47,4


Para esta mistura, com curva granulométrica passando pela região próxima ao limite

inferior da faixa C de CBUQ, optou-se inicialmente pelos teores de 5, 6 e 7%, moldando-se

04 (quatro) CPs para cada teor (03 para Ensaio de Estabilidade e 01 para Ensaio RT).

Analogamente ao método descrito no item 6.2, obteve-se um teor ótimo de 8,7%

conforme Figura 6.7.


A partir dessa estimativa com linhas de tendência com dispersão mínima de R2

=0,88, optou-se por moldar mais 04 CPs para o teor de 8 % e obter o teor ótimo a partir dos

pontos plotados no gráfico (6-7-8%). Dessa forma, obteve-se um teor ótimo final, também

de 8,7%, com dispersão da linha de tendência de no mínimo R 2 = 0,95, conforme a Figura

6.8.

10.28.7

7.8 8.7

y = -1.3449x + 16.709R² = 0.8804

y = 7.69x + 14.993R² = 0.9732

30.0

40.0

50.0

60.0

70.0

80.0

90.0

100.0

2.0

3.0

4.0

5.0

6.0

7.0

8.0

9.0

10.0

11.0

12.0

4.0 5.0 6.0 7.0 8.0 9.0 10.0

Re

laçã

o b

etu

me

/vaz

ios

(%)

Vo

lum

e d

e V

azio

s (%

)

Tero de Ligante (%)

79





MATERIAL %

Teor de Ligante 8,7

Brita 1 22,8

Brita 0 32,0

Pó de pedra 36,5

6.5 COMPARAÇÃO ENTRE AS MISTURAS

A partir dos teores ótimos de cada mistura, foram executados mais 15 corpos de

prova, 05 por traço. Desses, 03 foram destinados ao ensaio de Estabilidade e 02 ao ensaio

de Resistência à Tração Indireta.

A Tabela 6.5 mostra os parâmetros de referência apontados na norma DNIT – ES

031/2006, bem como, os resultados dos ensaios com teores ótimos de cada mistura.

9.88.5

7.9 8.8

y = -1.5932x + 18.568R² = 0.9534

y = 7.73x + 14.003R² = 0.9744

30.0

40.0

50.0

60.0

70.0

80.0

90.0

100.0

2.0

3.0

4.0

5.0

6.0

7.0

8.0

9.0

10.0

11.0

12.0

13.0

4.0 5.0 6.0 7.0 8.0 9.0 10.0

Re

laçã

o b

etu

me

/vaz

ios

(%)

Vo

lum

e d

e V

azio

s (%

)

Tero de Ligante (%)

80

Tabela 6.5 Parâmetros finais da dosagem Marshall desta pesquisa.

MISTURAS

PARÂMETRO

% LIGANTE

PROJETO

Vv

%

RBV

%

VA

%

ESTABILIDADE

(Kgf)

RT

(MPa)

Referência

DNIT-ES 031/2006 4,5 - 9,0 3 a 5 75 a 82 > 15 > 500 > 0,65

T 1 8,7 4,7 80,6 24,5 1492 1,2

T 2 8,9 4,6 81,4 24,8 1287 1,2

T 3 8,7 4,7 80,8 24,6 1158 1,0

Como visto acima, todas as misturas atenderam aos critérios da norma DNIT – ES

031/2006 com relação ao teor de ligante, ao volume de vazios (Vv), ao percentual de

betume/vazios (RBV), ao percentual de vazios do agregado mineral (VAM), à estabilidade

e à resistência à tração indireta por compressão diametral.

Os teores de ligante foram praticamente os mesmos, com uma variação percentual

das misturas T1 e T3 em relação à T2 de 2,2%.

Comparando-se as misturas T1 e T3, de mesmo teor de ligante e volume de vazios,

percebe-se que a mistura T1 ganha em estabilidade e resistência à tração. Por fim,

comparando-se T1 e T2, percebe-se que a resistência à tração é a mesma, porém, a

mistura T1 continua se sobrepondo no ensaio de estabilidade.

Dessa forma, percebe-se que a mistura T1 seria a melhor das três quando

analisados os quesitos acima, porém, do ponto de vista econômico, todas as misturas são

consideradas indesejáveis devido ao alto teor de ligante. Além disso, a mistura T1, embora

tenha se sobressaído na última análise, apresenta um maior percentual de pó-de-pedra o

que representa um maior custo com britador.

Os gráficos das figuras 6.9 e 6.10 ajudam a visualizar melhor as diferenças de

Estabilidade e RT.

81

Figura 6.9 Estabilidade das misturas avaliadas neste estudo.

Figura 6.10 Resistência à Tração das Misturas avaliadas neste estudo.

