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UNIVERSIDADE ESTADUAL DE CAMPINAS
FACULDADE DE ENGENHARIA AGRÍCOLA
ISAAC EDUARDO PINTO
ULTRASSONOGRAFIA E ESCLEROMETRIA APLICADAS A
UMA MISTURA DE CONCRETO ASFÁLTICO
CAMPINAS
2018
ISAAC EDUARDO PINTO
ULTRASSONOGRAFIA E ESCLEROMETRIA APLICADAS A
UMA MISTURA DE CONCRETO ASFÁLTICO
Tese apresentada à Faculdade de Engenharia
Agrícola da Universidade Estadual de
Campinas como parte dos requisitos exigidos
para obtenção do título de Doutor em
Engenharia Agrícola, na Área de Concentração
Construções Rurais e Ambiência.
Orientador: Prof. Dr. JULIO SORIANO
Coorientadora: Profa. Dra. RAQUEL GONÇALVES
ESTE EXEMPLAR CORRESPONDE À
VERSÃO FINAL DA TESE DEFENDIDA
PELO ALUNO ISAAC EDUARDO PINTO E
ORIENTADA PELO PROF. DR. JULIO
SORIANO
CAMPINAS
2018
Agência(s) de fomento e nº(s) de processo(s): Não se aplica.
Ficha catalográfica
Universidade Estadual de Campinas Biblioteca da Área de Engenharia e Arquitetura
Luciana Pietrosanto Milla - CRB 8/8129
Pinto, Isaac Eduardo, 1968- P658u
Ultrassonografia e Esclerometria aplicadas a uma mistura de concreto asfáltico /
Isaac Eduardo Pinto. – Campinas, SP: [s.n.], 2018.
Orientador: Julio Soriano.
Coorientador: Raquel Gonçalves
Tese (doutorado) – Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia
Agrícola.
1. Testes não destrutivos. 2. Ultrassom. 3. Pavimentos Flexíveis 4. Concreto
asfáltico. 5. Resiliência. I. Soriano, Julio, 1967. II. Gonçalves, Raquel, 1961. III.
Universidade Estadual de Campinas. Faculdade de Engenharia Agrícola. IV. Título.
Informações para Biblioteca Digital
Título em outro idioma: Ultrasonography and sclerometer applied to hot mix asphalt
Palavras-chave em Inglês:
Nondestructive tests
Ultrasonic
Flexible pavement
Asphalt concrete
Resilience
Área de concentração: Construções Rurais e Ambiência.
Titulação: Doutor em Engenharia Agrícola
Banca examinadora:
Julio Soriano [Orientador]
Cinthya Bertoldo Pedroso
Marcelo de Castro Takeda
Alexandre Lorenzi
Gisleiva Cristina dos Santos Ferreira
Data da defesa: 08-02-2018
Programa de Pós-Graduação: Engenharia Agrícola
Este exemplar corresponde à redação final da Dissertação de Doutorado defendida por
Isaac Eduardo Pinto, aprovada pela Comissão Julgadora em 08 de fevereiro de 2018,
na Faculdade de Engenharia Agrícola da Universidade Estadual de Campinas.
________________________________________________________________
Prof. Dr. Julio Soriano – Presidente e Orientador
FEAGRI/UNICAMP
___________________________________________________________________
Profa. Dra. Cinthya Bertoldo Pedroso – Membro Titular
FEAGRI/UNICAMP
________________________________________________________________
Prof. Dr. Marcelo de Castro Takeda – Membro Titular
Depto de Engenharia Civil/UFSCar
________________________________________________________________
Prof. Dr. Alexandre Lorenzi – Membro Titular
Depto de Engenharia Civil/LEME/UFRGS
________________________________________________________________
Profa. Dra. Gisleiva Cristina dos Santos Ferreira – Membro Titular
FACULDADE DE TECNOLOGIA/UNICAMP
A Ata da defesa com as respectivas assinaturas dos membros encontra-se no
processo de vida acadêmica do discente.
AGRADECIMENTOS
Ao meu orientador Prof. Dr. Julio Soriano, por ter acreditado e depositado sua
confiança no trabalho, pela dedicação, acompanhamento, orientação e ensinamentos durante
todos esses anos de pesquisa. Meus sinceros votos de agradecimento também pela
receptividade na faculdade.
À Profa. Dra. Raquel Gonçalves, pela coorientação e ensinamentos oferecidos,
fundamentais para o desenvolvimento deste trabalho.
A toda equipe da Egis e do Centro de Pesquisa Rodoviária (CPR-NovaDutra),
pelo apoio nos ensaios de laboratório, meu sincero reconhecimento, ao Rodrigo Augusto
Duarte Gordinho da Proceq SAO Equipamentos de Medição Ltda. pelo empréstimo do
esclerômetro de baixa energia e por estar sempre disponível a colaborar com a pesquisa, e ao
Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia de São Paulo pelo apoio a capacitação de
seus docentes e funcionários.
A todos os professores da Feagri/UNICAMP, pelos ensinamentos transmitidos e
aos funcionários, que em algum momento, fizeram parte desse trabalho. Em especial ao
professor Inacio Dal Fabbro pela amizade e companheirismo demonstrado durante todos os
anos do trabalho.
A todos os amigos de pós-gradução e do LabEnd, que direta ou indiretamente,
ajudaram no desenvolvimento desta pesquisa, em especial à colega engenheira agrícola Nádia
Schiavon da Veiga e ao técnico de laboratório engenheiro agrícola Paulo Gustavo Krejci
Nunes.
Ao meu pai, “in memórian”, que sempre me apoiou e incentivou nos estudos e
pelo seu esforço, preocupação e sacrifícios para tornar tangíveis meus sonhos, à minha Mãe e
meus irmãos, que mesmo distantes, apoiaram e contribuíram com amor e carinho em mais
esta etapa da minha vida.
À minha esposa, sempre presente, acreditando, incentivando e apoiando em todos
os momentos e aos meus filhos pelo amor e carinho.
Finalmente, a todos aqueles que direta ou indiretamente contribuíram para o
desenvolvimento e concretização desse trabalho.
RESUMO
O procedimento mais difundido e utilizado no Brasil para dosagem de uma mistura do tipo
concreto asfáltico é o método Marshall. Atualmente, os procedimentos para determinação do
teor ótimo de asfalto obtido pela dosagem Marshall vem sofrendo algumas alterações com
relação à adoção dos parâmetros de estabilidade e fluência como pré-requisitos, sendo a
adoção do volume de vazios um parâmetro volumétrico que tem sido bastante utilizado na
escolha do teor de projeto. A falta de ligante asfáltico numa mistura acarreta fadiga precoce e,
por outro lado, o excesso faz diminuir sua resistência. Na avaliação da qualidade e rigidez do
concreto asfáltico como camada de revestimento, o módulo de resiliência é considerado o
principal parâmetro obtido por ensaios de corpos de prova moldados em laboratório ou
retirados da pista de rolamento. Atualmente, o comportamento das misturas asfálticas
avaliadas por técnicas de ensaios não destrutivos (END) é pouco conhecido, principalmente,
quando se trata dessas tecnologias aplicadas às análises em laboratório. Neste contexto, o
objetivo desta tese foi analisar o comportamento do teor de asfalto, do volume de vazios e do
módulo de resiliência nos resultados dos END de ultrassom e de esclerometria, aplicados a
uma mistura de concreto asfáltico. Para tanto, foi elaborada uma mistura com 4 teores (4,0%,
4,8%, 5,6% e 6,6%) de cimento asfáltico de petróleo (CAP) e moldados 100 corpos de prova,
os quais foram submetidos aos ensaios de ultrassom com transdutores de face exponencial na
frequência de 45 kHz e de face plana com frequências de 80 kHz, 500 kHz e 1000 kHz, bem
como ao ensaio de esclerometria com impactos aplicados na direção diametral por um
equipamento de baixa energia (0,735 N.m). Os módulos de resiliência foram obtidos por
ensaio de cargas repetidas. Os resultados mostraram para os transdutores com frequências de
500 kHz e 45 kHz, em ambas as direções (longitudinal e transversal), um comportamento
semelhante nas correlações das velocidades de propagação do pulso ultrassônico (VPU) com
o teor de asfalto e com o volume de vazios, apresentando funções com concavidades voltadas
para baixo. Na frequência de 500 kHz foi registrada a maior VPU no ponto ótimo de asfalto.
A esclerometria apresentou um comportamento similar, com inflexão da curva entre os teores
de 4,8% e 5,6% CAP. Os módulos de elasticidade longitudinais (EL) registraram para as
frequências de 1000 kHz e 500 kHz, na direção longitudinal, comportamento semelhante,
apresentando valores crescentes até teores entre 4,0% e 4,8% de CAP, seguido do decréscimo
e maior EL no ponto ótimo de asfalto. As boas correlações de CAP com o módulo de
elasticidade e esclerometria, do módulo de resiliência com a VPU e com o módulo de
elasticidade, e do volume de vazios com a velocidade da onda, mostram que os ensaios de
ultrassonografia e de esclerometria têm potencial para avaliação desses parâmetros da mistura
asfáltica.
Palavras chave: Ensaio não destrutivo; pavimento flexível; concreto betuminoso; asfalto;
módulo de resiliência.
ABSTRACT
The most common and most popular procedure used in Brazil to dosage of asphalt concrete
mix is the Marshall method. Currently the procedures for determining the optimum asphalt
binder content obtained by the Marshall mix design have undergone some changes in relation
to the adoption of stability and flowing parameters as prerequisites. Thus, the adoption of void
content is a volumetric parameter that has been widely used in the choice of a design content.
The lack of an asphalt binder in a mix causes premature fatigue and, on the other hand, its
excess reduces its strength. In the assessment of quality and stiffness of the Hot Mix Asphalt
(HMA) as a surface course, the resilient modulus is considered the main parameter, obtained
by testing specimens molded in the laboratory or collected from the roads. Nowadays the
behavior of asphalt mixtures evaluated by nondestructive testing (NDT) is little known,
especially dealing with these technologies to analyses in laboratories. Therefore, the aim of
this research was to analyze the behavior of asphalt content, of void content and of the
resilient modulus in the results NDT by ultrasonic and sclerometric tests applied to a HMA
mix. For this purpose, a mix was prepared with for different contents (4.0%, 4.8%, 5.6% and
6.6%) of petroleum asphalt cement (PAC) and 100 specimens were submitted to ultrasonic
tests with exponential probe transducers at 45 kHz frequency, and with flat transducers at 80
kHz, 500 kHz and 1000 kHz frequencies, as well as to a sclerometric test with impacts
applied in the diametral direction by low energy equipment (0.735 Nm). Resilient moduli
were obtained by repeated load testing. The results for the 500 kHz and 45 kHz frequency
transducers showed in longitudinal and diametral directions, a similar behavior in the
correlations of ultrasonic pulse velocity (UPV) with the asphalt content and in the void
content, displaying a concave downward function. At 500 kHz frequency the highest UPV
was registered at the optimum asphalt point (4.8%). Sclerometry presented a similar behavior,
with a curve inflection between 4.8% and 5.6% PAC. The longitudinal elastic moduli (EL)
registered a similar behavior for 1000 kHz and 500 kHz frequencies in the longitudinal
direction, showing increasing values up to 4.0% and 4.8% PAC, followed by a decrease and a
higher EL at the optimum point of asphalt. The good correlations of PAC with the modulus of
elasticity and sclerometry, of the resilient modulus with UPV and the modulus of elasticity,
and of the void content with the wave velocity, show that the ultrasonic and sclerometric tests
have the potential to evaluate these parameters in HMA.
Keywords: Nondestructive testing; flexible pavement; bituminous concrete; asphalt; resilient
modulus.
LISTA DE ILUSTRAÇÕES
Figura 1. Corpos de prova de concreto asfáltico convencional moldados no padrão
Marshall ............................................................................................................................
23
Figura 2. Demarcação dos corpos de prova, com auxílio de gabarito, nas duas direções
de medição ........................................................................................................................
25
Figura 3. Medição do tempo de percurso da onda com equipamento Epoch 4 –
Panametrics .......................................................................................................................
25
Figura 4. Demarcação dos pontos para os ensaios de VPU: (a) Panametrics; (b) USLab 26
Figura 5. Medição do tempo de percurso da onda com equipamento USLab –
AGRICEF .........................................................................................................................
26
Figura 6. Ensaio de esclerometria: (a) fixação do CP; (b) execução dos impactos .......... 28
Figura 7. Prensa universal UTM-25 para realização dos ensaios de módulo de
resiliência ..........................................................................................................................
29
Figuras da Seção 3.1 Artigo 1
Figura 1. Demarcação dos pontos para os ensaios de ultrassonografia e de
esclerometria .....................................................................................................................
35
Figura 2. Equipamento de VPU Epoch 4 – Panametrics .................................................. 35
Figura 3. Direções de propagação das ondas de ultrassom .............................................. 36
Figura 4. Execução do ensaio de esclerometria ................................................................ 37
Figura 5. Ensaio de compressão diametral de cargas repetidas para obtenção do
módulo de resiliência ........................................................................................................
38
Figura 6. Módulo de elasticidade por ultrassom versus teor de CAP: a) direção
longitudinal; b) direção diametral ....................................................................................
45
Figura 7. Comportamento da esclerometria: a) com o teor de asfalto; b) com o módulo
de resiliência .....................................................................................................................
46
Figura 8. VPU versus módulo de resiliência: (a) direção longitudinal; (b) direção
diametral ...........................................................................................................................
47
Figura 9. Módulo de elasticidade por VPU versus módulo de resiliência: a) direção
longitudinal; b) direção diametral ....................................................................................
48
Figuras da Seção 3.2 Artigo 2
Figura 1. Corpos de prova de concreto asfáltico .............................................................. 58
Figura 2. Faixa granulométrica da mistura asfáltica ........................................................ 59
Figura 3. Demarcação dos pontos para os ensaios de ultrassonografia e de
esclerometria .....................................................................................................................
60
Figura 4. Equipamento de ultrassom com transdutores: (a) faces exponenciais; (b)
faces planas .......................................................................................................................
60
Figura 5. Direções do ensaio com o ultrassom ................................................................. 61
Figura 6. Execução do ensaio de esclerometria ................................................................ 61
Figura 7. Correlação entre a VPU e o volume de vazios: (a) 45 kHz, direção
longitudinal; (b) 45 kHz, direção diametral; (c) 80 kHz, direção longitudinal; (d) 80
kHz, direção diametral ......................................................................................................
66
Figura 8. Correlação entre o índice esclerométrico e o volume de vazios ....................... 67
Figura 9. Função de ajuste para o índice esclerométrico médio ....................................... 68
Figuras da Seção Apêndices
Figura A1.1 Granulometria dos agregados ....................................................................... 90
Figura A1.2 Características Marshall da mistura ............................................................. 91
LISTA DE TABELAS
Tabela 1. Requisitos para dosagem de concreto asfáltico de acordo com DNIT ES 031
(2006) ..............................................................................................................................
23
Tabela 2. Faixas granulométricas preconizadas pelo DNIT para concreto asfáltico ...... 24
Tabelas da Seção 3.1 Artigo 1
Tabela 1. Velocidades de propagação de ondas de ultrassom com transdutores de
ondas longitudinais na direção longitudinal com 1000 kHz (VL1000) e 500 kHz (VL500),
e na direção diametral com 1000 kHz (VD1000) e 500 kHz (VD500) .................................
40
Tabela 2. Resultados dos ensaios de esclerometria ......................................................... 41
Tabela 3. Módulos de Elasticidade obtidos pelo método de propagação de ondas
ultrassônicas nas direções longitudinal com transdutores de 1000 kHz (EL 1000) e de
500 kHz (EL 500) e diametral com transdutores de 1000 kHz (ED 1000) e de 500 kHz (ED
500) e módulos de resiliência (MR) ...................................................................................
42
Tabela 4. Agrupamento e assimetria dos módulos de elasticidade calculados por
ultrassonografia nas direções longitudinal (EL) e diametral (ED) e do módulo de
resiliência (ER) .................................................................................................................
43
Tabelas da Seção 3.2 Artigo 2
Tabela 1. Materiais utilizados na moldagem dos corpos de prova .................................. 58
Tabela 2. Parâmetros volumétricos das misturas asfálticas ............................................. 59
Tabela 3. Volume de vazios da mistura asfáltica ............................................................ 62
Tabela 4. Valores médios da velocidade de propagação do pulso ultrassônico com
transdutores de frequências 45 kHz e 80 kHz, nas direções longitudinal (VL45 e VL80) e
diametral (VD45 e VD80) ....................................................................................................
63
Tabela 5. Índices esclerométricos .................................................................................... 65
Tabela 6. Parâmetros e modelos da regressão entre velocidade da onda e volume de
vazios ...............................................................................................................................
67
Tabela 7. Parâmetro e modelo da regressão entre o índice esclerométrico e o volume
de vazios ..........................................................................................................................
67
Tabela do Capítulo 4 Discussão Geral
Tabela 3. Relação entre o comprimento médio dos corpos de prova e a frequência
(L/) ................................................................................................................................
77
Tabelas da Seção Apêndices
Tabela A1.1. Densidades da mistura de agregados ......................................................... 90
Tabela A1.2. Característica do Cimento Asfáltico de Petróleo (CAP 50/70) ................. 90
Tabela A1.3. Temperatura dos Materiais para Moldagem (ºC) ...................................... 90
Tabela A1.4. Distribuição Granulométrica ..................................................................... 91
Tabela A2.1. Densidades dos 12 corpos de prova que compuseram o artigo 1 .............. 93
Tabela A2.2. Velocidades longitudinais de propagação de ondas de ultrassom com
transdutores de frequência 1000 kHz e 500 kHz nas direções longitudinal e diametral
de medição .......................................................................................................................
93
Tabela A2.3. Módulos de Elasticidade longitudinais (EL) obtidos por ultrassom com
transdutores de frequência 1000 KHz e 500 kHz nas direções longitudinal e diametral
de medição e de Resiliência (MR) ...................................................................................
94
Tabela A2.4. Parâmetros das misturas asfálticas (4,0% CAP) ........................................ 95
Tabela A2.5. Parâmetros das misturas asfálticas (4,8% CAP) ........................................ 96
Tabela A2.6. Parâmetros das misturas asfálticas (5,6% CAP) ........................................ 97
Tabela A2.7. Parâmetros das misturas asfálticas (6,6% CAP) ........................................ 98
Tabela A2.8. Velocidades de propagação do pulso ultrassônico com transdutores de
frequência 45 kHz na direção longitudinal de medição ..................................................
99
Tabela A2.9. Velocidades de propagação do pulso ultrassônico com transdutores de
frequência 45 kHz na direção diametral de medição .......................................................
100
Tabela A2.10. Velocidades de propagação do pulso ultrassônico com transdutores de
frequência 80 kHz na direção longitudinal de medição ..................................................
