UNIVERSIDADE ESTADUAL DE MARINGÁ

LUIZ ANTONIO MARTINS FILHO

ENSAIOS DE VISCOSIDADE, PENETRAÇÃO, PONTO

DE AMOLECIMENTO, DOSAGEM MARSHALL E CBR

MARINGÁ

27/11/2012

1. INTRODUÇÃO

Os ensaios relatados nesse trabalho são direcionados aos ligantes

asfálticos, e cada um, com seus parâmetros, indica se o ligante é próprio ou

impróprio para o uso.

A seguir, serão descritos os ensaios realizados, seus resultados e suas

respectivas analises.

2. VISCOSIDADE

2.1.Fundamentação teórica

Para a realização dos ensaios de viscosidade, podem ser utilizados

diversos modelos de ensaio, sendo os ensaios diferenciados pelo tipo de

equipamento utilizado. Os equipamentos utilizados nesse ensaio são os

viscosímetro.

No Brasil, o viscosímetro mais utilizado é o de Saybolt-furol, que também

foi o viscosímetro utilizado no nosso experimento.

O viscosímetro de Sabolt-furol compõe-se de um tubo com formato e

dimensões padronizadas, no fundo do qual fica um orifício de diâmetro 3,15 ±

0,02mm. O tubo, cheio de material a ensaiar, é colocado num recipiente com

óleo (banho) com o orifício fechado. Quando o material estabiliza na

temperatura exigida (25 a 170ºC dependendo do material e 135ºC para os

cimentos asfálticos), abre-se o orifício e inicia-se a contagem do tempo.

Desliga-se o cronômetro quando o líquido alcança, no frasco inferior, a marca

de 60ml. O valor da viscosidade é reportado em segundos Saybolt-Furol,

abreviado como SSF, a uma dada temperatura de ensaio.

A medida da viscosidade do ligante asfáltico é importante para a

determinação da consistência adequada que ele deve apresentar quando da

mistura com os agregados para proporcionar uma perfeita cobertura dos

mesmos e quando de sua aplicação no campo. Para isso é necessário se

obter, para cada ligante asfáltico, uma curva de viscosidade com a temperatura

que permita escolher a faixa de temperatura adequada para as diversas

utilizações. O ensaio de viscosidade tem como objetivo indicar a resistência do

CAP ao fluxo.

A norma que direciona a metodologia deste ensaio é a NBR 14491.

2.2.Resultados

Os resultados obtidos para este ensaio foram os seguintes:

EnsaioºC sSF

135 142150 70177 25

125 150 17510

100

Series2

temperatura ( C)

tem

po (s

SF)

Gráfico 1 – viscosidade em segundos Sabolt-furol variando com a

temperatura.

Calculo da viscosidade 75 e 95 sSF através da equação:

T CAP=T 75+(T 95−T75

2 )=149+( 144−1492 )=146,5ºC

T CAP=T 75+(T 95−T 75

2 )

2.3.Análises dos resultados

Conforme será melhor abordado no relatório referente a Dosagem

Marshall, A temperatura do ligante não deve ser inferior a 107ºC nem superior

a 177ºC quando a viscosidade se encontra dentro da faixa calculada ( 75 e 95

sSF). Também os agregados não podem ultrapassar esse valor, sendo que sua

temperatura deve ser de 10 a 15 graus acima da temperatura do ligante.

Assim, podemos concluir que o resultado obtido torna a amostra

adequada.

3. PENETRAÇÃO

3.1.Fundamentação teórica

A penetração é a profundidade, em décimos de milímetro, que uma

agulha de massa padronizada (100g) penetra numa amostra de volume

padronizado de cimento asfáltico, por 5 segundos, à temperatura de 25ºC, e

tem como objetivo determinar a dureza do CAP, sendo a consistência maior

quanto menor for a penetração da agulha.

Classifica-se a amostra da seguinte forma: CAPs 30/45, 50/70, 85/100,

150/200 segundo a nova especificação brasileira de cimento asfáltico de

petróleo (cap) (ANp, 2005). Quanto maior a faixa de penetração, maior a

viscosidade e mais sujeita esta a suscebilidade térmica.

O ensaio é realizado conforme a NBR 6576/98.

3.2.Resultados

Os resultados obtidos foram de acordo com a tabela 3.1:

Leitura Inicial

(0,1 mm)

Final

(0,1 mm)

Penetração

(0,1 mm)

1 189 281 92

2 196 299 103

3 191 274 83

4 193 279 86

5 201 284 83

6 196 230 34

7 194 267 73

8 195 265 70

Tabela 3.1 – Ensaio de penetração.