6.5.1 COMPARAÇÃO DOS ENSAIOS MECANÍSTICOS

Foram executados mais 18 corpos de prova, 6 por mistura, somente para a

realização do ensaio de vida de fadiga. A Figura 6.11 mostra os 33 CPs moldados com o

teor de projeto de cada mistura para a realização do ensaio de vida de fadiga mencionado,

além do ensaio mecanístico de RT e do ensaio de Estabilidade e Fluência já discutidos

anteriormente.

1492

1287

1158

500

700

900

1100

1300

1500

Esta

bili

da

de

(K

gf)

Comparação de Estabilidade

T1 T2 T3

1.2 1.2

1.0

0.65

0.75

0.85

0.95

1.05

1.15

1.25

Resis

tên

cia

à T

raçã

o (

MP

a)

Comparação de RT

T1 T2 T3

82

Figura 6.11 Total de CPs (33 unidades) para ensaios com teor de projeto.

6.4.1.1 VIDA DE FADIGA

O ensaio de fadiga foi realizado com três níveis de tensão, ajustados em 20%, 30%

e 40% da resistência à tração indireta (RT). Com os resultados obtidos traçou-se as curvas

de diferença de tensões (∆σ) x número de ciclos necessários à ruptura (Nf), conforme a

Figura 6.12.

Figura 6.12 Curva de fadiga das misturas deste estudo (∆σ x Nf).

Geralmente, não é possível comparar diretamente as curvas de fadiga

(AREDES,2016), todavia, ao longo desta pesquisa, percebeu-se uma semelhança muito

grande das três misturas, tanto no teor de CAP, quanto na RT, por exemplo. Como os MR

T1y = 6902,7x-3,163

R² = 0,7542

T2y = 8044,6x-3,328

R² = 0,9477

T3y = 4532x-2,483

R² = 0,9514

100

1000

10000

100000

1000000

0.8

Núm

ero

de

ap

lica

çõ

es, N

Diferença de tensões, (MPa)

VIDA DE FADIGA x DIFERENÇA DE TENSÕES

T1 T2 T3

0,93 1,23 1,39 1,43 1,850,960,82 1,911,64

83

possuem uma certa relação com a RT, pode-se estimar MR também semelhantes, o que

possibilitaria tal comparação. Além disso, as misturas T1 e T2 apresentaram ∆σ muito

próximas.

Percebe-se que a mistura T2 apresentou, em média, uma vida de fadiga ligeiramente

maior, levando em consideração a sua dispersão R2 =0,9477. Em seguida, a mistura T1

apresentou melhor desempenho. Já a mistura T3, embora tenha alcançado uma dispersão

baixa de R2 = 0,9574, apresentou os menores valores de N.

Observa-se, ainda, que no trecho de ∆σ entre 1,64 e 1,91, as linhas de tendência

são praticamente coincidentes.

6.6 UTILIZAÇÃO DO SOFTWARE SISPAV

Um dos objetivos desse trabalho seria, de posse dos valores dos módulos de

resiliência das três misturas, utilizar o software SisPav com o intuito de dimensionar a

camada de revestimento e estimar a vida útil para cada mistura, obtendo assim parâmetros

de comparação.

Em virtude de problemas técnicos o ensaio de módulo de resiliência não pode ser

feito em tempo hábil, dessa forma utilizou-se a relação para misturas asfálticas na faixa C

do DNIT MR/RT=3000, extraída de VASCONCELOS (2004), de posse dos dados de

resistência à tração de cada camada podemos estimar o módulo de resiliência.

Outros parâmetros de entrada do software foram alimentados com os dados dos

ensaios de caracterização como: penetração, Vv%, RBV%, teor de asfalto %, DMT e

distribuição granulométrica da faixa.

Na simulação foi modelada uma estrutura em quatro camadas: revestimento, base,

sub-base e subleito. Na composição das camadas de base, sub-base e subleito foram

utilizados os dados de GALHARDO (2015) apud AREDES (2016), para os valores de MR

e Poison.

84

Figura 6.13 Estrutura modelada no SisPav, AREDES (2016).

Tabela 6.6 Parâmetros das camadas, GALHARDO (2015) apud AREDES (2016).

CAMADA

PARÂMETRO

TIPO ESPESSURA

(m)

COEF.

POISSON MODELO MR/K1 K2 K3

BASE Material

Granular 0,20 0,350 Elástico linear 500 - -

SUB-BASE

50 % de Solo

Residual Filito

e 50% de

Resíduo de

minério de

ferro.