101
Tabela A2.11. Velocidades de propagação do pulso ultrassônico com transdutores de
frequência 80 kHz na direção diametral de medição .......................................................
102
Tabela A2.12. Esclerometria ........................................................................................... 103
LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS
ABNT Associação Brasileira de Normas Técnicas
ASTM American Society for Testing and Materials
CA concreto asfáltico
CAP cimento asfáltico de petróleo
CBUQ concreto betuminoso usinado a quente
CH cal hidratada
CP corpo de prova
DNER Departamento Nacional de Estradas de Rodagem
DNIT Departamento Nacional de Infraestrutura de Transportes
END Ensaio Não Destrutivo
EUA Estados Unidos da América
LVDT linear variable differential transformer
MR módulo de resiliência
PMSP Prefeitura Municipal de São Paulo
RBV relação betume-vazios
RILEM Réunion Internationale des Laboratoires et Experts des Matériaux
SP São Paulo
UFRJ Universidade Federal do Rio de Janeiro
UTM Universal Testing Machine
VPU velocidade de propagação do pulso ultrassônico
VV volume de vazios
LISTA DE SÍMBOLOS
mm milímetro
m metro
% porcentagem
s segundo
s microssegundo
°C grau Celcius
Hz Hertz
kHz Quilo-hertz
kgf Quilograma-força
MPa Mega Pascal
comprimento da onda
densidade
t tensão de tração
R deformação específica recuperável
SUMÁRIO
1 INTRODUÇÃO GERAL .............................................................................................. 17
2 MATERIAIS E MÉTODOS ......................................................................................... 21
2.1 Moldagem dos corpos de prova e teor ótimo de asfalto ........................................ 21
2.2 Ensaios laboratoriais .............................................................................................. 23
2.2.1 Ensaio de velocidade de propagação do pulso ultrassônico (VPU) ............... 25
2.2.2 Ensaio de esclerometria ................................................................................. 27
2.2.3 Ensaio de módulo de resiliência .................................................................... 28
3 ARTIGOS ....................................................................................................................... 30
3.1 ARTIGO 1 – ENSAIOS ESCLEROMÉTRICOS E DE ULTRASSONOGRAFIA
APLICADOS AO CONCRETO ASFÁLTICO COM DIFERENTES TEORES DE
LIGANTE ........................................................................................................................... 30
RESUMO ....................................................................................................................... 31
ABSTRACT ................................................................................................................... 32
INTRODUÇÃO ............................................................................................................. 33
MATERIAIS E MÉTODOS .......................................................................................... 34
Teor Ótimo de Asfalto ................................................................................................. 34
Ensaios não destrutivos e convencionais ..................................................................... 35
RESULTADOS E DISCUSSÕES ................................................................................. 38
Correlações dos resultados dos métodos de ensaios .................................................... 44
Correlação entre módulo de elasticidade obtido pela velocidade de propagação do
pulso ultrassônico e teor de CAP .................................................................................
44
Correlações entre o índice esclerométrico e o teor de CAP e, entre o índice
esclerométrico e o módulo de resiliência .................................................................... 45
Correlação entre a velocidade de propagação do pulso ultrassônico e o módulo de
resiliência .....................................................................................................................
46
Correlação entre módulo de elasticidade longitudinal obtido pela velocidade de
propagação do pulso ultrassônico e o módulo de resiliência ......................................
47
CONCLUSÕES ............................................................................................................. 48
AGRADECIMENTO ..................................................................................................... 49
REFERÊNCIAS ............................................................................................................. 50
3.2 ARTIGO 2 – INFLUÊNCIA DO VOLUME DE VAZIOS EM UMA MISTURA
ASFÁLTICA NOS ENSAIOS DE PROPAGAÇÃO DE ONDAS ULTRASSÔNICAS E
DE ESCLEROMETRIA .....................................................................................................
52
RESUMO ....................................................................................................................... 53
ABSTRACT ................................................................................................................... 54
INTRODUÇÃO ............................................................................................................. 55
MATERIAIS E MÉTODOS .......................................................................................... 57
Características da Mistura ........................................................................................... 58
Ensaios ......................................................................................................................... 60
RESULTADOS E DISCUSSÕES ................................................................................. 62
Correlações dos resultados dos métodos de ensaios .................................................... 65
Correlação entre a velocidade de propagação do pulso ultrassônico e o volume de
vazios ...........................................................................................................................
65
Correlação entre o índice esclerométrico e o volume de vazios ................................. 67
CONCLUSÕES ............................................................................................................. 68
AGRADECIMENTOS .................................................................................................. 69
BIBLIOGRAFIA ........................................................................................................... 70
4 DISCUSSÃO GERAL ................................................................................................... 73
4.1 Comportamento da variação do teor de asfalto e do módulo de resiliência
avaliados pela velocidade de propagação do pulso ultrassônico e esclerometria .......
73
4.2 Influência do volume de vazios avaliados pela velocidade de propagação do
pulso ultrassônico e esclerometria ...............................................................................
76
5 CONCLUSÃO GERAL ................................................................................................ 81
6 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ........................................................................ 83
APÊNDICES ...................................................................................................................... 88
Apêndice 1 – Características dos materiais ........................................................................ 89
Apêndice 2 – Resultados dos ensaios ................................................................................. 92
17
1 INTRODUÇÃO GERAL
As estradas possuem um papel fundamental na infraestrutura rodoviária com uma
importância significativa quanto ao aspecto sócio-econômico do país, uma vez que são o
principal meio de acesso e mobilidade para o escoamento da produção agropecuária e
florestal, bem como para as atividades básicas de saúde e educação.
A maioria das estradas brasileiras não são pavimentadas, devido à falta de
recursos técnicos e financeiros e, portanto, geralmente são construídas de forma muito
simples por camadas sobrepostas e compactadas com solo local. Muitas vezes, para oferecer
condições de trafegabilidade, a última camada de rolamento recebe apenas uma cobertura de
uma mistura de materiais granulares e argilosos. E, em decorrência do grande volume de
tráfego nessas estradas, este tipo de revestimento conhecido como revestimento primário,
sujeita-se ao desgaste superficial e a perda de aderência, ocasionando descolamento e
degradação dos agregados expostos, intensificando os danos no leito da estrada e os riscos de
acidentes. Como exemplo tem-se a segregação de agregados, fenômeno pelo qual as
partículas soltas se deslocam, oferecendo risco ao tráfego de veículos e obstrução do sistema
de drenagem.
A falta de manutenção ou mesmo de pavimentação dessas estradas por um longo
período de tempo tornam essas vias intrafegáveis e, como consequência os produtos
agropecuários transportados por estradas em tais condições ou em péssimo estado de
conservação têm seus custos acrescidos, prejudicando a produção final.
O desenvolvimento de um país requer o aumento de vias pavimentadas para
interligação de cidades e municípios, com mais conforto, qualidade e segurança. No caso, as
estradas rurais beneficiam a produção agrícola, reduzindo o custo operacional de veículos e
máquinas que utilizam este modal de transporte. Portanto, devem apresentar capacidade de
suporte para as cargas impostas pelo tráfego e condições de rolamento garantindo segurança
ao usuário.
A pavimentação de uma estrada rural é simples, comparada à de grandes rodovias,
pois não implica em grandes tecnologias de materiais e equipamentos. Nos serviços de
pavimentação, sua estrutura é formada por materiais locais, empregados solos, agregados e
materiais asfálticos, com uso de equipamentos simples como escarificadores, motoniveladoras
e rolos compactadores. Geralmente são construídas em regiões de pequena declividade com
rapidez e baixo custo, sobre o leito natural, com serviços de terraplenagem e compactação das
18
estruturas das camadas e não são projetadas para um elevado volume de tráfego, facilitando
ainda mais sua construção.
Nesse contexto, verifica-se a necessidade da pavimentação das estradas ou a
aplicação de um revestimento asfáltico sobre o leito das mesmas, a fim de proporcionar
melhores condições de trafegabilidade das vias.
Um dos revestimentos mais utilizados no Brasil como camada final de rolamento
em pavimentação asfáltica é o concreto asfáltico (CA) ou concreto betuminoso usinado a
quente (CBUQ), cujos requisitos de qualidade e desempenho são atendidos com um projeto
adequado de dosagem da mistura asfáltica.
Na dosagem de um concreto asfáltico podem-se empregar vários teores de asfalto
que implicam no custo da pavimentação da via ou rodovia, uma vez que o produto asfáltico é
o mais oneroso na composição do concreto asfáltico. O excesso do material ligante pode
acarretar deformações plásticas excessivas na camada de revestimento, quando submetido à
ação do tráfego. Por outro lado, a insuficiência do mesmo, poderá resultar em um
revestimento permeável, pouco durável, sujeito ao aparecimento de fissuras e a um acentuado
desgaste superficial. Tais situações poderão comprometer o pavimento no seu desempenho, de
forma a reduzir sua vida útil.
A determinação de um teor ideal de projeto do ligante asfáltico, com o volume de
vazios (VV) adequado para a mistura asfáltica e com rigidez suficiente para receber as cargas
do tráfego, é de fundamental importância na construção do pavimento, para garantir a
segurança ao usuário bem como durar o período de projeto especificado. A mistura adequada
deve atender aos requisitos necessários, eliminar o risco de manifestações patológicas e
garantir segurança e conforto aos usuários da via.
No que se refere à rigidez de uma mistura betuminosa ou de um revestimento de
concreto asfáltico, é essencial o conhecimento das propriedades mecânicas, como por
exemplo, o módulo de resiliência (MR), que representa a relação entre a tensão aplicada
repetidamente num plano diametral vertical de uma amostra cilíndrica e a correspondente
deformação específica recuperável. O conhecimento dessa propriedade permite predições das
tensões e deformações provenientes do tráfego e projetar misturas asfálticas resistentes à
fadiga e deformações excessivas e com maior durabilidade.
Face ao exposto, é de fundamental importância avaliar o teor de asfalto, o volume
de vazios e a rigidez da mistura asfáltica, garantido assim condições e parâmetros
especificados em projeto e a vida útil do pavimento. Tais parâmetros são obtidos em
condições de laboratório por ensaios tradicionais que danificam o corpo de prova e necessitam
19
a confecção ou, a extração de amostras de campo e em grande quantidade. Portanto, análise
para o entendimento do comportamento da mistura betuminosa necessita de ensaios que
comprovem suas propriedades. Grande parte destes ensaios é complexa e exige aporte
financeiro para aquisição de equipamentos. Busca-se, portanto, alternativas para aplicações de
métodos não destrutivos na avaliação de pavimentos para prover informações das
propriedades físicas e mecânicas dos materiais, bem como fornecer dados para inspeção e
controle tecnológico em campo. No Brasil, alguns Ensaios Não Destrutivos (END) são
normalizados pela Associação Brasileira de Normas Técnicas (ABNT), como o caso dos
ensaios de esclerometria e da velocidade de propagação do pulso ultrassônico (VPU),
métodos estes, que possibilitam avaliação da dureza superficial do material, auxiliam na
obtenção da resistência e rigidez de peças ou estruturas, bem como na investigação de
manifestações patológicas. O auxílio da tecnologia de END tem se ampliado nos diversos
ramos da engenharia, devido a praticidade proporcionada pelos equipamentos, rapidez na
aquisição dos dados, custos inferiores comparados aos ensaios tradicionais e confiabilidade
nos resultados.
Assim, com a hipótese de que a velocidade de propagação do pulso ultrassônico e
a esclerometria são afetadas pelos parâmetros de dosagem do concreto asfáltico, esta pesquisa
teve como principal objetivo analisar o comportamento das respostas dos métodos de VPU e
de esclerometria em função da porcentagem de asfalto, do volume de vazios e do módulo de
resiliência de uma mistura asfáltica convencional. Para tanto, foram estabelecidas correlações
desses parâmetros com as respostas obtidas por ambos os métodos de ensaios não destrutivos.
Para que o objetivo principal desta pesquisa fosse alcançado foram propostos os
seguintes objetivos específicos:
- avaliar a influência na velocidade de propagação do pulso ultrassônico e no
módulo de elasticidade longitudinal obtidos por meio do ultrassom (com transdutores de
frequências de 1000 kHz e 500 kHz), bem como nos impactos esclerométricos em uma
mistura de concreto asfáltico convencional dosada com quatro teores diferentes de asfalto;
- analisar o comportamento do material, por meio de correlações, do módulo de
resiliência com a velocidade de propagação de ondas longitudinais e com os módulos de
elasticidade longitudinais nas frequências de 1000 kHz e 500 kHz, bem como a esclerometria;
- avaliar a influência do volume de vazios, decorrentes da variação do teor de
asfalto, por ensaios de VPU (com transdutores de frequências 45 kHz e 80 kHz) e
esclerometria.
20
A partir dos objetivos específicos, foram redigidos dois artigos para compor o
corpo desta tese e inseridos apêndices com as características dos materiais empregados nos
experimentos e os resultados completos dos ensaios realizados. Os manuscritos foram
formatados com base nos critérios de cada revista. O artigo intitulado “Ensaios
esclerométricos e de ultrassonografia aplicados ao concreto asfáltico com diferentes teores
de ligante” foi submetido à revista Materiales de Construcción (Madrid) e, o artigo
intitulado “Influência do volume de vazios em uma mistura asfáltica nos ensaios de pro
pagação de ondas ultrassônicas e de esclerometria” foi submetido à revista Matéria (UFRJ).
Tendo em vista que cada artigo possui suas respectivas revisões bibliográficas
para cada tema abordado, esta tese, é composta por uma introdução geral que aborda os
assuntos de forma contextualizada e, na sequência, apresenta os respectivos artigos, a
discussão e a conclusão geral, bem como os apêndices relacionados ao escopo geral da tese.
21
2 MATERIAIS E MÉTODOS
Neste item são apresentados os materiais, os equipamentos e a metodologia
adotada para o desenvolvimento desta pesquisa, abordando desde a moldagem dos corpos de
prova até a realização dos ensaios.
Para obtenção dos dados discutidos nesta tese, o estudo contemplou duas etapas: a
primeira caracterizada pela moldagem de corpos de prova de concreto asfáltico convencional
com diferentes porcentagens de asfalto na mistura e, a segunda etapa contemplou a execução
dos ensaios laboratoriais: de ultrassom, de esclerometria e do módulo de resiliência.
A partir dos resultados dos ensaios, foram realizadas as análises que compuseram
o escopo principal desta tese, onde foram analisados o comportamento dos resultados das
técnicas de ensaios não destrutivos de VPU e de esclerometria, com a porcentagem de asfalto,
o volume de vazios e o módulo de resiliência de uma mistura asfáltica convencional.
2.1 Moldagem dos corpos de prova e teor ótimo de asfalto
A dosagem do concreto asfáltico consiste em combinar agregados, materiais finos
e o cimento asfáltico de petróleo (CAP) de modo a formar uma mistura que aplicada em
campo, a uma determinada temperatura e condição de compactação, atinja resistência
desejada às cargas a serem aplicadas no pavimento e não apresente deterioração prematura
(PINTO e PREUSSLER, 2010).
Na elaboração de um concreto asfáltico, é necessário um projeto da mistura para
se obter um teor ótimo de asfalto. Portanto, primeiramente para a confecção dos corpos de
prova que fizeram parte desta pesquisa, foi necessário obter o teor ótimo de asfalto.
Para determinação do teor ótimo de asfalto, ou seja, a porcentagem de asfalto que
propicie nos limites especificados pelo Departamento Nacional de Estradas de Rodagem -
DNER (ME 43, 1995), melhor comportamento da mistura com relação à estabilidade
(grandeza que mede a resistência do corpo de prova à aplicação de carga máxima de
compressão diametral), fluência (deslocamento máximo do corpo de prova correspondente à
aplicação da carga máxima), volume de vazios e relação betume-vazios (RBV), procedeu-se
da seguinte forma:
- determinação da densidade do CAP (Apêndice 1 - Tabela A1.2) conforme
ABNT NBR 6296 (2004) e DNER ME 117 (1994);
22
- determinação das densidades dos agregados conforme DNER ME 084 (1995) e
DNER ME 081 (1998);
- escolha da faixa granulométrica (Apêndice 1 - Figura A1.1) conforme o
Departamento Nacional de Estradas de Rodagem - DNER (ME 083, 1998);
- composição dos agregados dentro da faixa granulométrica de trabalho, ou seja,
determinação do percentual, em massa, de cada agregado para formar a mistura;
- determinação da temperatura de trabalho dos materiais (Tabela A1.3);
- escolha dos teores de asfalto para os grupos de corpos de prova (CPs) que foram
moldados conforme o projeto. Cada grupo de teores de CAP foi constituído por 3 CPs,
variando 0,5% na porcentagem de asfalto. Portanto, para se obter o teor ótimo de asfalto,
foram moldados 15 CPs subdivididos em 5 grupos: 3,5%, 4,0%, 4,5%, 5,0% e 5,5% de CAP;
- mistura e compactação dos CPs no padrão Marshall, de acordo com DNER ME
43 (1995);
- desmoldagem e mensuração (altura e diâmetro) dos CPs após resfriamento;
- determinação das densidades aparente e teórica dos CPs (Apêndice 1 - Tabela
A1.1) de acordo com DNER ME 117 (1994);
- cálculo dos parâmetros (volume e densidade aparente) dos CPs;
- submersão dos CPs em banho-maria a 60°C por 30 a 40 minutos;
- retirada de cada CP do banho-maria e colocação no molde de compressão; e
- determinação, por meio da prensa Marshall, dos parâmetros físicos e mecânicos
(estabilidade, fluência, volume de vazios, relação betume-vazios, vazios do agregado mineral
e massa específica aparente).
A partir dos parâmetros obtidos, foram plotadas seis curvas em função do teor de
asfalto (Apêndice 1 - Figura A1.2) e definido como 4,8% 0,3% de CAP o teor ótimo da
mistura.
A Tabela 1 apresenta os requisitos necessários de acordo com a especificação do
Departamento Nacional de Infraestrutura de Transportes - DNIT ES 031 (2006), para serviços
de concreto asfáltico em revestimentos de pavimentos flexíveis.
23
Tabela 1 - Requisitos para dosagem de concreto asfáltico de acordo com DNIT ES 031 (2006)
Características Camada de Rolamento Camada de Ligação (Binder)
Porcentagem de vazios (%) 3 a 5 4 a 6
Relação betume-vazios 75 – 82 65 - 72
Estabilidade, mínima, (Kgf)
(75 golpes) 500 500
Resistência à Tração por
Compressão Diametral estática
a 25ºC, mínima (MPa)
0,65 0,65
2.2 Ensaios laboratoriais
Definido o teor ótimo na primeira etapa da pesquisa, foram confeccionados 100
corpos de prova de concreto asfáltico convencional (Figura 1), variando em quatro teores a
porcentagem de asfalto (4,0%, 4,8%, 5,6% e 6,6%). Os corpos de prova foram moldados com
energia de compactação equivalente ao tráfego pesado (75 golpes para cada face do corpo de
prova) e padronizados de acordo com DNER ME 43 (1995), com dimensões de 63 ± 1,3 mm
de altura e 100 ± 2 mm de diâmetro.