Através de um calculo feito em planilha encontrou-se o valor da média

das penetrações, excluindo o menor e o maior valor encontrado, encontrando

assim o valor da penetração (P) encontrada nesse ensaio.

P = 81,2 mm

3.3.Análises dos resultados

Com o valor de P = 81,2 mm, classificamos essa amostra de CAP em

85/100 pois é a faixa que mais se aproxima. No entanto, esse valor obtido não

deve ser aceito devido:

A temperatura do ambiente não estava adequadamente controlada;

O experimento foi realizado com fins didáticos e por pessoas

inexperientes;

Foi realizado um número de amostras superior ao necessário,

causando uma possível deformação na amostra.

4. PONTO DE AMOLECIMENTO

4.1.Fundamentação teórica

O ensaio de ponto de amolecimento tem como objetivo correlacionar a

temperatura na qual o asfalto amolece quando aquecido sob certas condições

particulares e atinge uma determinada condição de escoamento.

Esse ensaio é utilizado para estimativa de suscetibilidade térmica, além

de também estar presente em especificações de asfaltos modificados e

asfaltos soprados.

Para o ensaio ser aceito, as temperaturas no momento que as esferas

tocam o fundo do recipiente não podem diferir de 1ºC.

A classificação do CAP quanto ao ponto de amolecimento é feita

conforme a tabela 4.1.

Tabela 4.1: Classificação do CAP pelo ponto de amolecimento.

CAP 30/45 50/70 85/100 150/200

Ponto de amol.

(°C) 52 46 43 37

O ensaio segue a metodologia segundo ABNT NBR 6576/98.

4.2.Resultados

Os resultados obtidos neste experimento estão na tabela 4.2.

Tabela 4.2 – ponto de amolecimento

Amostra Temperatura

(ºC)

01 40

02 40

4.3.Analise dos resultados

Como a diferença de temperatura foi inferior a 1ºC, o resultado é

aceitável. Quanto a classificação, classifica-se a amostra como 85/100, por ser

mais próximo dessa faixa.

5. DOSAGEM MARSHALL

5.1.Fundamentação teórica

A dosagem de uma mistura asfáltica consistem na determinação de um

teor ótimo de ligante a partir de uma faixa granulométrica definida. O método

de dosagem Marshall é o mais utilizado no Brasil.

Os parâmetros para a realização do ensaio são os seguintes:

Determinação das massas específicas reais do cimento asfáltico

de petróleo (CAP) e dos agregados a serem usados

Seleção da faixa granulométrica a ser utilizada de acordo com a

mistura asfáltica.

Escolha da composição dos agregados, de forma a enquadrar a

sua mistura nos limites da faixa granulométrica escolhida.

Escolha das temperaturas de mistura e de compactação, a partir

da curva viscosidade-temperatura do ligante escolhido A

temperatura do ligante na hora de ser misturado ao agregado

deve ser tal que a sua viscosidade esteja situada entre 75 e

150SSF (segundos Saybolt-Furol), de preferência entre 75 e

95SSF ou 0,17±0,02Pa.s se medida com o viscosímetro

rotacional. A temperatura do ligante não deve ser inferior a 107ºC

nem superior a 177ºC. A temperatura dos agregados deve ser de

10 a 15ºC acima da temperatura definida para o ligante, sem

ultrapassar 177ºC. A temperatura de compactação deve ser tal

que o ligante apresente viscosidades na faixa de 125 a 155SSF.

Adoção de teores de asfalto para os diferentes grupos de CPs a

serem moldados. Cada grupo deve ter no mínimo 3 CPs.

Após o resfriamento e a desmoldagem dos corpos-de-prova,

obtêm-se as dimensões do mesmo (diâmetro e altura).

Determinam-se para cada corpo-de-prova suas massas seca

(MS) e submersa em água (MSsub). Com estes valores é

possível obter a massa específica aparente dos corpos-de-prova

(Gmb), que, por comparação com a massa específica máxima

teórica (DMT), vai permitir obter as relações volumétricas típicas

da dosagem.

A partir do teor de asfalto do grupo de CPs em questão (%a),

ajusta-se o percentual em massa de cada agregado.