0,25 0,350 Modelo Composto

f(sigma 3, sigma D) 94,36 0,2590 -0,5570

SULEITO

Solos finos,

siltosos ou

argilosos

- 0,400 Elástico linear 52 - -

Para determinação do “N”, número de repetições do eixo padrão de 8,2t, utilizou-se

os dados do seguinte estudo de caso: Rodovia situada no estado do Rio de Janeiro, com

taxa de crescimento anual de 2% para ônibus e 2,5% para caminhões, o dimensionamento

será para uma vida útil de 20 anos.

85

Figura 6.14 Valores médios diários, trafego bidirecional, do estudo de caso.

Figura 6.15 Dados do tráfego no SisPav.

Tabela 6.7 Espessura mínima dimensionamento DNIT (2006).

N ESPESSURA MÍNIMA DE REVESTIMENTO

N ≤ 106 Tratamentos superficiais betuminosos

106 ≤ N ≤ 5x106 Revestimentos betuminosos com 5,0 cm de espessura

5x106 ≤ N ≤ 107 Concreto betuminoso com 7,5 cm de espessura

107 ≤ N ≤ 5x107 Concreto betuminoso com 10,0 cm de espessura

N > 5x107 Concreto betuminoso com 12,5 cm de espessura

Implementando os dados do tráfego no SISPAV encontramos um “N” de 1,366*107,

ressalta-se que ao empregar uma planilha no Excel achou-se 1,473*107, a pequena

86

discrepância não interfere significativamente nos resultados. Para o “N” calculado partiu-se

da espessura de 0,075m, Tabela 6.7, e calculou-se a dimensão e a vida útil para cada

mistura, atendendo aos critérios mecanísticos.

Figura 6.16 Camadas no SisPav.

6.6.1 RESULTADOS DA MISTURA T1

Figura 6.17 Parâmetros da mistura T1.

87

Com os dados da mistura T1 e com uma espessura inicial de 0,075m, o programa

estimou a vida útil em 10,7 anos e uma deformação permanente de 5,652 cm, acima do

limite aceitável de 1,5 cm. O dimensionamento excedeu 20 cm, indicando uma necessidade

de alteração na espessura das outras camadas.



Com os dados da mistura T3 e com uma espessura inicial de 0,075m o programa



de alteração na espessura das outras camadas

88



Com os dados da mistura T3 e com uma espessura inicial de 0,075m o programa



de alteração na espessura das outras camadas

89

7. CONCLUSÕES E SUGESTÕES PARA TRABALHOS FUTUROS

Esta pesquisa teve como objetivo principal analisar o comportamento de misturas

asfálticas do tipo CBUQ, através da dosagem Marshall e ensaios mecanísticos, visando a

empregabilidade na camada de rolamento de um pavimento asfáltico.

Analisando-se internamente, verificou-se que como as três misturas selecionadas

encontravam-se na faixa C de CBUQ, previsto na norma DNIT 031/2004 – ES, houve

poucas diferenças nos parâmetros verificados, tais como, teor de projeto de ligante,

resistência à tração, vida de fadiga, etc.

Por ocasião da análise de vida útil e deformação permanente no Software Sispav,

também não se verificou grandes diferenças nos resultados obtidos.

Já numa análise geral, quando comparado com misturas de outras pesquisas citadas

na bibliografia, percebeu-se que os resultados obtidos nos parâmetros mecanísticos foram

inferiores, mesmo atendendo as especificações previstas em norma, tais como, Vv, VAM,

RBV, entre outros.

Por fim, conclui-se que nenhuma das misturas analisadas é interessante do ponto

de vista econômico devido ao excesso de ligante, que está associado também à patologia

de deformação permanente conhecida como trilho de rodas, também verificada no software

SisPav.

Para a ampliação do estudo promovido com os materiais utilizados nesta pesquisa,

algumas sugestões podem ser apresentadas para aplicação em trabalhos futuros, a fim de

ratificar ou retificar as informações obtidas no presente estudo:

a) Desenvolver novas misturas com os mesmos materiais apresentados neste

trabalho, permitindo a confirmação dos resultados apresentados;

b) Acrescentar filler de calcário ou outro material fino a fim de diminuir o número de

vazios e, consequentemente, o teor de ligante;

c) Determinação dos módulos de resiliência das diversas misturas asfálticas e

utilização desse dado para determinação da espessura da camada do pavimento

e estimativa da vida útil da camada. Tais dados serviriam com parâmetro de

desempenho na comparação entre as misturas;

d) Comparações do desempenho entre diferentes misturas asfálticas, tendo um

grupo o seu teor de projeto determinado através da DMT e outro através da Gmm;

90

e) Comparação do desempenho entre diferentes misturas asfálticas, tendo um

grupo sido dosado através da compactação por impacto, Marshall, e outro através

da compactação por amassamento, SUPERPAVE.

91

8. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

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93

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