Figura 1 - Corpos de prova de concreto asfáltico convencional moldados no padrão Marshall.
Os materiais empregados na mistura do concreto asfáltico foram provenientes da
usina Pau Pedra, situada no bairro Capelinha em Guarulhos – SP e constituídos de 27% de
brita 1, 23% de pedrisco, 47% de pó de pedra e 3% de Cal hidratada do tipo I (CH-I). O
ligante asfáltico utilizado foi do tipo 50/70.
Para a composição da mistura, foi adotada a faixa granulométrica III (Tabela 2) do
Departamento Nacional de Infraestrutura de Transportes - DNIT ES 031 (2006), mesma faixa
24
adotada pela Prefeitura Municipal de São Paulo (PMSP), de acordo com IE 03 (2009), a qual
é a mais utilizada em rodovias de elevado volume de tráfego. O Apêndice 1 - Tabela A1.4
apresenta a composição da mistura dos agregados dentro da faixa granulométrica.
Tabela 2 - Faixas granulométricas preconizadas pelo DNIT para concreto asfáltico.
Peneiras Faixas
Série Abertura (%) em massa, Passando
ASTM (mm) A B C tolerância
2" 50,8 100 100 --- --- ----
1 1/2" 38,1 95 100 100 100 --- ± 7%
1" 25,4 75 100 95 100 --- ± 7%
3/4" 19,1 60 90 80 100 100 100 ± 7%
1/2" 12,7 --- --- 80 100 ± 7%
3/8" 9,5 35 65 45 80 70 90 ± 7%
No 4 4,8 25 50 28 60 44 72 ± 5%
No 10 2,0 20 40 20 45 22 50 ± 5%
No 40 0,42 10 30 10 32 8 26 ± 5%
No 80 0,18 5 20 8 20 4 16 ± 3%
No 200 0,075 1 8 3 8 2 10 ± 2%
teor de
asfalto (%)
4 a 7 4,5 a 7,5 4,5 a 9 ± 0,3%
tipo de camada camada de camada de camada de
do revestimento ligação ligação e rolamento
(binder) rolamento
Para a etapa de ensaios (não destrutivos de VPU e de esclerometria, e os ensaios
de compressão diametral de cargas repetidas para obtenção do módulo de resiliência) as
dimensões dos corpos de prova foram mensuradas, obtendo-se 3 medidas para cada direção
(diametral e longitudinal), com as quais foram calculados os valores médios. As massas dos
corpos de prova foram obtidas com precisão centesimal e calculadas suas densidades
(Apêndice 2 - Tabelas A2.1, A2.4, A2.5, A2.6 e A2.7).
Os corpos de prova foram previamente demarcados com gabarito (Figura 2), tanto
na face longitudinal como na face diametral de medição, obedecendo ao que prescreve a
metodologia da ASTM C805/C805M (2008), em que a distância mínima para realização do
ensaio de esclerometria é de 25 mm entre os centros de dois pontos de impacto.
25
Figura 2 - Demarcação dos corpos de prova, com auxílio de gabarito, nas duas direções de
medição.
2.2.1 Ensaio de velocidade de propagação do pulso ultrassônico (VPU)
O ensaio de VPU teve por finalidade medir o tempo (s) necessário para que a
onda ultrassônica percorra uma direção do corpo de prova de concreto asfáltico e, a partir daí,
calcular as velocidades (m.s-1). Em ambos os estudos, as medições do tempo de propagação
de ondas ultrassônicas foram realizadas com temperatura de 25ºC ± 1ºC e tomaram como base
a norma ABNT NBR 8802 (2013).
Para o estudo, que originou o artigo 1, foi utilizado o equipamento de ultrassom
(Epoch4, Panametrics, EUA) com trandutores de faces planas e frequências de 1000 kHz e
500 kHz (Figura 3).
Figura 3 - Medição do tempo de percurso da onda com equipamento Epoch 4 – Panametrics.
Para que os transdutores não ficassem em contato direto com a amostra, como
acoplante foi utilizada glicose, de forma a regularizar a superficie e evitar a entrada de ar
durante os ensaios.
Foram obtidas três leituras (Figura 4) de tempo de propagação do pulso
ultrassônico na direção longitudinal e uma na direção diametral (na meia altura do corpo de
26
prova) e, com as dimensões dos corpos de prova foram calculadas as velocidades de
propagação das ondas de compressão (Apêndice 2 - Tabela A2.2) e de cisalhamento, para
ambas as direções (longitudinal e diametral), bem como os coeficientes de rigidez (C). A
partir daí, foi determinada a matriz de flexibilidade (S) e a obtenção do módulo de
elasticidade longitudinal (EL) - (Apêndice 2 - Tabela A2.3).
Figura 4 - Demarcação dos pontos para os ensaios de VPU: (a) Panametrics; (b) USLab.
(a) (b)
Para o estudo que originou o artigo 2 foi utilizado o equipamento de ultrassom
(USLab, AGRICEF, Brasil) com transdutores de faces exponenciais e planas com frequências
de 45 kHz e de 80 kHz, respectivamente, ambos de ondas longitudinais (Figura 5).
Figura 5 - Medição do tempo de percurso da onda com equipamento USLab – AGRICEF.
Como acoplante para os trandutores de face plana foi utilizado gel medicinal,
uniformizando assim a superfície de contato das amostras. As leituras do tempo de
propagação do pulso ultrassônico foram realizadas nas duas direções, sendo cinco leituras na
direção longitudinal e três na direção diametral dos corpos de prova (Figura 4).
27
A partir dos comprimentos de percurso da onda (dimensão longitudinal e
diametral de cada corpo de prova) e da média do tempo de propagação da onda, foram
calculadas as velocidades de propagação do pulso ultrassônico nas direções longitudinal (VL)
e diametral (VD), apresentadas nos Apêndice 2 - Tabelas A2.8 a A2.11.
2.2.2 Ensaio de esclerometria
Após os ensaios de VPU, foram realizados os ensaios de esclerometria cujos
resultados são apresentados no Apêndice 2 - Tabela A2.12, e que tiveram por finalidade medir
o índice esclerométrico (Q), referente à uma determinada energia impacto. A norma britânica
BS 1881-202 (1986), define a dureza superficial como uma propriedade da superfície do
material medida em termos da proporção de energia retornada após uma massa padrão atingir
a superfície.
De acordo com Huang et al. (2011), o ensaio com o esclerômetro fornece
informações sobre a resistência do material próximo a superfície de ensaio, sendo o valor
registrado no equipamento representa um índice indicativo das propriedades mecânicas do
material.
Os ensaios tiveram como base a norma ABNT NBR 7584 (2012) que relata a
importância de impedir movimentação do corpo de prova durante a aplicação dos impactos
esclerométricos. Portanto, os corpos de prova foram confinados entre duas chapas metálicas e
fixados em uma prensa manual (morsa) - Figura 6. Em ambiente protegido e ventilado (sala
de laboratório) os impactos foram aplicados na direção diametral, totalizando-se 11 a 12
impactos em cada corpo de prova.
Uma vez que a presença do ligante no concreto asfáltico confere à mistura um
comportamento visco-elástico linear (HUANG, 2004), foi empregado o esclerômetro (Digital
Silver Schmidt PC L, PROCEQ, Switzerland) que atua com baixa energia de impacto (0,735
N.m), com êmbolo cogumelo adequado para objetos frágeis, como argamassas e concreto
fresco de resistência muito baixa, ou ainda, estruturas com espessura inferior a 100 mm. O
valor adimensional do índice esclerométrico (Q) foi obtido pela média aritmética dos
ricochetes de impactos aplicados a cada corpo de prova.
28
Figura 6 - Ensaio de esclerometria: (a) fixação do CP; (b) execução dos impactos.
(a) (b)
2.2.3 Ensaio de módulo de resiliência
O módulo resiliente é uma propriedade mecânica que exerce influência
significativa no comportamento de misturas asfálticas, pois determina as características de
resposta de deformação em função do carregamento (tráfego).
De acordo com Pinto e Preussler (2010), o módulo de resiliência (MR) de misturas
betuminosas é a relação entre a tensão de tração (t) desenvolvida repetidamente no plano
diametral vertical de uma amostra cilíndrica e a correspondente deformação específica
recuperável (R). O ensaio por compressão diametral em amostras cilíndricas aplica cargas
repetidas no sentido vertical, gerando tensões de tração no sentido horizontal, cuja energia é
equivalente a tráfego pesado.
Os ensaios foram executados por uma prensa universal (Universal Testing
Machine – UTM-25) eletro-hidráulica (Figura 7), de acordo com American Society for
Testing and Materials - ASTM D4123-82 (1995) e DNIT ME 135 (2010).
29
Figura 7 - Prensa universal UTM-25 para realização dos ensaios de módulo de resiliência.
As deformações diametrais (horizontais) são medidas através de medidores
eletromecânicos LVDT (linear variable differential transformer) que transformam as
deformações, durante o carregamento repetido, em potencial elétrico, registrando os valores
no oscilógrafo.
As etapas e o procedimento adotado nos ensaios são resumidos da seguinte forma:
- os corpos de prova foram mantidos em câmara termo-regulável por um período
de 2 horas, de modo a se obter a temperatura de ensaio igual a 25º C;
- pré-calibração do equipamento a fim de correlacionar as deformações com os
valores de registros;
- aplicação de carga repetida (igual a 30% da resistência à tração determinada no
ensaio de compressão diametral estático);
- giro do CP da posição 0º para posição 90º e nova aplicação da carga repetida,
com a finalidade de se obter dois registros, adotando como registro final, a média entre eles.
A frequência utilizada foi de 1 Hz e o tempo de duração de cada ciclo de
carregamento de 1s, sendo 0,1s para aplicação da carga e 0,9s para o repouso e o valor do
coeficiente de Poisson adotado foi igual à 0,3, conforme recomendação da norma DNIT ME
135 (2010).
30
3 ARTIGOS
3.1 Artigo 1 - ENSAIOS ESCLEROMÉTRICOS E DE ULTRASSONOGRAFIA
APLICADOS AO CONCRETO ASFÁLTICO COM DIFERENTES TEORES DE
LIGANTE
Submetido ao periódico Materiales de Construcción
31
ENSAIOS ESCLEROMÉTRICOS E DE ULTRASSONOGRAFIA APLICADOS AO
CONCRETO ASFÁLTICO COM DIFERENTES TEORES DE LIGANTE
SCLEROMETRIC AND ULTRASOUND TESTS APPLIED TO ASPHALT
CONCRETE WITH DIFFERENT ASPHALT CONTENTS
I. E. Pinto1, J. Soriano, R. Gonçalves
RESUMO
A mistura asfáltica requer estudo de seleção, dosagem de materiais e escolha de um teor
ótimo de ligante. O parâmetro módulo de resiliência utilizado para caracterizar a rigidez de
uma mistura asfáltica é obtido por ensaios convencionais de corpos de prova moldados ou
extraídos da rodovia. Este trabalho teve como objetivo analisar o efeito da variação do teor de
asfalto nos resultados de ensaios não destrutivos de ultrassonografia (com frequências de
1000 kHz e 500 kHz) e de esclerometria aplicados a uma mistura betuminosa dosada com
quatro teores de asfalto. Corpos de prova foram submetidos aos ensaios não destrutivos e ao
ensaio convencional de módulo de resiliência. Os resultados desta pesquisa mostraram que as
regressões foram melhor representadas por funções não lineares e, que os métodos
esclerométrico e de ultrassonografia tem potencial para estimativa do teor ótimo e o do
módulo de resiliência de uma mistura asfáltica.
PALAVRAS-CHAVE: Concreto; Betume; Propriedades mecânicas; Módulo de elasticidade.
__________________________________ 1 responsável pelo envio da correspondência
32
ABSTRACT
An asphalt mix requires a selection study, a material dosage, and the choice of an optimum
asphalt content. The resilient modulus parameter used to characterize the stiffness of an
asphalt mix is obtained by conventional tests of molded or extracted specimens of a highway.
This work aims to analyze the effect of the variation of the asphalt content on the results of
nondestructive ultrasonic tests (1000 kHz and 500 kHz frequencies) and of sclerometric tests
applied to a bituminous mixture dosed with four asphalt contents. Specimens were submitted
to nondestructive tests and to the conventional resilient modulus test. The research results
showed that regressions were better represented by non-linear functions and that the
sclerometric and ultrasonic methods have the potential to estimate the optimum content and
the resilient modulus of an asphalt mix.
KEYWORDS: Concrete; Bitumen; Mechanical properties; Modulus of elasticity.
33
INTRODUÇÃO
Um dos revestimentos mais utilizados como camada final de rolamento em
pavimentação é o concreto betuminoso usinado a quente (CBUQ) ou, simplesmente,
denominado concreto asfáltico (CA), cuja mistura é composta por agregado graúdo (pedra
britada, pedregulho britado ou escória siderúrgica), agregado miúdo (areia), fíler mineral (pó
de pedra, cimento, cal) e asfalto em proporções adequadas. O incremento de asfalto até o
denominado teor ótimo, para o qual corresponde à máxima estabilidade de uma mistura, faz
aumentar a resistência mecânica do material à compressão diametral (HADLEY et al., 1969).
Entretanto, o excesso de asfalto reduz as propriedades mecânicas da mistura.
O comportamento mecânico de misturas asfálticas é caracterizado pelo módulo de
resiliência (MR), o qual é obtido por ensaio convencional de corpos de prova. Os resultados
desse ensaio são afetados pelo tipo de agregado, pelo teor de asfalto, pelo volume de vazios e
pela relação fíler/betume (PINTO, 1991; PINTO e PREUSSLER, 2010). Trata-se de uma
propriedade fundamental para a estimativa da vida de fadiga, bem como para o
dimensionamento dos pavimentos asfálticos (MOTTA, 1998). No entanto, esse tipo de ensaio
requer disponibilidade de laboratórios com equipamentos sofisticados e de grande porte,
implicando em custos que dificultam a realização do mesmo.
Os métodos de Ensaios Não Destrutivos (END) ideais e desejáveis são aqueles
que englobam ensaios de rápida execução, sejam confiáveis, não causem perturbação ao
tráfego, nem danos à estrutura do pavimento como, por exemplo, aqueles fundamentados nos
princípios de propagação de ondas de tensão ou de ondas eletromagnéticas (MASSER, 2003 e
GOEL e DAS, 2008). Dentre os principais métodos, Goel e Das (2008) abordam o de onda
elástica, o de eco de pulso ou eco impacto (IE) e o da velocidade do pulso ultrassônico (VPU),
bem como a análise espectral do método de ondas de superfície (SASW). Pelo método de
ondas eletromagnéticas Masser (2003) e Qiang et al. (2014) relatam que as ondas transmitidas
sofrem reflexão causada por qualquer alteração nas propriedades do material e/ou da camada,
a exemplo do radar de prospecção geotécnica (Ground Penetrating Radar – GPR).
O estado da arte reporta a importância de novas pesquisas no sentido que as
técnicas END aplicadas ao concreto asfáltico sejam aprimoradas e, que também outras
possam ser implementadas para inspeção desse material. No caso, a esclerometria já
consolidada para inspeção de estruturas de concreto convencional pela American Society for
Testing and Materials - ASTM (C805/C805M, 2008) e Associação Brasileira de Normas
Técnicas - ABNT (NBR 7584, 2012), cuja técnica retrata a capacidade de um material
34
restituir a energia aplicada por um equipamento portátil, pode apresentar viabilidade na
avaliação de alguns parâmetros do concreto asfáltico. De acordo com Silva et al. (2013) e Mir
e Nehme (2017), os resultados da esclerometria no concreto convencional são afetados por
fatores, tais como: dimensões dos agregados graúdos, umidade, porosidade, e carbonatação do
concreto.
Este trabalho objetivou avaliar os efeitos da variação do teor de asfalto na
propagação de ondas ultrassônicas e nos impactos esclerométricos aplicados em mistura
asfáltica convencional. Para tanto, foram avaliadas correlações dos resultados desses Ensaios
Não Destrutivos (END) com os parâmetros: teor de cimento asfáltico de petróleo (CAP) e
módulo de resiliência convencional.
MATERIAIS E MÉTODOS
Foram confeccionados 12 corpos de prova de concreto asfáltico convencional,
dosados com quatro teores de asfalto (4,0%, 4,8%, 5,6% e 6,6%), sendo 3 corpos de prova para
cada teor, com dimensões 63 ± 1,3 mm de altura e 100 ± 2 mm de diâmetro, de acordo com
Departamento Nacional de Estradas de Rodagem - DNER ME 43 (1995). Os corpos de prova
foram submetidos aos ensaios não destrutivos de esclerometria e de ultrassonografia, e aos
ensaios de compressão diametral de cargas repetidas para obtenção do módulo de resiliência.
Teor ótimo de asfalto
Para definição do teor ótimo da mistura, foi executada a dosagem Marshall
seguindo o método de ensaio DNER ME 43 (1995) com energia aplicada equivalente ao
tráfego pesado (75 golpes para cada face do corpo de prova).
Para a composição da mistura, foi adotada a faixa granulométrica III do
Departamento Nacional de Infraestrutura de Transportes - DNIT ES 031 (2006) mesma faixa
adotada pela Prefeitura Municipal de São Paulo (PMSP), de acordo com IE 03 (2009), da
Prefeitura Municipal de São Paulo (PMSP), de acordo com IE 03 (2009), a qual é a mais
utilizada em rodovias de elevado volume de tráfego. Os materiais empregados na mistura
foram: pedra britada com diâmetro máximo de 12,7mm, pedrisco, pó-de-brita e cal hidratada.
O traço que melhor se enquadrou na faixa especificada III foi composto por 27% de pedra
britada, 23% de pedrisco, 47% de pó-de-brita e 3% de cal hidratada tipo I. O cimento asfáltico
utilizado foi do tipo 50/70. Com os resultados dessa dosagem experimental, foi obtido o teor
de trabalho (4,8% 0,3) de CAP que implicou num volume de vazios de 3,8%.
35
Ensaios não destrutivos e convencionais
As dimensões dos corpos de prova foram tomadas com 3 medidas para cada
direção (diametral e longitudinal), com as quais foram calculados os valores médios. A massa
de cada corpo de prova foi obtida com precisão centesimal.
Os corpos de prova foram previamente demarcados para os END (Figura 1), de
acordo com ASTM C805/C805M (2008) que delimita a distância mínima de 25 mm entre os
centros de dois pontos de impactos.
Figura 1 - Demarcação dos pontos para os ensaios de ultrassonografia e de esclerometria.