A dosagem Marshall busca moldar corpos de prova com a mesma

granulometria, porém com teores de ligantes variáveis. Após a confecção e o

tempo de repouso adequado, o CP é rompido por uma prensa especial e se

extrai a carga do rompimento e a sua fluência (deformação). Deve obter

também a sua densidade, volume de vazios e a relação betume vazio. Os

valores devem ser comparados e obedecer faixas pré definidas para se

encontrar o teor ótimo de betume.

A norma que padroniza o ensaio é a DNER-ME 043/95.

5.2.Resultados

Através de cálculos realizados em sala, os resultados obtidos para este

ensaio é de acordo com as tabelas 5.1 e 5.2 abaixo.

Tabela 5.1.

Tabela 5.2

Através de cálculos feitos em planilha, chegou-se aos seguintes

resultados:

Tabela 5.3 – Valores de Carga Corrigida e Fluência

CP Carga (N)Fator de correção

Carga Corrigida (N)

Fluência (mm)

1 7125 1,05 7481 2,382 7344 1,11 8152 2,493 7598 1,11 8434 2,544 7602 1,16 8818 2,695 7452 1,13 8421 2,766 7011 1,17 8203 2,837 6984 1,15 8032 2,878 6581 1,19 7831 2,99

A seguir, os gráficos referentes aos dados obtidos:

Gráfico 5.1 – teor de ligante x volume de vazios.

1.0 2.0 3.0 4.0 5.0 6.0 7.0 8.00.00

1.00

2.00

3.00

4.00

5.00

6.00

7.00

8.00

Teor de ligante (%)

Volu

me

de v

azio

s (%

)

Gráfico 5.2 – teor de ligante x densidade aparente.

0.0 1.0 2.0 3.0 4.0 5.0 6.0 7.02.49

2.50

2.51

2.52

2.53

2.54

2.55

2.56

2.57

2.58

2.59

Teor de ligante (%)

Dens

idad

e ap

aren

te (g

/cm

³)

Gráfico 5.3 – teor de ligante x RBV.

4.0 5.0 6.0 7.055.00

60.00

65.00

70.00

75.00

80.00

85.00

90.00

Teor de Ligante (%)

RBV

(%)

Gráfico 5.4 – teor de ligante x fluência.

4 5 6 72.2

2.4

2.6

2.8

3

3.2

Teor de ligante (%)

Fluê

ncia

(mm

)

Gráfico 5.5 – teor de ligante x estabilidade.

4 5 6 76500

7000

7500

8000

8500

9000

Teor de ligante (%)

Esta

bilid

ade

(N)

6. CBR

6.1.Fundamentação teórica

A espessura depende, além do tráfego do local, do índice de suporte

(CBR) do solo.

A capacidade de suporte de um solo compactado pode ser medida

através do método do índice de suporte, que fornece o “Índice de Suporte

Califórnia - ISC” (California Bearing Ratio - CBR).

Assim como grande parte dos métodos americanos, trata-se de um

ensaio empírico. Este ensaio é adotado por varios órgãos rodoviários, no Brasil

e no mundo e tem como objetivo determinar: O índice de suporte Califórnia

(CBR) e a expansão (E).

O ensaio CBR consiste na determinação da relação entre a pressão

necessária para produzir uma penetração de um pistão num corpo de prova de

solo, e a pressão necessária para produzir a mesma penetração numa mistura

padrão de brita estabilizada granulometricamente. Essa relação é expressa em

porcentagem.

Considera-se o experimento dividido em duas etapas: expansão e

penetração.

Na fase de expansão o corpo de prova fica imerso por 96 horas e mede-

se, em determinados intervalos de tempo a expansão em mm do corpo de

prova.

A fase de penetração é realizada após a de expansão com o objetivo de

determinar o valor do CBR.

O ensaio do Índice de Suporte Califórnia foi padronizado no Brasil pela

ABNT: NBR 9895/87. Outra norma de referência é a 049/94, que é a principal

referência para este experimento.

6.2.Resultados

Os resultados obtidos no ensaio de expansão e no ensaio de penetração estão tabelados a seguir.

Esses resultados são relativos ao cilindro 4 que possui altura de 11,39 cm.

Tabela 6.1: Dados do ensaio Expansão do CBR

LEIT. DIFERENÇA (%)1 1 -4 0,68 32,00

Ocorreu uma retração de 0,32 mm. Quando comparado com o valor da altura de 113,9 mm observou-se uma variação de 0,225 %.