As medições do tempo de propagação de ondas ultrassônicas tomaram como base
a norma NBR 8802 (2013), com equipamento mostrado na Figura 2 (Epoch4, Panametrics,
EUA) e transdutores com ondas de compressão e de cisalhamento nas frequências de 500 kHz
e de 1000 kHz.
Figura 2 - Equipamento de ultrassonografia Epoch 4 - Panametrics.
Os transdutores de ultrassom foram alinhados em faces opostas, nas direções
longitudinal e diametral do corpo de prova (Figura 3). Foram obtidas três leituras de tempo de
propagação do pulso ultrassônico na direção longitudinal e uma na direção diametral (na meia
altura do corpo de prova). De posse do tempo de propagação e do comprimento de percurso
36
da onda (dimensão longitudinal e diametral do corpo de prova), foram calculadas as
velocidades de propagação das ondas de compressão e de cisalhamento em ambas direções
(longitudinal e diametral).
Figura 3 - Direções de propagação das ondas de ultrassom.
Com as densidades e as velocidades (longitudinais e de cisalhamento) obtidas
com transdutores de frequências de 500 kHz e 1000 kHz, para cada corpo de prova, foram
calculados os coeficientes de rigidez utilizando as Equações [1, 2 e 3], os quais compõe a
matriz de rigidez de materiais isotrópicos. Esses parâmetros foram obtidos nas direções
longitudinal e diametral para que fosse possível estudar se há uma condição que possa ser
considerada mais adequada para os ensaios.
CLongitudinal = ρVLL2 ou ρVDD
2 [1]
Ctransversal = ρVLD2 ou ρVDL
2 [2]
Cfora dos eixos principais = CLongitudinal - 2Ctransversal [3]
Onde: é a densidade (kg.m-3) do corpo de prova; CLongitudinal é o coeficiente da
matriz de rigidez determinado com transdutor longitudinal (propagação e a polarização da
onda na mesma direção); VLL é a velocidade (m.s-1) obtida com transdutor longitudinal na
direção longitudinal; VDD é a velocidade (m.s-1) obtida com transdutor longitudinal na direção
diametral; Ctransversal é o coeficiente da matriz de rigidez determinado com transdutor de
cisalhamento (propagação e a polarização da onda em direções perpendiculares); VLD é a
velocidade (m.s-1) obtida com transdutor de cisalhamento e onda se propagando na direção
longitudinal e polarizando na direção diametral; VDL é a velocidade (m.s-1) obtida com
transdutor de cisalhamento e onda se propagando na direção diametral e polarizando na
direção longitudinal e Cfora dos eixos principais é o coeficiente de rigidez não pertencente a diagonal
da matriz de rigidez.
Pela inversão da matriz de rigidez (C), determinou-se a matriz de flexibilidade
(S), com a qual foi possível a obtenção do módulo de elasticidade longitudinal (EL), do
Direção diametral
Direção
Longitudinal
37
módulo de cisalhamento (G) e do coeficiente de Poisson () do material. Neste artigo somente
o EL foi utilizado nas discussões.
Para os ensaios de esclerometria os corpos de prova foram confinados entre duas
chapas metálicas e fixados em uma prensa manual (morsa). Este procedimento foi adotado,
tendo por base a necessidade de impedir a movimentação do corpo durante a aplicação dos
impactos esclerométricos (NBR 7584, 2012). Os impactos foram aplicados na direção
diametral, conforme Figura 4, totalizando-se 11 impactos em cada corpo de prova. Foi
empregado o esclerômetro (Digital Silver Schmidt PC L, PROCEQ, Switzerland) de baixa
energia de impacto (0,735 N.m), com êmbolo cogumelo adequado para objetos frágeis ou
estruturas com espessura inferior a 100 mm. Os índices esclerométricos foram obtidos pela
média aritmética dos impactos aplicados.
Na norma NBR 7584 (2012) são apresentados os campos de aplicações e os
fatores que influenciam os resultados do ensaio, entretanto, neste trabalho foram avaliados os
índices esclerométricos como resposta dos corpos de prova de concretos asfálticos dada a
energia efetuada e a energia de reflexão da massa do martelo.
Figura 4 - Execução do ensaio de esclerometria
Após realizados os ensaios não destrutivos (ultrassom e esclerometria), os corpos
de prova foram submetidos aos ensaios de módulo de resiliência, com uma prensa universal
(Universal Testing Machine – UTM-25) eletro-hidráulica (Figura 5), de acordo com
American Society for Testing and Materials - ASTM D4123-82 (1995) e o Departamento
Nacional de Infraestrutura de Transportes - DNIT ME 135 (2010).
38
Figura 5 - Ensaio de compressão diametral de cargas repetidas para obtenção do módulo de
resiliência.
Os corpos de prova foram mantidos em câmara termo-regulável por um período
de 2 horas, de modo a se obter a temperatura de ensaio igual a 25º C. Depois de atingida a
temperatura de ensaio, os transdutores de deslocamento (LVDT) foram ajustados para a
posição zero. Os ensaios foram realizados por meio de aplicação de carga repetida de
compressão ao longo do plano diametral vertical para aquisição dos deslocamentos
horizontais, que foram utilizados para os cálculos das deformações. A frequência utilizada foi
de 1 Hz e o tempo de duração de cada ciclo de carregamento de 1s, sendo 0,1s para aplicação
da carga e 0,9s para o repouso e o valor do coeficiente de Poisson foi adotado igual à 0,3
conforme recomendação da norma DNIT ME 135 (2010).
Os dados obtidos pelos ensaios não destrutivos (esclerometria e ultrassonografia)
e do módulo de resiliência foram avaliados por análise de variância (ANOVA), pelo método
de Tukey com 95% de confiança, a fim de verificar possíveis diferenças e interferências entre
as médias das variáveis nos resultados apresentados por esses métodos.
RESULTADOS E DISCUSSÕES
Os corpos de prova, para cada teor de CAP, apresentaram as densidades médias
de 2322 kg.m-3 (para 4,0% de CAP), 2366 kg.m-3 (para 4,8% de CAP), 2369 kg.m-3 (para
5,6% de CAP) e 2384 kg.m-3 (para 6,6% de CAP).
Na direção longitudinal de medição, os valores médios das velocidades obtidos
pelo pulso ultrassônico foram classificados estatisticamente da seguinte forma: para
frequência de 1000 kHz não houve diferença estatística entre os valores, ou seja, os resultados
correspondem a um único grupo, sem distinção com relação à porcentagem de CAP (Tabela
1). Para a frequência de 500 kHz, foram divididos 4 grupos estatisticamente distintos: C (CAP
39
4,0%), A (CAP 4,8%) e B (CAP 6,6%) e um grupo AB (CAP 5,6%) compartilhado com os
teores de 4,8% e 6,6% (Tabela 1). Na frequência de 1000 kHz não foi possível distinguir as
velocidades para os diferentes teores de asfalto, diferentemente da frequência de 500 kHz,
onde a maior velocidade foi obtida para o ponto ótimo de asfalto (4,8%) indicando, nas
condições deste experimento, a possibilidade de estimativa do teor ótimo de asfalto.
Na direção diametral as velocidades médias obtidas com o transdutor de
frequência de 1000 kHz mostraram dois grupos com diferenças significativas: A (CAP 4,8%)
e C (CAP 5,6%) - Tabela 1. No entanto, houve compartilhamento das velocidades para o teor
de 4,0% com 5,6% e com 6,6% e, do teor de 4,8% com 6,6% (Tabela 1). Para a frequência de
500 kHz foram formados 2 grupos estatisticamente diferentes: B e A, onde o teor de 4,0%
CAP referente ao grupo B se diferencia dos outros três teores agrupados em A (4,8%, 5,6% e
6,6%) - Tabela 1. Para as duas frequências foram registrados valores numericamente
crescentes para os teores de 4,0% e 4,8%, com a maior velocidade no ponto ótimo de asfalto
(4,8%), seguidos de valores decrescentes (Tabela 1). Na frequência de 1000 kHz os valores da
velocidade se alternaram, sendo crescente do teor de 4,0% para 4,8%, decrescente deste
último para o teor de 5,6% e, novamente crescente para o teor de 6,6% (Tabela 1). Ainda que
o maior valor de velocidade tenha sido registrado para o teor de 4,8%, essa oscilação não
possibilitou diferenciar estatisticamente o teor de 4,0% do 5,6% e o teor de 4,8% do 6,6%. Já,
para a frequência de 500 kHz os teores de 4,8%, 5,6% e 6,6%, são considerados iguais
estatisticamente, grupo do qual faz parte o teor ótimo de asfalto.
Devido a oscilação registrada da velocidade para a frequência de 1000 kHz, na
direção diametral, pode-se concluir que a medição na direção longitudinal e na frequência de
500 kHz foi mais precisa. Tal fato pode ter ocorrido devido a dificuldade de acoplamento dos
transdutores, feito com a glicose, na direção diametral do corpo de prova. Outro fato que pode
ter contribuído, é a elevada atenuação com a frequência de 1000 kHz, no material, que nesta
direção, a rugosidade do corpo de prova é expressiva, não permitindo um perfeito contato
entre o transdutor e o corpo de prova, possibilitando a existência de ar entre a base do
transdutor e o corpo de prova, dificultando a propagação do pulso ultrassônico.
40
Tabela 1 - Velocidades de propagação de ondas de ultrassom com transdutores de ondas
longitudinais na direção longitudinal com 1000 kHz (VL1000) e 500 kHz (VL500), e na direção
diametral com 1000 kHz (VD1000) e 500 kHz (VD500)
Direção Frequência %CAP V (m s-1) Grupo (*) Assimetria
Longitudinal
1000 kHz
4,0 3915 A -1,20
4,8 3747 A -1,68
5,6 3702 A -1,19
6,6 3689 A -0,82
500 kHz
4,0 3311 C
0,47
4,8 3747 A -1,46
5,6 3674 A B -0,29
6,6 3529 B -1,23
Diametral
1000 kHz
4,0 3539 B C
-0,23
4,8 3989 A -1,72
5,6 3424 C -1,73
6,6 3757 A B 1,36
500 kHz
4,0 3443 B
1,56
4,8 3919 A -1,73
5,6 3777 A 1,70
6,6 3749 A 1,70
*Agrupamentos realizados pelo método de Tukey com 95% de confiança. Letras diferentes
indicam grupos estatisticamente diferentes.
Com base nos 11 impactos esclerométricos aplicados a cada corpo de prova foram
calculados os valores médios que representam os índices esclerométricos (Q), apresentados na
Tabela 2. Numericamente, o maior valor do índice esclerométrico foi obtido para o grupo de
corpos de prova com 4,8% de CAP, que representa o teor ótimo para mistura (Tabela 2). Já, o
menor valor de Q obtido coincidiu com o menor teor de CAP, ou seja, 4,0% (Tabela 2). A
análise estatística para os valores de esclerometria mostrou que os valores médios dos índices
esclerométricos não se diferenciaram para os quatro teores de CAP utilizados nas dosagens
dos corpos de prova ensaiados (Tabela 2).
41
Tabela 2 - Resultados dos ensaios de esclerometria
%CAP Q Qmédio DP CV(%) Grupo (*) Assimetria
4,0
32,9
28,7 31,4 2,31 7,37 A -1,7
32,6
4,8
33,9
34,8 35,1 1,44 4,10 A 1,0
36,7
5,6
36,6
38,0 34,6 4,71 13,61 A -1,5
29,3
6,6
32,6
33,2 32,8 0,37 1,12 A 1,7
32,6
*Agrupamentos realizados pelo método de Tukey a 95% de confiança. Letras diferentes
indicam grupos estatisticamente diferentes. DP: desvio padrão; CV: coeficiente de variação.
Os valores médios do módulo de resiliência (MR), obtidos experimentalmente
para cada corpo de prova, resultaram decrescentes com o aumento do teor de asfalto (Tabela
3) e, considerando-se as médias representativas para cada um dos teores de CAP, o máximo
coeficiente de variação resultou igual a 7,4%. Os módulos de elasticidade obtidos pela VPU
na direção longitudinal (EL) e diametral (ED) para as duas frequências (1000 kHz e 500 kHz),
apresentaram coeficientes de variação inferiores a 9% (Tabela 3).
42
Tabela 3 - Módulos de Elasticidade obtidos pelo método de propagação de ondas
ultrassônicas nas direções longitudinal com transdutores de 1000 kHz (EL 1000) e de 500 kHz
(EL 500) e diametral com transdutores de 1000 kHz (ED 1000) e de 500 kHz (ED 500) e módulos
de resiliência (MR)
CP No. % CAP EL 1000
(MPa)
EL 500
(MPa)
ED 1000
(MPa)
ED 500
(MPa) MR (MPa)
1 16518 17990 21942 20367 6246
2 4,0 18401 19088 23712 22079 6257
3
17736 17998 22776 20999 6398
Média 17552 18358 22810 21148 6300
DP 955,1 631,9 885,7 865,5 84,6
CV (%) 5,4 3,4 3,9 4,1 1,3
1 26394 24799 23681 23610 4889
2 4,8 25450 24154 21564 21988 4962
3
27247 24615 25781 22086 5293
Média 26364 24523 23675 22561 5048
DP 898,8 332,1 2108,7 909,7 215,1
CV (%) 3,4 1,4 8,9 4,0 4,3
1 26214 24962 24973 26707 3808
2 5,6 24704 23021 25713 26579 3530
3
24524 23143 25481 25431 4093
Média 25147 23709 25389 26239 3810
DP 928,1 1087 378,5 703 281,8
CV (%) 3,7 4,6 1,5 2,7 7,4
1 24395 21099 26193 25396 2377
2 6,6 24784 24851 25083 25009 2368
3
23126 23351 29178 24300 2680
Média 24102 23101 26818 24902 2475
DP 866,8 1888,9 2117,6 555,9 177,6
CV (%) 3,6 8,2 7,9 2,2 7,2
CP: corpo de prova; DP: desvio padrão; CV: coeficiente de variação.
Os valores dos módulos de elasticidade calculados pela VPU na direção
longitudinal (EL), tanto com o transdutor de 500 kHz quanto de 1000 kHz resultaram em
valores numericamente crescentes para os teores de 4,0% e 4,8% (teor ótimo de CAP),
seguidos de valores decrescentes com o aumento do teor de CAP (Tabela 3). Dessa forma, o
método de ultrassom mostrou que o módulo de elasticidade calculado para ambas as
frequências, pode ser um bom indicativo para o ponto ótimo de asfalto. Já, na direção
diametral, para ambos os transdutores, os módulos de elasticidade (ED) resultaram em valores
43
numericamente crescentes para os teores de 4,0% e 5,6% de CAP, seguido de valores
decrescentes para o maior teor de CAP (Tabela 3).
Aplicando análise estatística aos valores dos módulos de elasticidade obtidos pela
VPU, nas duas direções de medição, e aos valores obtidos pelo ensaio convencional de
resiliência, verificou-se que os dados desses módulos podem ser considerados com
distribuições normais (valores de assimetria no intervalo de -2,0 a 2,0) - Tabela 4.
Tabela 4 - Agrupamento e assimetria dos módulos de elasticidade calculados pela VPU nas
direções longitudinal (EL) e diametral (ED) e do módulo de resiliência (ER)
Direção Longitudinal
Frequência % CAP ELmédio (MPa) Grupo Assimetria
1000 kHz
4,0 17552
B
-0,84
4,8 26364 A
-0,15
5,6 25147 A
1,66
6,6 24102 A -1,35
500 kHz
4,0 18359
B
1,73
4,8 24523 A
-1,15
5,6 23709 A
1,71
6,6 23100 A -0,59
Direção Diametral
Frequência %CAP EDmédio (MPa) Grupo Assimetria
1000 kHz
4,0 22810 A 0,17
4,8 23675 A -0,01
5,6 25389 A -1,03
6,6 26818 A 1,21
500 kHz
4,0 21148 B 0,75
4,8 22561 B 1,71
5,6 26239 A -1,67
6,6 24902 A -0,84
Módulo de resiliência
%CAP MRmédio (MPa) Grupo Assimetria
- 4,0 6300 A 1,70
- 4,8 5048 B 1,51
- 5,6 3810 C 0,04
- 6,6 2475 D 1,73
*Agrupamentos realizados pelo método de Tukey a 95% de confiança. Letras diferentes
indicam grupos estatisticamente diferentes.
Na direção longitudinal de propagação das ondas ultrassônicas, os valores médios
dos módulos de elasticidade para ambos os transdutores, foram diferenciados estatisticamente
44
nos grupos B (4,0%) e A (4,8%; 5,6% e 6,6%). Com essa avaliação, o emprego do teor abaixo
do ótimo de CAP ficou evidenciado, estatisticamente, pelo menor valor do módulo de
elasticidade EL em relação aos módulos calculados para os demais teores. Essa diferenciação
nos resultados aponta para possibilidade do método ultrassonográfico identificar o ponto de
teor ótimo de asfalto, adotando o teor de 4,8% CAP, uma vez que além de ser técnica e
economicamente viável, o menor consumo de CAP implica num menor custo da mistura
asfáltica.
Na direção diametral e para o transdutor com frequência de 1000 kHz, pela
análise estatística, os módulos de elasticidade não foram diferenciados. Para a frequência de
500 kHz, dada as diferenças estatísticas, formaram-se dois grupos: B (4,0% e 4,8%) e A
(5,6% e 6,6%). Para essa frequência, nota-se uma tendência semelhante à ocorrida na direção
longitudinal, em que o teor ótimo de asfalto (4,8%) é o divisor dos grupos estatisticamente.
Os módulos de resiliência calculados pelo ensaio convencional de cargas repetidas
caracterizam valores estatisticamente distintos e decrescentes com o aumento de CAP
empregados.
Correlações dos resultados dos métodos de ensaios
Visando analisar o comportamento dos resultados dos END de VPU e de
esclerometria considerando-se o teor de asfalto e o módulo de resiliência da mistura, foram
utilizadas análises de regressão.
Correlação entre módulo de elasticidade obtido pela velocidade de propagação do pulso
ultrassônico e teor de CAP
As melhores correlações entre o módulo de elasticidade calculado por VPU e o
teor de asfalto foram obtidas na direção longitudinal de medição (EL), na qual foram obtidos
os maiores coeficientes de determinação (Figura 6a). Nesta direção, o módulo de elasticidade
foi crescente com o aumento de CAP até o teor de 4,8% de CAP e, depois, decrescente. O
modelo de ajuste, nas condições deste experimento, indica possível estimativa do teor ótimo
de asfalto. Os maiores valores do módulo de elasticidade foram também registrados para este
teor, evidenciando, assim, o teor ideal de asfalto na mistura. Na direção diametral de medição,
com o transdutor de 500 kHz de frequência, o comportamento foi semelhante ao observado na
direção longitudinal, diferentemente ao ocorrido na frequência de 1000 kHz, em que o
módulo de elasticidade foi crescente com o aumento do teor de CAP (Figura 6b).
45
(a) (b)
Figura 6 - Módulo de elasticidade por VPU versus teor de CAP: a) direção longitudinal; b)
direção diametral.
A equação ajustada para representar EL x %CAP apresentou, para frequência de
1000 kHz, coeficiente de correlação (R) igual a 0,91 e coeficiente de determinação (R2) igual
a 82% e, para a frequência de 500 kHz, apresentou coeficiente de correlação igual a 0,86 e
coeficiente de determinação igual a 75%. Na representação ED x %CAP para a frequência de
1000 kHz, o coeficiente de determinação foi de 59% e de 76% para a frequência de 500 kHz
e, no caso do coeficiente de correlação foi de 0,77 e de 0,87 para as frequências de 1000 kHz
e 500 kHz, respectivamente. Esses valores mostram que a direção longitudinal foi a que
melhor representou o comportamento do módulo de elasticidade da mistura asfáltica, com os
maiores valores no ponto ótimo de asfalto, indicando assim, uma possível estimativa do teor
ótimo. Na direção diametral, acredita-se que devido a dificuldade de acoplamento dos
transdutores na face dos corpos de prova, os coeficientes foram inferiores, porém, nota-se que
na frequência de 500 kHz, para ambas direções de medição, os valores encontrados para os
coeficientes determinação foram muito próximos, evidenciando assim a precisão ao se
trabalhar com frequências mais baixas.
Correlações entre o índice esclerométrico e o teor de CAP e, entre o índice
esclerométrico e o módulo de resiliência
Devido aos valores dos índices esclerométricos serem próximos entre si, como
resultado da análise estatística (Tabela 2), optou-se por considerar nas correlações Q x %CAP
e Q x MR os valores médios para cada um dos teores de CAP.
Os modelos de ajuste representados para Q x %CAP e Q x MR pelas equações
polinomiais (Figura 7), com coeficientes de determinação iguais a 92% e 95%,
46
respectivamente, possibilitam que o aumento do teor de asfalto na mistura seja retratado pelos
valores dos índices esclerométricos até o valor de máximo da função, determinado neste
estudo entre os teores de 4,8% (ponto de ótimo) e o teor de 5,6% de CAP. E,
sequencialmente, os valores de Q decrescem com o aumento de asfalto, quando então se
obtém, os menores valores do módulo de resiliência. Os maiores valores de Q e MR foram
determinados no ponto ótimo de asfalto, fato semelhante quando correlacionado o módulo de
elasticidade com o teor de CAP.
(a) (b)
Figura 7 - Comportamento da esclerometria: a) com o teor de asfalto; b) com o módulo de
resiliência.
De forma análoga a este trabalho, Dunning et al. (2004) que utilizaram a
tecnologia de VPU, por meio de uma resposta integrada (IR) do valor de atenuação medida
em decibéis, para caracterizar misturas asfálticas a quente, trabalhando com amostras
individuais, obtiveram R2 igual a 47%, para o qual a correlação não é significativa. Quando os
autores trabalharam com um conjunto de médias resultou num valor de R2 igual a 90%,
conseguindo uma correlação melhor.
Correlação entre a velocidade de propagação do pulso ultrassônico e o módulo de
resiliência
As correlações estabelecidas entre a VPU nas direções longitudinal e diametral
com o módulo de resiliência mostram melhores resultados para a frequência de 500 kHz,
sendo que na direção longitudinal foram obtidos os maiores coeficientes de determinação
(Figura 8).
47
(a) (b)
Figura 8 - VPU versus módulo de resiliência: (a) direção longitudinal; (b) direção diametral.
Para a frequência de 500 kHz, nas duas direções de propagação de ondas, os
comportamentos das regressões foram semelhantes, cujas funções apresentam concavidades
voltadas para baixo e os máximos entre o ponto ótimo de asfalto (4,8%) e o ponto com teor de
5,6% de CAP. O modelo gerado implica que para teores de asfalto menores que o ótimo, com
o aumento do teor de asfalto, o módulo MR reduz enquanto que a VPU aumenta. Esse
comportamento pode ser explicado pela baixa porcentagem de ligante asfáltico, o que torna a
mistura mais rígida. Para a frequência de 1000 kHz o mesmo não ocorreu, uma vez que para
direção longitudinal a concavidade da função voltou-se para cima e o valor de R2 na direção
diametral foi muito baixo, implicando num baixo grau de relacionamento das variáveis.
Assim, como nas outras correlações estudadas, ficou demonstrado que a
frequência de 500 kHz se mostrou mais eficiente para a correlação entre velocidade de
propagação do pulso ultrassônico e módulo de resiliência da mistura asfáltica.
Correlação entre o módulo de elasticidade longitudinal obtido pela velocidade de
propagação do pulso ultrassônico e o módulo de resiliência
Os módulos resilientes obtidos para os quatro teores de CAP correlacionados com
os módulos de elasticidade longitudinal obtidos pela propagação de ondas na direção
longitudinal (Figura 9a), para ambas as frequências estudadas (1000 kHz e 500 kHz),
mostram que os máximos das funções de ajuste encontram-se entre os pontos de 4,8% e 5,6%.
Ambas as frequências apresentaram uma boa correlação entre os módulos com coeficientes de
determinação iguais a 79% e 76% para 1000 kHz e 500 kHz, respectivamente. Na direção
diametral (Figura 9b), os máximos das funções de ajuste também ficaram entre os pontos de
48
4,8% e 5,6%, sendo que a frequência de 500 kHz foi a que apresentou o maior coeficiente de
determinação (77%).
(a) (b)
Figura 9 - Módulo de elasticidade por VPU versus módulo de resiliência: a) direção
longitudinal; b) direção diametral.
As funções polinomiais convexas geradas para correlacionar o módulo de
elasticidade (EL) com o módulo de resiliência (MR), comparadas ao método esclerométrico,
indicam a semelhança de comportamento entre ambos os métodos de ensaio END. Essa
direção avaliada é coincidente com a direção de aplicação dos carregamentos de compactação
e de tráfego das rodovias e, que por sua vez representa a direção acessível para inspeções em
campo. Já, na direção transversal, o modelo diferiu apresentando funções côncavas, o que
pode ser decorrente de questões relacionadas a dificuldade de acoplamento dos transdutores
no corpo de prova e possivelmente também pelas amostras sofrerem compactação na direção
longitudinal.
CONCLUSÕES
Com base nos resultados experimentais de uma mistura de concreto asfáltico
convencional dosado com 4 teores de asfalto, pode-se concluir que:
- As velocidades médias de VPU nas direções longitudinal e diametral, com
transdutores de frequência de 500 kHz, foram maiores para o ponto ótimo de asfalto (4,8%).
Também, para o ponto ótimo de asfalto foi registrado o maior valor médio do índice
esclerométrico (35,1). Esses resultados indicam por ambos os métodos END uma possível
estimativa do teor ótimo de asfalto.
49
- O comportamento dos módulos de elasticidade obtidos pela VPU na direção
longitudinal (EL) e para ambas as frequências, foram muito semelhantes, e acompanharam o
comportamento da VLL para frequência de 500 kHz, com valores crescentes para os teores de
4% a 4,8%, com a maior velocidade no ponto ótimo de asfalto (4,8%), seguidos de valores
decrescentes. Dessa forma, o teor ótimo de asfalto (4,8%) mostrou-se como divisor dos
grupos para o EL (direção longitudinal).
- As correlações para os resultados dos END com a variação do teor de CAP e
com os resultados MR, indicam a preponderância do modelo representado por funções
quadráticas com concavidades voltadas para baixo, com valores de VPU, índice
esclerométrico e módulo de elasticidade crescente até o teor ótimo de asfalto, decrescendo em
seguida.
- Os módulos resilientes (MR) correlacionados com os módulos de elasticidade
obtidos pela VPU para ambas as frequências e na direção longitudinal de medição,
apresentaram os máximos das funções de ajuste entre os pontos de 4,8% e 5,6%, com
coeficientes de determinação próximos (76% para 500 kHz e 79% para 1000 kHz).
- A frequência de 500 kHz, nas duas direções de medição, se mostrou mais
eficiente para correlacionar a VPU e o módulo de resiliência da mistura asfáltica.
- As funções polinomiais convexas geradas para as correlações Q x %CAP, Q x
MR e EL x MR, indicam haver semelhança de comportamento entre ambos os métodos de
ensaio END.
A similitude de comportamento dos resultados da esclerometria e da VPU na
direção longitudinal aponta que esses métodos END podem ser empregados em conjunto para
caracterizar o comportamento da variação de asfalto na mistura e do módulo de resiliência,
permitindo resultados confiáveis e precisos. Sugere-se, portanto, que outros estudos sejam
realizados ampliando-se a amostragem, incluindo-se outros teores e diferentes tipos de CAP.
AGRADECIMENTO
Os autores gostariam de agradecer ao Instituto Federal de São Paulo (IFSP) pelo
apoio e incentivo à pesquisa.
50
REFERÊNCIAS
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Standard test method for rebound number of hardened concrete. Pennsylvania: ASTM, 2008.
AMERICAN SOCIETY FOR TESTING AND MATERIALS. ASTM D4123-82: Standard
test method for indirect tension for resilient modulus of bituminous mixtures. West
Conshohocken: ASTM, 1995.
ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 7584: Concreto endurecido
- Avaliação da dureza superficial pelo esclerômetro de reflexão. Rio de Janeiro: ABNT, 2012.
ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 8802: Concreto endurecido
- Determinação da velocidade de propagação de onda ultrassônica. Rio de Janeiro: ABNT,
2013.
DEPARTAMENTO NACIONAL DE ESTRADAS DE RODAGEM. DNER ME 43: Misturas
betuminosas a quente: ensaio Marshall. Rio de Janeiro: DNER, 1995.
DEPARTAMENTO NACIONAL DE INFRAESTRUTURA DE TRANSPORTES. DNIT ES
031. Pavimentos flexíveis - Concreto asfáltico. Instituto de Pesquisas Rodoviárias, Rio de
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52
3.2 Artigo 2 - INFLUÊNCIA DO VOLUME DE VAZIOS EM UMA MISTURA
ASFÁLTICA NOS ENSAIOS DE PROPAGAÇÃO DE ONDAS ULTRASSÔNICAS E
DE ESCLEROMETRIA
Submetido ao periódico Revista Matéria
53
INFLUÊNCIA DO VOLUME DE VAZIOS EM UMA MISTURA ASFÁLTICA NOS
ENSAIOS DE PROPAGAÇÃO DE ONDAS ULTRASSÔNICAS E DE
ESCLEROMETRIA
AIR VOID INFLUENCE IN A HOT MIX ASPHALT BY ULTRASONIC WAVE
TESTS AND BY SCLEROMETRY TESTS
Isaac Eduardo Pinto, Julio Soriano, Raquel Gonçalves
RESUMO
A dosagem de uma mistura asfáltica deve atender aos requisitos técnicos e de qualidade
requerida para um pavimento. O volume de vazios é um parâmetro de extrema importância na
determinação do teor de asfalto de projeto dosado pela metodologia Marshall e na avaliação
da qualidade da mistura asfáltica em campo. Este trabalho teve como objetivo analisar o
comportamento do volume de vazios de uma mistura asfáltica nos ensaios não destrutivos
(END) de esclerometria e de velocidade de propagação do pulso ultrassônico (VPU). Para
tanto, foi elaborada uma mistura com volumes de vazios diferenciados por quatro teores de
asfalto e moldados 100 corpos de prova, os quais foram submetidos ao ensaio de VPU com
transdutores de faces exponenciais com frequência de 45 kHz e de faces planas com 80 kHz
de frequência, em duas direções de medição (longitudinal e diametral) e ao ensaio de
esclerometria. Os resultados mostraram que ambos os métodos END foram influenciados pelo
volume de vazios, o que possibilitou a geração de modelos de regressão, que no caso da VPU
aplicada na direção da compactação do corpo de prova e com transdutores de frequência de 80
kHz a velocidade de propagação das ondas foi decrescente com o aumento do volume de
vazios e o coeficiente de correlação igual a 0,91. No caso dos transdutores de 45 kHz de
frequência os resultados foram afetados pelas dimensões dos corpos de prova, no entanto,
mostrou-se uma tendência para regressão muito semelhante à apresentada pelo método
esclerométrico, com coeficientes de correlação da ordem de 0,75 e 0,73 para as direções
longitudinal e diametral respectivamente e 0,73 para a esclerometria. Com isto, conclui-se que
a ultrassonografia e a esclerometria são potencias técnicas para avaliação do volume de vazios
de misturas de concreto asfáltico.
Palavras-chave: Pavimento flexível, índice de vazios, concreto asfáltico, ultrassom,
esclerômetro.
54
ABSTRACT
An asphalt mix dosage must meet the technical and quality requirements needed for a
pavement. Air void volume is a parameter of utmost importance in determining the design of
a binder content measured by the Marshall methodology, and also in evaluating the asphalt
mix quality in-situ. This work aims to analyze air void content behavior in hot mix asphalt by
sclerometric and to ultrasonic pulse velocity (UPV) Nondestructive Testing (NDT). For that, a
mix was prepared with void volumes differentiated by for asphalt contents, and 100 test
specimens were molded and subjected to UPV tests with 45 kHz exponential probe
transducers and with 80 kHz frequency flat tranducers in two measurement directions
(longitudinal and diametral) and to a sclerometric test as well. Results showed that both NDT
methods were influenced by the void volume, which enabled the production of regression
models. In the case of UPV with 80 kHz frequency transducers applied in the direction of the
compaction of the specimen, the wave propagation velocity was decreasing with the increase
in void volume and the correlation coefficient was equal to 0.91. In the case of the 45 kHz
frequency transducers, results were affected by the size of the specimens; however, a very
similar regression trend was shown by the sclerometric method, with correlation coefficients
ranging from 0.75 and 0.73, for longitudinal and diametral directions respectively and 0.73 for
sclerometric test. Thus, it is concluded that ultrasonic and sclerometric methods are
technically powerful to evaluate air void volume in asphalt concrete mixes.
Keywords: Flexible pavement, void index, asphalt concrete, ultrasonic; sclerometer.
55
INTRODUÇÃO
A necessidade de serem feitos pavimentos mais duráveis e seguros é cada vez
maior dada a intensificação do meio de transporte rodoviário no Brasil. Na construção de uma
estrada é de fundamental importância um rigoroso controle de qualidade das camadas de
revestimento asfáltico, as quais necessitam de uma boa dosagem dos materiais empregados
para composição da mistura asfáltica, pois essas camadas devem garantir conforto e segurança
ao usuário.
O comportamento de uma mistura asfáltica é influenciado por vários parâmetros,
tais como: o tráfego, o tipo de mistura e o clima. O projeto de dosagem tem o objetivo de
alcançar um equilíbrio entre as propriedades da mistura, tais como densidade, vazios de ar,
estabilidade e durabilidade, para uma determinada aplicação. Segundo Harvey et al. (1995) o
tipo de ligante, o teor de ligante asfáltico e o volume de vazios de ar são os principais fatores
que influenciam na perda de desempenho de uma mistura asfáltica. Esses dois últimos
parâmetros, que são inversamente proporcionais, para Lavin (2003), são indicadores
importantísssimos para o desempenho da mistura.
Little et al. (1992) relatam que na fase da mistura dos materiais e, posteriormente,
na compactação, os agregados minerais absorvem uma porção de asfalto necessário para
coesão da mistura. A aplicação do teor de asfalto acima do padrão de uma mistura reduzirá a
quantidade de vazios, tornando a mistura instável e contribuirá para o fenômeno de
exsudação. Por outro lado, o emprego de um teor abaixo do ideal aumentará a quantidade de
vazios e, por sua vez a permeabilidade comprometerá a durabilidade e a vida útil da mistura
(ANTUNES e NIENOV, 2012). Para Harvey et al. (1995), o teor de asfalto projetado deve
obedecer aos requisitos de resistência, durabilidade e trabalhabilidade.
De acordo com Harvey et al. (1995), o aumento de rigidez de uma mistura é
proporcional ao decréscimo do volume de vazios, e ao comparar misturas asfálticas com
diferentes porcentagens de ligante (entre 4% e 6%) e de volume de vazios (entre 1% e 9%) os
autores concluíram que o desempenho à fadiga foi mais afetado pela variação no volume de
vazios do que pela variação da porcentagem do teor de asfalto. Harvey et al. (1995)
descrevem ainda que em uma mistura com o aumento do teor de asfalto até um determinado
limite, os vazios são preenchidos e com isso melhora o desempenho da mistura, porém não se
pode ultrapassar o limite determinado, para que a rigidez da mistura não fique prejudicada.
Toda mistura compactada necessita dos vazios de ar para que os agregados
possam sofrer expansão e suportar as cargas do tráfego. Misturas com insuficiência de vazios
56
(menor que 3%) estão sujeitas a instabilidade, o que causa, por exemplo, o afundamento do
revestimento nas trilhas de roda. E, por outro lado, o excesso de vazios de ar (superior a 8%)
torna a mistura mais suscetível à oxidação do ligante e consequentemente afetará sua
durabilidade (ASPHALT INSTITUTE, 1989) apud (SPECHT, 2004).
Os vazios quando bem dispersos nas misturas asfálticas evitam a propagação de
microfissuras, porém, uma quantidade elevada de vazios pode contribuir para o surgimento de
microfissuras, facilitando o acesso de água no interior da camada, acelerando o seu
envelhecimento, dentre outros danos causados pela umidade. Portanto, uma mistura asfáltica
deve conter vazios em pequena quantidade e bem dispersos para que a rigidez não seja afetada
(LYTTON, 2000).
O volume de vazios (VV) é um parâmetro utilizado nos diversos procedimentos
experimentais de dosagens de misturas asfálticas, sendo função da densidade aparente e da
densidade máxima teórica do corpo de prova compactado (VASCONCELOS et al., 2003).
Para verificação da porcentagem de ligante nas misturas asfálticas, são necessários corpos de
prova que são submetidos a ensaios de extração do betume em cujo procedimento, o ligante
asfáltico e os agregados são separados por ação de um solvente.
A utilização da tecnologia de Ensaios Não Destrutivos (END) tem-se ampliado
nos diversos ramos da engenharia, caracterizadas pela praticidade proporcionada pelos
equipamentos, rapidez na aquisição dos dados e custos inferiores comparados aos ensaios
convencionais.
Os métodos de avaliação não destrutiva em pavimentos são baseados nos
princípios de propagação de ondas eletromagnéticas e mecânicas (GOEL e DAS, 2008;
MASER, 2003). Dentre os principais métodos, os autores citam: o método de onda
elástica/tensão, o método de eco de pulso ou eco impacto (IE), o método da velocidade do
pulso ultrassônico (UPV), a análise espectral do método de ondas de superfície (SASW), o
Infrared Thermography (IRT) e o Ground Penetrating Radar (GPR), métodos que tem como
principais funções a determinação da espessura de uma trinca ou da camada de uma estrutura
de pavimento asfáltico e do módulo de elasticidade dinâmico do material.