Tabela 6.2: Dados do ensaio Penetração do CBR

PEN. TEMPO LEITURAPRESSÃO

CALCULADACBR (%)

0 0 0 0

0,63 0,5 2 0,821,27 1 3 0,941,90 1,5 4 1,052,54 2 5 1,16  1,663,17 2,5 6 1,273,81 3 7 1,394,44 3,5 8 1,505,08 4 9 1,61  2,306,35 5 11 1,847,62 6 13 2,068,89 7 15 2,2910,1

6 8 17 2,5211,4

3 9 18 2,6312,7

0 10 19 2,74

O CBR encontrado foi de 2,30%.

Gráfico 6.1

0.00 1.00 2.00 3.00 4.00 5.00 6.00 7.00 8.00 9.00 10.00 11.00 12.00 13.00 14.000.00

0.50

1.00

1.50

2.00

2.50

3.00

penetração (mm) x pressão (kgf/cm²)

Gráfico 6.1 : A pressão no eixo vertical pela penetração no eixo

horizontal.

A seguir encontra-se a tabela do peso específico aparente do solo seco

e da umidade para cada amostra dos cilindros ensaiados.

Tabela 6.3: Dados das Amostras em questão

CilindroPeso Esp. Ap. do solo seco (g/cm³)

Umidade(%)

13

1,6514,6

7

1 1,7195,0

3

2 1,8486,8

2

9 1,9888,3

5

3 2,0379,1

0

5 2,04410,

69

6 1,93412,

04

4 1,85213,

49

Com os dados acima, pode-se traçar a curva Peso específico aparente do solo seco x teor de umidade.

Gráfico 6.2

4.00 5.00 6.00 7.00 8.00 9.00 10.00 11.00 12.00 13.00 14.001.6

1.65

1.7

1.75

1.8

1.85

1.9

1.95

2

2.05

2.1

Teor de umidade (%)

Peso

Esp

. Apa

rent

e do

solo

seco

(g/c

m³)

Gráfico 6.2 : Curva Peso Esp. Aparente do solo seco x Teor de umidade

Pelo gráfico pode-se observar que para o teor de umidade de 10% o peso específico aparente do solo seco é máximo, que vale aproximadamente 2,05 g/cm³.

6.3 Conclusão

O ensaio Índice de Suporte Califórnia ocorreu como esperado. Os

objetivos foram atingidos. Para o valor de peso especifico aparente de 2,05

g/cm³, encontrou-se um teor de umidade de 10%, o qual é definido como sendo

a umidade ótima para esse solo. Outras considerações a cerca do ensaio são:

O valor do CBR ou ISC encontrado para o cilindro 4 em questão

foi de 2,30%. Esse valor é um valor baixo, sendo o mais baixo de

todos, pois a umidade da amostra do cilindro 4, de 13,69%, não é

a umidade ótima para esse solo, sendo bem acima da mesma.

Como essa umidade está bem acima da ótima, durante o período

de ensaio de expansão, ouve uma retração de 0,32 mm no quarto

dia, o que equivale uma retração de 0,225% em comparação com

a altura do cilindro de 113,9 mm..

Devido ao fato de não ter sido feito observações das retrações

intermediarias, somente a inicial e final, não foi possível obter maiores

precisões no ensaio. Porém, pode-se considerar que o ensaio foi

realizado com sucesso, o qual é dar uma noção aos alunos de como se

faz a determinação do CBR segundo a DNER-ME 049/94.

REFERÊNCIAS

BERNUCCI, L.B; MOTTA, L.M.G; CERATTI, J.A.P; SOARES, J.B. –

Pavimentação Asfáltica, Formação Básica para Engenheiros. Rio de Janeiro

2008

http://geotecniaefundacoes.blogspot.com.br/2010/06/indice-de-suporte-

california-cbr.html, acesso em 26/11/2012 as 19:30

http://meusite.mackenzie.com.br/pavimento/PDF/Capacidade%20de

%20Suporte%20CBR.pdf, acesso em 26/11/2012 as 19:40

http://transportes.ime.eb.br/MATERIAL%20DE%20PESQUISA/

LABOTATORIO/LAB%20LIGANTES/

03_ensaios_cimento_asfaltico_04.htm#ViscosidadeSayboltFurol, acesso em

26/11/2012 as 20:00

______, DNER-ME 049/94 - Solos: determinação do Índice de

Suporte California utilizando amostras não trabalhadas. Rio de

Janeiro, 1994.

______, NBR 14491/07 - Emulsões asfálticas - Determinação da

viscosidade Saybolt Furol. Rio de Janeiro, 2007.

______, NBR 6576/98 – material betuminoso – determinação da

penetração. Rio de Janeiro, 2007.