Elhafeez et al. (2014) que estudaram o desempenho e resistência à deformação
permanente de dois tipos de misturas asfálticas, uma de graduação densa, com menos vazios e
material bem graduado e outra de matriz pétrea asfáltica, com elevada porcentagem de
agregados graúdos e vazios em sua composição, por meio da ultrassonografia, afirmaram que
a velocidade da onda aumenta quando se tem uma mistura de graduação densa, com boa
57
coesão entre as partículas e, que a existência de vazios de ar na mistura diminui a velocidade
de propagação da onda.
A propósito dos ensaios não destrutivos (END) realizados com equipamento
portátil, tem-se a esclerometria, método normatizado para o concreto convencional (dosado
com aglomerante cimento), porém, na literatura consultada, sem registros de aplicações para o
concreto asfáltico. Conforme a Associação Brasileira de Normas Técnicas - ABNT (NBR
7584, 2012) e a American Society for Testing and Materials - ASTM (C805/C805M, 2008), o
ensaio esclerométrico é utilizado na avaliação da dureza superficial do concreto, quanto à
uniformidade e qualidade do material, não devendo, entretanto, substituir outros métodos,
mas sim complementá-los.
Alguns fatores podem afetar os resultados do ensaio, como: a superfície do
material, o tipo de concreto, a presença de umidade na superfície, o tipo de aglomerante, tipo
de agregado, a idade do material e a carbonatação (QASRAW, 2000; MALHOTRA, 1976;
BUNGEY et al., 2006; SOUZA et al., 2015; BROZOVSKY e BODNAROVA, 2016; MIR e
NEHME, 2017).
Para Breysse (2012), deve-se ter especial atenção para as diferenças das
propriedades, como por exemplo, microestruturas e porosidade, existentes entre as regiões
mais próximas à superfície e as regiões mais internas de um concreto para que não haja
influência na avaliação da qualidade do material. Brozovsky e Bodnarova (2016) afirmam
ainda que os resultados da esclerometria são afetados por temperaturas elevadas que causam o
surgimento de falhas na estrutura interna dos concretos convencionais.
O objetivo desta pesquisa foi estudar a influência do volume de vazios decorrentes
da variação do teor de asfalto em uma mistura de concreto asfáltico convencional, por ensaios
de VPU (com transdutores de frequências 45 kHz e 80 kHz) e esclerometria. Para tanto, foram
avaliadas correlações dessa propriedade volumétrica com a VPU e com os índices
esclerométricos.
MATERIAIS E MÉTODOS
Foram confeccionados 100 corpos de prova de concreto asfáltico convencional
dosado com quatro teores de asfalto (4,0%, 4,8%, 5,6% e 6,6%). Os corpos de prova (Figura
1), foram padronizados com dimensões de 63 ± 1,3 mm de altura e 100 ± 2 mm de diâmetro,
de acordo com o método de ensaio DNER - ME 43 (1995).
58
Figura 1 - Corpos de prova de concreto asfáltico.
Características da mistura
Os agregados empregados na mistura do concreto asfáltico, com composição
percentual apresentada na Tabela 1, foram provenientes da usina Pau Pedra, situada no bairro
Capelinha em Guarulhos – SP e o ligante asfáltico utilizado foi do tipo 50/70 (Brasquímica).
Tabela 1 - Materiais utilizados na moldagem dos corpos de prova.
Material Procedência Composição (%)
Brita 1 Hamover 27
Pedrisco Mineradora Pedrix 23
Pó de pedra Pedreira Basalto 47
Cal hidratada (CH-I) Filtro de Mangas 3
CAP 50/70 Brasquímica ---
Total da amostra --- 100
Os materiais agregados foram peneirados e enquadrados na faixa granulométrica
III (Figura 2) da Prefeitura Municipal de São Paulo (PMSP) - IE 03 (2009), faixa essa
caracterizada para rolamento de tráfego pesado.
59
Figura 2 - Faixa granulométrica da mistura asfáltica.
Para definição do teor ótimo da mistura, foi executada a dosagem Marshall
seguindo o método de ensaio DNER - ME 43 (1995) com energia aplicada equivalente ao
tráfego pesado (75 golpes para cada face do corpo de prova). A partir dos resultados dessa
dosagem, foi arbitrado o teor de trabalho (4,8%0,3) de cimento asfáltico de petróleo (CAP)
com densidade de 1019 kg.m-3 e densidade teórica dos agregados de 2666 kg.m-3. O volume
de vazios é a relação entre o volume de vazios ocupado pelo ar (diferença entre as densidades
teórica e aparente) e o volume real ou total (densidade teórica) dos corpos de prova (Equação
1). Os parâmetros volumétricos (Tabela 2) foram determinados para cada um dos quatro
teores de asfalto da mistura.
t
at
D
DDVV
% (1)
Onde: Dt é a densidade teórica e Da a densidade aparente, ambas obtidas segundo
as normas DNER - ME 081 (1998), DNER - ME 084 (1995) e DNER - ME 117 (1994).
Tabela 2 - Parâmetros volumétricos das misturas asfálticas
CAP Densidade VVmédio
(%) Aparente (kg.m-3) Teórica (kg.m-3) (%)
4,0 2340 2504 6,5
4,8 2366 2474 4,4
5,6 2375 2445 2,9
6,6 2379 2409 1,2
60
Ensaios
As dimensões diametral e longitudinal de cada corpo de prova foram calculadas
com a média de três leituras para cada uma dessas direções, obtidas com paquímetro digital.
Para a realização dos ensaios não destrutivos de esclerometria e de VPU, os
corpos de prova foram previamente demarcados com um gabarito (Figura 3), respeitando-se
uma distância mínima de 25 mm dos centros de dois pontos de impacto esclerométrico,
conforme metodologia da ASTM C805/C805M (2008).
Figura 3 - Demarcação dos pontos para os ensaios de ultrassonografia e de esclerometria.
As medições do tempo de propagação de ondas ultrassônicas (s) para obter as
velocidades (m.s-1) foram realizadas segundo a metodologia proposta pela ABNT NBR 8802
(2013), sendo utilizado o equipamento de ultrassom (USLab, AGRICEF, Brasil) com
transdutores de faces exponenciais de frequência 45kHz e transdutores de faces planas de
frequência 80kHz, ambos de ondas longitudinais (Figura 4).
Figura 4 - Equipamento de ultrassom com transdutores: (a) faces exponenciais; (b) faces
planas.
61
Os transdutores foram posicionados em faces opostas e alinhados, nas direções
longitudinal e diametral do corpo de prova (Figura 5). Na direção longitudinal foram obtidas
cinco leituras do tempo de propagação de ondas e, na direção diametral foram tomadas três
leituras na meia altura do corpo de prova. Com a dimensão e a média do tempo de propagação
de ondas foram calculadas as velocidades nas direções longitudinal (VL) e diametral (VD).
Figura 5 - Direções do ensaio com o ultrassom.
Os ensaios de esclerometria (Figura 6) foram realizados após os ensaios de VPU.
Os corpos de prova foram confinados entre duas chapas metálicas e fixados em uma prensa
manual (morsa). Tal procedimento foi adotado, tendo por base a necessidade de impedir a
movimentação do corpo durante a aplicação dos impactos esclerométricos (NBR 7584, 2012).
Os impactos foram aplicados na direção diametral, totalizando 12 impactos em cada corpo de
prova. Foi empregado o esclerômetro (Digital Silver Schmidt PC L, PROCEQ, Switzerland)
que possui baixa energia de impacto (0,735 N.m), com êmbolo cogumelo adequado para
objetos frágeis ou estruturas com espessura inferior a 100 mm. O índice esclerométrico foi
obtido pela média aritmética dos ricochetes de impactos aplicados a cada corpo de prova.
Figura 6: Execução do ensaio de esclerometria.
62
RESULTADOS E DISCUSSÕES
Com os valores do volume de vazios, das velocidades de propagação do pulso
ultrassônico e dos impactos esclerometricos foi realizada análise estatística, por meio do
estudo da variância (ANOVA), a fim de verificar diferenças entre as médias das variáveis e se
os valores do volume de vazios influenciam de forma significativa as variáveis dependentes.
Para isso, foi utilizado o método de Tukey, com 95% de confiança.
O volume de vazios (VV) do concreto asfáltico, para os teores intermediários de
asfalto, com base nos coeficientes de variação mais baixos, as amostras são mais homogêneas
e com o excesso de asfalto na mistura tornam-se heterogêneas (Tabela 3).
Tabela 3 - Volume de vazios da mistura asfáltica.
CAP (%) VVmédio (%) DP CV Assimetria Curtose Grupo (*)
4,0 6,5 1,0 15,4 -0,6 -0,2 A
4,8 4,4 0,5 10,6 0,3 -0,8 B
5,6 2,9 0,4 13,7 0,4 0,8 C
6,6 1,2 0,5 43,4 1,2 0,5 D
(*) Agrupamentos realizados pelo método de Tukey a 95% de confiança. Letras diferentes
indicam grupos estatisticamente diferentes.
DP: desvio padrão; CV: coeficiente de variação.
Tendo em vista que a variação dos volumes de vazios (VV) foi decorrente dos
percentuais de CAP utilizados na mistura, verificou-se pela análise estatística (Tabela 3) que
os teores de asfalto empregados foram suficientes para resultar em quatro grupos distintos de
VV, mostrando assim, que os valores médios possuem diferenças significativas entre si e são
decrescentes com o aumento de CAP. De forma análoga, Hamim et al. (2012) avaliaram o
comportamento físico e mecânico de uma mistura de concreto asfáltico com duas graduações
diferentes, elaboradas com 5,5% e 5,4% de asfalto, e mostraram que a redução do volume
total de vazios na mistura está relacionada com o aumento do teor de asfalto.
As velocidades médias de propagação de ondas longitudinais obtidas com
transdutores de faces exponenciais e planas com frequências de 45 kHz e de 80 kHz,
respectivamente, na direção longitudinal (VL) e diametral (VD) indicaram pouca dispersão ou
variabilidade e, assimetria e curtose dentro dos limites indicativos de distribuição normal
(Tabela 4).
63
Tabela 4 - Valores médios da velocidade de propagação do pulso ultrassônico com
transdutores de frequências 45 kHz e 80 kHz, nas direções longitudinal (VL45 e VL80) e
diametral (VD45 e VD80).
Direção Frequência VV (%) V (m.s-1) DP (m.s-1) CV (%) Ass. Cur. Grupo (*)
Longitudinal
45kHz
6,5 3513 162,2 4,6 0,6 -0,5
B
4,4 5133 524,0 10,2 0,1 -1,6 A
2,9 5312 505,0 9,5 0,0 -1,4 A
1,2 3507 172,4 4,9 -0,2 -0,5
B
80kHz
6,5 2979 99,4 3,3 0,6 -0,5
C
4,4 3238 89,3 2,8 0,0 -0,3
B
2,9 3285 74,8 2,3 0,9 0,6
B
1,2 3464 53,5 1,6 0,1 0,7 A
Diametral
45kHz
6,5 3393 106,8 3,1 0,8 0,1
D
4,4 4337 287,1 6,6 0,0 -0,9
B
2,9 4847 333,6 6,9 -0,1 -0,7 A
1,2 3614 118,5 3,3 -0,8 0,4
C
80kHz
6,5 3001 132,6 4,4 0,1 -0,7
B
4,4 3115 122,6 3,9 0,0 -0,4
B
2,9 3021 187,3 6,2 0,2 -0,3
B
1,2 3285 277,3 8,4 -0,6 -1,1 A
(*) Agrupamentos realizados pelo método de Tukey a 95% de confiança. Letras diferentes
indicam grupos estatisticamente diferentes.
DP: desvio padrão; CV: coeficiente de variação; Ass: assimetria; Cur.: curtose
Para a frequência de 45 kHz e na direção longitudinal de medição, os valores
médios das velocidades ultrassônicas foram divididos estatisticamente em dois grupos
distintos: A (VV = 4,4% e 2,9%) como intermediários e iguais estatisticamente e B (VV =
6,5% e 1,2%) os extremos, cujas velocidades não foram diferenciadas para estes teores. Na
direção diametral, resultaram em grupos de velocidades ultrassônicas estatisticamente
distintas entre si (A, B, C, D), conforme Tabela 4.
Na frequência de 80 kHz, para a direção longitudinal, os valores médios das
velocidades foram divididos em três grupos estatisticamente distintos entre si, sendo:
64
A (VV = 1,2%), B (VV = 4,4% e 2,9%) e C (VV = 6,5%), indicando novamente, para os
teores intermediários de VV (4,4% e 2,9%) que as velocidades resultaram estatisticamente
equivalentes. Na direção diametral, foram obtidos dois grupos com velocidades diferentes
estatisticamente: A (VV = 1,2%) e B (VV = 6,5%, 4,4% e 2,9%).
Vale ressaltar que devido às pequenas dimensões dos corpos de prova moldados
no padrão Marshall (DNER ME 43, 1995), com aproximadamente 63,5 mm de altura e 101,6
mm de diâmetro, as velocidades de pulso na direção longitudinal e diametral de medição,
principalmente na frequência de 45 kHz, foram afetadas pelo comprimento do percurso da
onda, uma vez que o comprimento de onda () é maior que a dimensão da altura, e
praticamente igual ao diâmetro do corpo de prova, não permitindo cumprir as bases teóricas
de propagação em meios infinitos. Com a média das velocidades de ondas consideradas reais
nos mesmos corpos de prova e com transdutores de 1000 kHz e de 500 kHz de frequência,
correspondentes a VL=3664 m.s-1 e a VD=3700 m.s-1, nas duas direções de medição, nota-se
que para a frequência de 80 kHz o comprimento de onda tem, aproximadamente, 46 mm,
fazendo com que a relação entre o comprimento de percurso e o comprimento de onda seja da
ordem de 1,4 e 2,2 nas direções longitudinal e diametral, respectivamente.
Neste caso, segundo Trinca e Gonçalves (2009), quando o meio deixa de ser
infinito a propagação da onda já não ocorre de forma livre, afetando a propagação e, assim, a
velocidade passa a ser dependente da frequência, tendo seus valores numéricos afetados. No
entanto, tendo em vista que para todos os teores de CAP as dimensões dos corpos de prova
foram praticamente iguais, todos os valores de velocidade estariam afetados pela mesma
relação fazendo com que seja possível, de forma isolada para a frequência, comparar o
comportamento geral.
Com base nos impactos esclerométricos aplicados a cada corpo de prova foram
calculados os valores que representam os índices esclerométricos médios (Tabela 5) e, pela
análise estatística, os valores se diferenciaram para os quatro volumes de vazios decorrentes
dos teores de CAP utilizados na dosagem da mistura asfáltica. Pode-se notar, tanto para o
extremo superior do volume de vazios (VV = 6,5%), para o qual a mistura é menos coesa,
quanto para o extremo inferior (VV = 1,2%), para o qual a mistura é mais plástica, que a
restituição da energia pelo método esclerométrico é menor.
65
Tabela 5 - Índices esclerométricos.
VV (%) Q DP CV (%) Assimetria Curtose Grupo (*)
6,5 28,2 2,0 7,1 0,5 -0,5 C
4,4 33,1 1,8 5,4 0,4 0,9 B
2,9 35,0 1,6 4,7 -0,2 -0,6 A
1,2 25,6 2,2 8,7 0,1 -1,2 D
(*) Agrupamentos realizados pelo método de Tukey a 95% de confiança. Letras diferentes
indicam grupos estatisticamente diferentes.
DP: desvio padrão; CV: coeficiente de variação.
Correlações dos resultados dos métodos de ensaios
Com o objetivo de caracterizar o comportamento dos resultados dos END de VPU
e de esclerometria, quanto à variação do volume de vazios da mistura asfáltica, essa
propriedade foi correlacionada com a velocidade de propagação de ondas e com o índice
esclerométrico.
Correlação entre a velocidade de propagação do pulso ultrassônico e o volume de vazios
As velocidades na frequência de 45 kHz foram crescentes até o valor de máximo
das funções quadráticas (3,9%; 5022 m.s-1), para a direção longitudinal (Figura 7a) e até o
máximo (3,6%; 4440 m.s-1) para a direção diametral (Figura 7b), que se enquadram na faixa
de volume de vazios entre 3% e 5% estabelecida pelo Departamento Nacional de
Infraestrutura de Transportes - DNIT ES 031 (2006) para camadas de pavimento de rodovias
com tráfego pesado. Para volumes de vazios maiores que o ponto de máximo, a regressão
indicou o decréscimo da velocidade. Na frequência de 80 kHz e para as duas direções, por
consequência da variação do teor de asfalto, a velocidade de propagação do pulso ultrassônico
diminui com o aumento do volume de vazios (Figura 7c e 7d).
A frequência que apresentou melhor correlação foi a de 80 kHz e na direção
longitudinal de medição (Figura 7c), com maiores coeficientes de determinação e de
correlação, pois com o aumento do volume de vazios, a mistura torna-se menos coesa e,
consequentemente, reduz a velocidade de propagação. As equações ajustadas para representar
VL45 x VV e VL80 x VV, indicaram para esta direção o coeficiente de determinação R2 igual a
56%, para frequência de 45 kHz e 84% para frequência de 80 kHz. Para a direção diametral,
resultou num coeficiente de determinação R2 igual a 54% para frequência de 45 kHz e, para a
66
frequência de 80 kHz não se obteve correlações consideráveis (R2 = 26% - Figura 7d). Esse
resultado obtido com a frequência de 80 kHz para a direção diametral pode estar relacionado
com a dificuldade de acoplamento do transdutor de faces planas na superfície curva do corpo
de prova.
(a) (b)
(c) (d)
Figura 7 - Correlação entre a VPU e o volume de vazios: (a) 45 kHz, direção longitudinal; (b)
45 kHz, direção diametral; (c) 80 kHz, direção longitudinal; (d) 80 kHz, direção diametral.
Considerando os modelos de regressão (Tabela 6), todas as correlações entre a
velocidade de propagação de ondas e o volume de vazios da mistura asfáltica foram
significativas (P-valor = 0,0000). Na correlação VD80 x VV apesar do valor de R2 igual a 26%,
o P-valor < 0,05, indicou que a regressão foi significativa onde a tendência demonstrada pelo
ensaio foi a redução da velocidade com o aumento da porcentagem de vazios da mistura.
67
Tabela 6 - Parâmetros e modelos da regressão entre velocidade da onda e volume de vazios.
Parâmetro Regressão R R2 P-valor
VL45xVV VL45 = -157,227VV2 + 1220,819%VV + 2665,541 0,75 0,56 0,0000
VD45xVV VD45 = -92,656VV2 + 662,466VV + 3263,183 0,73 0,54 0,0000
VL80xVV VL80 = -2,435VV2 - 64,950VV + 3527,488 0,91 0,84 0,0000
VD80xVV VD80 = -160,6ln(VV) + 3286,0 0,51 0,26 0,0000
Correlação entre o índice esclerométrico e o volume de vazios
O índice esclerométrico ao ser correlacionado com o volume de vazios resultou
numa função quadrática (Figura 8), cujo ponto de máximo ocorre entre os teores de 4,8% e
5,6% de CAP (VV = 4,2%; Q = 33,3) e cujo modelo de regressão (Tabela 7) apresentou um
P-valor igual a 0,000 para a função ajustada, indicando que a correlação foi estatisticamente
significativa.
Tabela 7 - Parâmetro e modelo da regressão entre o índice esclerométrico e o volume de
vazios.
Parâmetro Regressão R R2 P-valor
QxVV Q = -0,6217VV2 + 5,1571VV + 22,592 0,67 0,45 0,0000
Figura 8 - Correlação entre o índice esclerométrico e o volume de vazios.
Dos quatro valores de volumes de vazios experimentais, consequentes dos teores
de CAP adotados, apenas o VV=4,4%, correspondente ao teor de 4,8% de CAP, enquadrou-se
na faixa padrão (3% a 5%) do DNIT ES 031 (2006). Para este intervalo a regressão indicou a
68
ocorrência de valores elevados dos índices esclerométricos, incluindo-se o máximo da função
(33,3).
Tendo em vista a dispersão dos valores dos índices esclerométricos para cada
corpo de prova, optou-se por realizar também a correlação, para cada um dos teores de CAP,
com os valores médios do volume de vazios, que comparada com os valores individuais, a
representação Q x VV (Figura 9) trouxe uma excelente correlação com coeficiente
determinação igual a 90% e ponto máximo da função quadrática para VV igual a 4,0%, dentro
da especificação do DNIT ES 031 (2006).
Figura 9 - Função de ajuste para o índice esclerométrico médio.
CONCLUSÕES
Os resultados dessa pesquisa permitiram concluir que:
- A variação do volume de vazios decorrente do teor de asfalto na mistura,
produziu comportamentos similares para os ensaios de velocidade de propagação do pulso
ultrassônico (na frequência de 45 kHz e nas duas direções de propagação de ondas) e de
esclerometria, para as regressões representadas por funções quadráticas, as velocidades de
ondas nas direções longitudinal e diametral alcançaram os pontos de máximos para os
volumes de vazios iguais a 3,9% e 3,6%, respectivamente. No entanto, para essa frequência
(45 kHz) os resultados foram afetados pelo comprimento de onda e os valores obtidos podem
ser utilizados como análises comparativas, não sendo as velocidades reais do material, para as
quais são necessários transdutores de frequências mais elevadas, ou ainda trabalhar com peças
de dimensões maiores do que as empregadas nesta pesquisa, o que melhor retrata os
pavimentos aplicados in situ.
69
- O ponto de máximo para o volume de vazios correspondente a regressão
quadrática dos resultados da esclerometria, foi igual a VV = 4,2% para uma porcentagem de
vazios médio no teor ótimo igual a VV = 4,4%, resultante do projeto de teor de CAP
empregado na dosagem. Na correlação com os valores médios do volume de vazios, o ponto
máximo da função foi VV = 4,0%.
- Os pontos de máximos das funções para os ensaios de ultrassonografia na
frequência de 45 kHz e esclerometria ficaram enquadrados na faixa para pavimento de
rodovias de tráfego pesado, mostrando haver a possibilidade dos métodos END serem
empregados para enquadramento de faixas estabelecidas por normas de pavimentação.
- A frequência de 80 kHz na direção longitudinal de medição, mostrou-se mais
confiável quanto às medições de VPU para a correlação VL x VV, com R2 igual a 84%, R
igual a 0,91 e P-valor igual a 0,0000, indicando que a regressão foi estatisticamente
significativa, para a qual, por consequência do aumento do teor de asfalto, a redução do
volume de vazios fez aumentar a velocidade ultrassônica. Nessa frequência foi possível prever
a porcentagem de vazios na mistura com a técnica de ultrassom.
Face ao exposto, os ensaios de ultrassonografia e de esclerometria mostram
potencial para serem empregados em pavimentação para caracterizar o comportamento do
volume de vazios em misturas asfálticas convencionais. No entanto, para ultrassonografia,
tendo em vista os resultados obtidos pela frequência de 45 kHz, que apontaram uma possível
tendência para aplicação em misturas asfálticas, é sugerida a realização dos ensaios em peças
com dimensões maiores. Sugere-se ainda, que sejam pesquisados os efeitos de outras
variáveis, tais como o tipo de ligante, a granulometria dos agregados, a energia e método de
compactação, de forma que essas outras variáveis sejam englobadas nos modelos de
regressão.
AGRADECIMENTOS
Os autores gostariam de agradecer o apoio à Egis engenharia pelo apoio nos
ensaios de laboratório e à Proceq SAO Equipamentos de Medição Ltda. pelo empréstimo do
equipamento esclerômetro de baixa energia.
70
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73
4 DISCUSSÃO GERAL
Neste trabalho são apresentados estudos sobre os métodos não destrutivos de
velocidade de propagação do pulso ultrassônico (VPU) e de esclerometria aplicados a uma
mistura de concreto asfáltico convencional, resultados de um programa experimental que
possibilitou elaborar dois artigos que foram submetidos a periódicos qualificados na área de
Ciências Agrárias e que compõem esta Tese.
Considerando os dois artigos redigidos, foram verificadas as possibilidades de
utilização de ambos os métodos END a fim de caracterizar com seus resultados o
comportamento da mistura, quanto aos parâmetros do teor de asfalto, do volume de vazios e
do módulo de resiliência.
4.1 Comportamento da variação do teor de asfalto e do módulo de resiliência
avaliados pela velocidade de propagação do pulso ultrassônico e esclerometria
Esta etapa da pesquisa foi realizada com a moldagem de 12 corpos de prova de
concreto asfáltico convencional, com teor ótimo de CAP da mistura obtido
experimentalmente igual a 4,8%, sendo 03 unidades para cada um dos teores de CAP (4,0%,
4,8%, 5,6% e 6,6%).
As velocidades de propagação do pulso ultrassônico com transdutores de ondas
longitudinais nas direções longitudinal e diametral, ambos com frequência de 500 kHz (VL500
e VD500), foram crescentes entre os teores de 4,0% e 4,8%, com as maiores velocidades
incidindo nos corpos de prova dosados com o teor ótimo de asfalto (4,8%). A partir do teor
ótimo os valores das VPU foram decrescentes, mostrando que nas duas direções de medições,
o comportamento foi semelhante.
Os valores adimensionais dos índices esclerométricos seguiram o mesmo
comportamento com o maior valor de Q (35,1) obtido para o grupo de corpos de prova
moldados com 4,8% de CAP. O menor valor de Q (31,4), registrando menor retorno da força
ao impacto, para os corpos de prova no teor de 4,0% de CAP, caracterizando neste teor,
mistura mais dura, com menos coesão entre os agregados, quebradiça e sujeita a ruptura.
Da mesma forma, os valores médios dos módulos de elasticidade calculados pela
VPU, para as duas frequências (1000 kHz e 500 kHz) e na direção longitudinal (direção da
compactação dos corpos de prova) foram crescentes entre os teores de 4,0% e 4,8% de CAP,
com o maior módulo de elasticidade registrado para o teor ótimo de asfalto (4,8%), seguidos
de valores decrescentes com aumento no teor de asfalto.
74
Os comportamentos foram semelhantes entre ambos os métodos de END,
apresentando coerência dos resultados, onde o divisor dos grupos foi registrado para o teor
correspondente ao ponto ótimo de asfalto (4,8%), bem como maiores VPU (na frequência de
500 kHz), maiores índices esclerométricos e maiores módulos de elasticidade (na direção
longitudinal de medição).
Dessa forma, os END realizados nesta pesquisa contribuíram para caracterização
do comportamento da mistura asfáltica convencional possibilitando a identificação do ponto
ótimo de asfalto, fator preponderante para um projeto de mistura asfáltica, bem como valores
ideais para módulos de elasticidade obtidos pela VPU, adequados para se trabalhar,
garantindo maior estabilidade, durabilidade e vida útil da mistura.
Para a frequência de 1000 kHz, na direção longitudinal (VL1000) não foi possível
distinguir estatisticamente grupos para as velocidades de propagação de ondas. No entanto,
numericamente as velocidades resultaram em valores decrescentes com o aumento de asfalto
na mistura. Na direção diametral (VD1000) houve variações das velocidades, não possibilitando
diferenciar estatisticamente o teor de 4,0% do 5,6% de CAP e o teor de 4,8% do 6,6% de
CAP, apresentando sensibilidade do transdutor nessa direção e com essa frequência. Outro
fato relevante foi registrado no teor ótimo, em que os valores médios da VPU, para as duas
frequências, foram iguais na direção longitudinal de medição e muito próximas na direção
diametral (VL1000 = VL500 = 3747 m.s-1 e VD1000 = 3989 m.s-1 e VD500 = 3919 m.s-1).
Considerando as correlações obtidas neste estudo, novamente a direção
longitudinal de medição registrou melhores resultados das regressões entre os ensaios. O
aumento no teor de asfalto na mistura proporcionou módulos de elasticidade obtidos pela
VPU na direção longitudinal (para as duas frequências) e índices esclerométricos crescentes
até os teores entre 4,8% (ponto de ótimo) e 5,6% de CAP, respectivamente, seguidos de
valores decrescentes e, com valores máximos de EL e Q no ponto ótimo de asfalto (4,8%).
Foram registrados também maiores valores de VL e VD na frequência de 500 kHz para o teor
ótimo, corroborando com o estudo de Khalili e Karakouzian (2015) que afirmam que a
velocidade do pulso ultrassônico tem relação direta com o módulo de elasticidade. Esse
comportamento da VL, EL e Q com valores máximos registrados no ponto ótimo de asfalto,
podem ser atribuídos a uma melhor coesão entre os agregados e o asfalto, tornando a mistura
resistente e com trabalhabilidade ideal.
De acordo com Teixeira et al. (2015), misturas mais granulares e grosseiras em
sua composição tendem a apresentar comportamento do módulo de elasticidade decrescente.
Neste estudo, a mistura com menor teor de asfalto (4,0% de CAP) e por consequência mais
75
granular, apresentou menor valor de EL e tendência de redução do módulo de elasticidade
com a diminuição de CAP, principalmente na direção diametral de medição. Comportamento
similar também foi observado por Teixeira et al. (2015) na análise de solos com incorporação
de areia descartada de fundição, tendo por base os efeitos da granulometria e da umidade na
VPU e na resistência à compressão simples. Os autores concluíram que devido o aumento da
porcentagem de areia descartada de fundição na mistura do solo, ocorreu diminuição da
resistência à compressão simples do solo e da VPU, o que se explica pela redução da força de
coesão em função da maior granulação da mistura.
Para representar EL x %CAP o modelo de ajuste na frequência de 1000 kHz,
apresentou coeficiente de correlação R igual a 0,91 e coeficiente de determinação R2 igual a
82% e, na frequência de 500 kHz, um coeficiente de correlação igual a 0,86 e coeficiente de
determinação igual a 75%.
O comportamento do módulo de resiliência por ensaios não destrutivos pode ser
observado pelas correlações VUS x MR e EUS x MR, em que o decréscimo no módulo de
resiliência gerou, para a direção longitudinal de medição, aumento da VPU, na frequência de
500 kHz, e do módulo de elasticidade longitudinal obtido por ultrassom (para as duas
frequências), até o teor de 4,8% de CAP e decrescente em seguida, sendo registrados os
maiores valores, no teor ótimo de asfalto, caracterizando bom comportamento elástico da
mistura, devido ao melhor arranjo na composição dos materiais.
Situação similar ocorreu na pesquisa de Elhafeez et al. (2014) que estudaram a
VPU em duas misturas, uma de graduação densa, constituída por um esqueleto mineral com
menos vazios, onde o teor de asfalto envolveu toda a estrutura dos agregados e outra de matriz
pétrea asfáltica com elevada porcentagem de agregado graúdo e menos densa. Os autores
observaram maior VPU para a mistura mais sólida, densa, onde o asfalto proporcionou boa
coesão entre as partículas, pois a existência de vazios na mistura, reduz a velocidade de
propagação da onda.
A equação ajustada para VL500 x MR gerou um valor máximo da função para o
módulo de resiliência, igual a 4362 MPa e velocidade igual a 3833 m.s-1. As equações
ajustadas para EL1000 x MR e EL500 x MR geraram valores muito próximos de máximo das
funções para módulos de elasticidade iguais a 26830 MPa e 25175 MPa nas frequências de
1000 kHz e 500 kHz, respectivamente e, módulos de resiliência iguais a 3920 MPa e 3966
MPa nas frequências de 1000 kHz e 500 kHz, respectivamente, com boa correlação entre os
parâmetros analisados.
76
Assim, com a utilização de um Ensaio Não Destrutivo de simples execução,
rápido na aquisição de dados e eficaz, é possível caracterizar o comportamento do módulo de
resiliência, fator preponderante na avaliação de misturas asfálticas quanto ao comportamento
mecânico, garantindo maior resistência à deformação permanente e a vida de fadiga da
mistura.
4.2 Influência do volume de vazios avaliados pela velocidade de propagação do
pulso ultrassônico e esclerometria
Para esta etapa da pesquisa foram moldados 100 corpos de prova com a finalidade
de obter volumes de vazios distintos. Os quatro teores de asfalto empregados na mistura
geraram grupos distintos estatisticamente para os volumes de vazios e decrescentes conforme
o aumento de CAP, sendo: VV= 6,5% (4,0% CAP); VV= 4,4% (4,8% CAP); VV= 2,9%
(5,6% CAP) e VV= 1,2% (6,6% CAP).
Tanto nos ensaios de velocidade de propagação do pulso ultrassônico com
transdutores de frequência 45 kHz, para as duas direções de medição, como nos ensaios de
esclerometria, os resultados de ambos os ensaios, em função do teor de asfalto e do volume de
vazios, apresentaram comportamento de uma parábola de concavidade voltada para baixo.
Pelas regressões obtidas, as velocidades de propagação de ondas foram crescentes
com a redução do volume de vazios até os valores compreendidos entre 4,4% de VV e 2,9%
de VV que correspondem aos teores de CAP de 4,8% e 5,6%, respectivamente. Na frequência
de 80 kHz, as velocidades da onda foram numericamente crescentes, sendo consideradas
estatisticamente iguais entre si para os teores intermediários de volume de vazios (VV = 4,4%
e VV = 2,9%) na direção longitudinal de medição e velocidades estatisticamente iguais entre
si para os teores de volume de vazios de VV = 6,5%, VV = 4,4% e VV = 2,9% na direção
diametral.
Devido às pequenas dimensões dos corpos de prova moldados no padrão
Marshall, as velocidades e propagação do pulso ultrassônico, principalmente na direção
longitudinal de medição (altura do CP) com frequência de 45 kHz, foram afetadas pelo
comprimento do percurso ser menor que o comprimento de onda.
Esse fato pode ser entendido considerando-se a média das dimensões do
comprimento (L) e diâmetro (D) para os 100 corpos de prova ensaiados e a média das
velocidades de ondas consideradas reais obtidas com transdutores de 1000 kHz e 500 kHz,
nas duas direções de medição, onde se observa que o comprimento de onda na direção
77
longitudinal e na frequência de 45 kHz (45 = 81,4 mm), não comporta uma onda completa
(relação L/ = 0,8), afetando, assim, os valores de velocidade (Tabela 1). Para a frequência de
80 kHz nesta mesma direção e para as duas frequências (45 kHz e 80 kHz) na direção
diametral, o baixo valor do comprimento de onda, não permitiu cumprir as bases teóricas de
propagação em meios infinitos.
É nesse contexto, compreendendo-se que as velocidades foram afetadas pelo
comprimento do percurso da onda, que os valores obtidos, serviram para efeito de
comparação entre os transdutores, expressando apenas a tendência do comportamento da
propagação de ondas em função dos volumes de vazios.
Tabela 3 - Relação entre o comprimento médio dos corpos de prova e a frequência (L/).
Dir. Longitudinal Dir. Diametral
L=61,8mm L=101,4mm
VL1000 (m.s-1) VL500 (m.s-1) VD1000 (m.s-1) VD500 (m.s-1)
3565 3763 3722 3677
(mm) (mm) (mm) (mm)
81,4 45,8 82,2 46,2
L/ L/ L/ L/
0,8 1,4 1,2 2,2
A diferença no comportamento da VPU com a variação no volume de vazios para
as frequências de 45 kHz e 80 kHz pode ser justificada não somente pela complexidade do
material, o que, por sua vez, dificulta o Ensaio Não Destrutivo, como também pela teoria
elementar dos meios finitos, onde os fenômenos de reflexão e refração afetam a propagação
do pulso ultrassônico e, portanto, passando o meio a ser dispersivo.
Nas correlações entre o volume de vazios e os END, tanto para a velocidade de
propagação do pulso ultrassônico, na frequência 45 kHz e para as duas direções de medição,
quanto para os índices esclerométricos, o comportamento foi de regressão quadrática com
concavidade voltada para baixo. Tal comportamento se deve ao fato de nos corpos de prova
com menor teor de asfalto (4,0% de CAP) haver menor lubrificação dos grãos, tornando a
mistura menos coesa, contribuindo para atenuações na VPU, e por sua vez, pela textura áspera
e irregularidades existentes na superfície dos corpos de prova, resultaram em menores valores
de energia de impacto. De acordo com Chaix et al. (2006), o aumento do volume de vazios
gera mais atenuação no material e, com isso, a VPU é prejudicada.
78
Para o grupo de corpos de prova com excesso de asfalto (6,6% de CAP), a mistura
favoreceu a dispersão do material fino no asfalto, ocorrendo instabilidade e exsudação da
mistura, tornando o comportamento mais flexível e, consequentemente, redução na VPU e
menor energia restituída ao esclerômetro.
Os máximos das funções correspondem aos volumes de vazios de 3,9% e 3,6%,
para as direções longitudinal e diametral, respectivamente. Esses valores estão enquadrados
na faixa estabelecida pelo Departamento Nacional de Infraestrutura de Transportes - DNIT ES
031 (2006). A VPU mostrou que entre os volumes de vazios de 4,4% e 2,9%, os vazios foram
bem preenchidos pelo asfalto, havendo melhor coesão na mistura e satisfazendo os requisitos
estipulados pelo DNIT ES 031 (2006).
Para a frequência de 80 kHz, o comportamento das VPU foi crescente com a
diminuição do volume de vazios, principalmente na direção longitudinal de medição, com
tendência demonstrada pelo ensaio, ocorrendo redução da velocidade com o aumento da
porcentagem de vazios na mistura. Para Punurai et al. (2006), a velocidade de propagação do
pulso ultrassônico é inversamente proporcional ao volume de vazios em misturas de
asfálticas. Portanto, foi nesta frequência que se obteve melhor resposta do comportamento do
volume de vazios com a VPU.
Tal fato foi observado também por Lafhaj et al. (2006), que pesquisaram a
velocidade de propagação do pulso ultrassônico em compósitos cimentícios, variando a
relação água/cimento de 0,3 a 0,6 nas misturas de argamassas, o que implicou no aumento da
VPU com a diminuição da porosidade e da permeabilidade, o que se deve a menor presença
de vazios (de ar ou água) em sua microestrutura. Para Panzera et al. (2011), a presença de
vazios (ar ou água) diminui o contato entre os poros e, consequentemente, faz reduzir a
velocidade do pulso ultrassônico.
Todos os modelos de regressão geraram P-valor igual a 0,0000 indicando
regressões significativas, com maior coeficiente de determinação (R2) igual 84% e de
correlação (R) igual a 0,91 para a direção longitudinal de medição e na frequência de 80 kHz.
Dessa forma, os valores obtidos nessa pesquisa foram coerentes, visto que a VPU
diminuiu com a redução no teor de CAP. O aumento da velocidade observado com o aumento
no teor de CAP pode ser traduzido em ganhos, indicando ser um meio mais coeso e com
menos vazios. Este comportamento corrobora com Jiang et al. (2006) que afirmam que
amostras bem compactadas, coesa e com boa ligação entre os agregados e o asfalto, torna o
meio mais contínuo e ocorrendo menos atenuação da onda.
79
Com relação à esclerometria, a correlação Q x VV resultou também num modelo
de regressão estatisticamente significativo, onde o ponto de máximo da função quadrática foi
registrado entre os volumes de vazios de 4,4% e 2,9% (VV = 4,15%; Q = 33,3), também
dentro da faixa preconizada pela norma DNIT ES 031 (2006), e ainda, muito semelhante ao
valor do índice esclerométrico para o volume de vazios de 4,4% (Qmédio = 33,1), cujo valor
corresponde ao teor ótimo de CAP (4,8%). Foi constatado para os pontos extremos de
porcentagem do volume de vazios, VV=6,5% e VV=1,2% (4,0% de CAP e 6,6% de CAP,
respectivamente), que os índices esclerométricos apresentaram menores valores. Este fato
pode ser justificado, por um lado, onde o aumento de vazios entre os agregados tornou a
mistura menos coesa, com superfície irregular e com agregados expostos, o que segundo Jain
et al. (2013) pode prejudicar a leitura dos impactos esclerométricos. E, por outro lado, o
excesso de asfalto fez reduzir o volume de vazios e tornou a mistura mais deformável.
Portanto, em ambas às situações, ocorreu uma menor restituição da energia pelo esclerômetro.
Por fim, analisando o comportamento dos impactos esclerométricos, as respostas do ensaio
serviram não somente para caracterizar o comportamento da mistura asfáltica, como também,
indicativo da faixa de volume de vazios preconizada pelo DNIT ES 031 (2006), que deve ser
adotada num projeto de mistura asfáltica.
Vale ressaltar que o grupo de corpos de prova dosados com excesso de asfalto
(6,6% de CAP), cujo teor é aproximadamente 40% superior ao teor ótimo de CAP e que na
prática corresponde a uma situação de difícil ocorrência, esta porcentagem de asfalto
influenciou fortemente as correlações obtidas neste estudo. Portanto, para novas análises a
exclusão de amostragens com teores muito acima do ótimo, poderão produzir melhores
correlações, refletindo as situações mais comuns dos revestimentos asfálticos aplicados nas
estradas.
De acordo com a Réunion Internationale des Laboratoires et Experts des
Matériaux - RILEM (1993) apud Jain et al. (2013), quando o material apresenta variação no
comportamento de suas propriedades físicas e mecânicas e estas afetam os resultados dos
END, a utilização de métodos combinados é recomendável.
Para HUANG et al. (2011), a combinação dos END como o esclerômetro e a VPU
tem a vantagem do primeiro método revelar informações da resistência superficial do material
enquanto o segundo método, informações da parte interna do material, levando a resultados
mais precisos e confiáveis.
Tendo em vista aplicabilidade dos modelos de regressões discutidos nesta
pesquisa, em atividades práticas de campo (“in situ”), como por exemplo, no controle
80
tecnológico, os resultados despertam para futuros estudos de modelos para a estimativa do
teor ótimo de asfalto, do módulo de resiliência e do volume de vazios das misturas asfálticas
convencionais, ou até mesmo modificadas. Acrescenta-se ainda a importância de estudos que
verifique o efeito da variação da temperatura na variabilidade dos resultados desses métodos
END.
Foi verificado nesta pesquisa, a importância de se trabalhar com mais de um
END. Muitas variáveis influenciam no comportamento das misturas asfálticas e nas respostas
dos END, não sendo tarefa fácil obter uma relação simples de estimativa do teor de asfalto, do
módulo de elasticidade e do volume de vazios, que leve em conta todos os aspectos de uma
mistura. Portanto, ainda que os métodos de Ensaios Não Destrutivos não substituam os
ensaios tradicionais, poderão contribuir de forma complementar na avaliação de revestimentos
asfálticos.
81
5 CONCLUSÃO GERAL
O desenvolvimento desta pesquisa experimental fundamentada na hipótese de que
os métodos da velocidade de propagação do pulso ultrassônico e da esclerometria possam ser
empregados na caracterização do comportamento de propriedades do concreto asfáltico,
permitiu concluir, que:
- As velocidades de propagação do pulso ultrassônico na frequência de 500 kHz
(nas duas direções de medição), o módulo de elasticidade obtido por VPU na direção
longitudinal (EL) e os impactos esclerométricos mostraram resultados semelhantes, com os
maiores valores desses parâmetros registrados para o teor ótimo de 4,8% de CAP. Dessa
similitude, os pontos de inflexão (de máximo) das funções ajustadas para tais parâmetros
registram valores próximos ao teor ótimo de CAP (entre os teores de 4,8% e 5,6%),
mostrando a representação do modelo para caracterização da mistura asfáltica, inclusive com
o indicativo do ponto ótimo de asfalto.
- Os coeficientes de determinação para regressões entre Q x MR e EL x MR, com
seus valores superiores à 76% mostraram ser possível correlacionar os resultados do módulo
de resiliência (MR) com os resultados dos Ensaios Não Destrutivos de esclerometria e de
VPU, na direção longitudinal, tanto na frequência de 1000 kHz quanto na frequência de 500
kHz.
- As velocidade de propagação do pulso ultrassônico na frequência de 45 kHz e os
impactos esclerométricos demonstraram tendência crescente até valores intermediários de
volume de vazios (4,4% e 2,9%), cujos valores correspondem aos teores entre 4,8% (ótimo da
mistura) e 5,6% de CAP, seguido do decréscimo e dentro da faixa padronizada no Brasil. Para
a VPU com a frequência de 80 kHz registrou-se comportamento diferente, sendo a velocidade
da onda decrescente com o aumento de VV, o que caracteriza para baixos teores de CAP,
mistura menos coesa. O modelo de regressão para representar o comportamento VL80 x VV,
apresentou R2 igual a 84% possibilitando com transdutores de 80 kHz de frequência,
identificar e caracterizar a variação do volume de vazios por meio de um ensaio não
destrutivo.
- Os transdutores com frequências de 45 kHz e de 500 kHz registraram
comportamentos semelhantes das velocidades de propagação do pulso ultrassônico em ambas
as direções, representados por parábolas com concavidades voltadas para baixo, com valores
crescentes até teores entre 4,8% e 5,6% de CAP (para 45 kHz) e teores de 4,0% e 4,8% (para
500 kHz), seguido do decréscimo. Entretanto, como as VPUs na frequência de 45 kHz
82
mostraram-se afetadas pela relação entre o comprimento do corpo de prova e o comprimento
de onda utilizado, seus registros serviram para comparativo entre os transdutores, expressando
apenas a tendência do comportamento VPU em função dos volumes de vazios.
Por fim, os Ensaios Não Destrutivos de velocidade de propagação do pulso
ultrassônico (nas frequências de 80 kHz e 500 kHz) e esclerometria, mostraram-se viáveis
como métodos para caracterização do comportamento das misturas asfálticas, quanto a
porcentagem de asfalto, ao volume de vazios e ao módulo de resiliência do concreto asfáltico
convencional. Porém, devido grande variabilidade nas propriedades da mistura, sugere-se que
sejam pesquisados os efeitos de outras variáveis, tais como a temperatura, o tipo de ligante,
incorporação de aditivos ou materiais reciclados, granulometria dos agregados, diferentes
energias e métodos de compactação, não somente para ampliar o banco de dados, como
prover de outros resultados, para que tais variáveis possam estar presentes nas condições de
reais de campo.
83
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88
APÊNDICES
89
APÊNDICE 1 - Características dos materiais
90
Figura A1.1 - Granulometria dos agregados
Tabela A1.1 - Densidades da mistura de agregados
Material Real
(kg.m-3)
Aparente
(kg.m-3)
Efetiva
(kg.m-3)
Mistura
(%)
Brita 1 2675 2649 2662 27,0
Pedrisco 2670 2645 2658 23,0
Pó de Pedra 2680 - 2680 47,0
Cal (CH-I) - - 2540 3,0
Tabela A1.2 - Característica do Cimento Asfáltico de Petróleo (CAP 50/70)
Densidade (kg.m-³) 1019
Penetração (0,1 mm) 61
Ponto de amolecimento (ºC) 55
Ponto de fulgor (°C) 315
Tabela A1.3 - Temperatura dos Materiais para Moldagem (ºC)
Mistura na moldagem 150oC
Agregados 170oC
CAP 155oC
91
Tabela A1.4 - Distribuição Granulométrica
Peneiras Mistura Faixa de trabalho
(mm) (pol./nº) (%) (%)
25,00 1" 100,0 100 - 100
19,10 3/4" 100,0 100 - 100
12,70 1/2" 92,5 80 - 100
9,52 3/8" 78,3 70 - 90
4,80 nº 4 58,6 44 - 72
2,00 nº 10 39,9 22 - 50
0,42 nº 40 20,9 8 - 26
0,175 nº 80 13,4 4 - 16
0,075 nº 200 8,4 2 - 10
Figura A1.2 - Características Marshall da mistura
92
APÊNDICE 2 - Resultados dos ensaios
93
Tabela A2.1 - Densidades dos 12 corpos de prova que compuseram o artigo 1
Tabela A2.2 - Velocidades longitudinais de propagação de ondas de ultrassom com transdutores
de frequência 1000 kHz e 500 kHz nas direções longitudinal e diametral de medição.
CP
No. 4,0% CAP 4,8% CAP 5,6% CAP 6,6% CAP
1 2316 2363 2386 2391
2 2318 2365 2373 2376
3 2333 2372 2349 2386
média 2322 2366 2369 2384
Densidade (kg.m-3
)
VL1000 VL500 VD1000 VD500
(m.s-1) (m.s
-1) (m.s-1) (m.s
-1)
3703 3225 3465 3424
4,0 4072 3406 3610 3493
3971 3301 3543 3411
3680 3769 3839 3820
4,8 3776 3758 4059 3969
3786 3714 4070 3967
3721 3730 3343 3738
5,6 3756 3615 3464 3864
3630 3678 3465 3729
3704 3548 3848 3824
6,6 3761 3581 3693 3708
3601 3457 3729 3716
Direção DiametralDireção LongitudinalCAP
(%)
94
Tabela A2.3 - Módulos de Elasticidade longitudinais (EL) obcaltidos por ultrassom com
transdutores de frequência 1000 kHz e 500 kHz nas direções longitudinal e diametral de
medição e de Resiliência (MR).
EL1000 EL500 ED1000 ED500
16518 17990 21942 20367 6246
4,0 18401 19088 23712 22079 6257
17736 17998 22776 20999 6398
26394 24799 23681 23610 4889
4,8 25450 24154 21564 21988 4962
27247 24615 25781 22086 5293
26214 24962 24973 26707 3808
5,6 24704 23021 25713 26579 3530
24524 23143 25481 25431 4093
24395 21099 26193 25396 2377
6,6 24784 24851 25083 25009 2368
23126 23351 29178 24300 2680
MR
(MPa)
CAP
(%)
Direção Longitudinal Direção Diametral
ED (MPa)EL (MPa)
95
Tabela A2.4 - Parâmetros das misturas asfálticas (4,0% CAP)
96
Tabela A2.5 - Parâmetros das misturas asfálticas (4,8% CAP)
97
Tabela A2.6 - Parâmetros das misturas asfálticas (5,6% CAP)
CP Massa ao Ar Massa Imersa VolumeMassa Específica Aparente Volume de Vazios
No. (g) (g) (cm3) (g.cm
-3) (%)
1 1161,2 675,5 485,7 2,391 2,2
2 1162,1 673,0 489,1 2,376 2,8
3 1176,4 680,1 496,3 2,370 3,0
4 1165,1 676,6 488,5 2,385 2,4
5 1173,7 676,8 496,9 2,362 3,4
6 1165,9 676,2 489,7 2,381 2,6
7 1171,1 678,7 492,4 2,378 2,7
8 1164,6 674,3 490,3 2,375 2,8
9 1166,0 673,1 492,9 2,366 3,2
10 1168,8 679,0 489,8 2,386 2,4
11 1164,4 673,8 490,6 2,373 2,9
12 1166,7 674,2 492,5 2,369 3,1
13 1166,1 675,5 490,6 2,377 2,8
14 1168,3 675,9 492,4 2,373 2,9
15 1152,4 666,2 486,2 2,370 3,0
16 1166,6 670,0 496,6 2,349 3,9
17 1151,9 664,4 487,5 2,363 3,3
18 1174,2 682,3 491,9 2,387 2,4
19 1175,2 682,0 493,2 2,383 2,5
20 1164,2 674,1 490,1 2,375 2,8
21 1168,1 675,0 493,1 2,369 3,1
22 1171,9 678,2 493,7 2,374 2,9
23 1161,3 675,4 485,9 2,390 2,2
24 1162,9 673,1 489,8 2,374 2,9
25 1165,4 673,3 492,1 2,368 3,1
98
Tabela A2.7 - Parâmetros das misturas asfálticas (6,6% CAP)
CP Massa ao Ar Massa Imersa Volume Massa Específica Aparente Volume de Vazios
No. (g) (g) (cm3) (g.cm
-3) (%)
1 1142,4 664,6 477,8 2,391 0,7
2 1150,2 666,1 484,1 2,376 1,4
3 1160,9 669,5 491,4 2,362 1,9
4 1161,9 667,0 494,9 2,348 2,5
5 1154,9 670,7 484,2 2,385 1,0
6 1154,6 667,4 487,2 2,370 1,6
7 1161,4 669,2 492,2 2,360 2,1
8 1154,7 668,9 485,8 2,377 1,3
9 1162,9 670,2 492,7 2,360 2,0
10 1158,4 674,3 484,1 2,393 0,7
11 1164,6 676,6 488,0 2,386 0,9
12 1155,2 672,1 483,1 2,391 0,7
13 1162,2 675,1 487,1 2,386 1,0
14 1144,8 664,3 480,5 2,383 1,1
15 1162,3 674,2 488,1 2,381 1,2
16 1146,8 666,1 480,7 2,386 1,0
17 1152,5 669,3 483,2 2,385 1,0
18 1153,7 670,6 483,1 2,388 0,9
19 1153,5 671,0 482,5 2,391 0,8
20 1162,7 676,1 486,6 2,389 0,8
99
Tabela A2.8 - Velocidade de propagação do pulso ultrassônico com transdutores de frequência
45 kHz na direção longitudinal de medição.
CP
No.
4,0% CAP 4,8% CAP 5,6% CAP 6,6% CAP
1 3786 4541 4728 3541
2 3798 5425 5790 3605
3 3422 5225 5203 3602
4 3548 5132 5418 3841
5 3472 5016 4944 3258
6 3376 5775 4944 3524
7 3297 5421 5780 3717
8 3571 6035 5982 3606
9 3388 5743 5951 3307
10 3600 5627 5386 3597
11 3374 5769 5944 3688
12 3323 5651 6059 3646
13 3398 5735 4543 3514
14 3499 5664 5530 3462
15 3488 5428 4648 3438
16 3584 4547 4605 3247
17 3493 4482 4889 3571
18 3478 4581 6033 3196
19 3732 4527 5265 3456
20 3453 4715 5294 3311
21 3349 4769 4905 -
22 3390 4479 4601 -
23 3250 4702 5523 -
24 3441 4578 5108 -
25 3362 4753 5738 -
26 3771 - - -
27 3863 - - -
28 3623 - - -
29 3553 - - -
30 3698 - - -
Direção Longitudinal
VL45 (m.s-1
)
100
Tabela A2.9 - Velocidades de propagação do pulso ultrassônico com transdutores de frequência
45 kHz na direção diametral de medição.
CP
No.
4,0% CAP 4,8% CAP 5,6% CAP 6,6% CAP
1 3463 4716 4183 3446
2 3634 4516 4375 3620
3 3304 4260 4678 3590
4 3455 4762 4769 3461
5 3333 4551 4540 3511
6 3398 4771 4654 3320
7 3273 3795 4782 3778
8 3497 4695 4712 3535
9 3359 4547 5048 3741
10 3377 4512 5302 3531
11 3352 4781 4865 3608
12 3301 4303 4748 3605
13 3454 4086 4928 3683
14 3359 4174 4826 3705
15 3339 4522 4648 3619
16 3319 4007 5038 3733
17 3380 4304 5154 3655
18 3371 3874 4388 3704
19 3627 4127 5293 3690
20 3404 4102 5382 3749
21 3359 4238 4968 -
22 3240 4220 5262 -
23 3266 4351 4941 -
24 3275 4035 5347 -
25 3239 4182 4355 -
26 3504 - - -
27 3355 - - -
28 3457 - - -
29 3482 - - -
30 3600 - - -
Direção Diametral (Transversal)
VD45 (m.s-1
)
101
Tabela A2.10 - Velocidade de propagação do pulso ultrassônico com transdutores de frequência
80 kHz na direção longitudinal de medição.
CP
No.
4,0% CAP 4,8% CAP 5,6% CAP 6,6% CAP
1 3128 3295 3281 3473
2 3058 3261 3217 3581
3 2877 3249 3186 3353
4 3177 3206 3205 3457
5 2963 3333 3185 3425
6 2937 3306 3283 3437
7 2936 3059 3271 3523
8 3111 3379 3265 3457
9 2972 3312 3212 3444
10 2958 3376 3249 3550
11 2849 3411 3256 3444
12 2851 3205 3365 3491
13 2972 3141 3403 3512
14 2982 3290 3336 3464
15 2905 3126 3310 3410
16 2953 3234 3259 3488
17 2958 3245 3319 3457
18 2953 3222 3437 3457
19 3019 3096 3312 3480
20 2889 3215 3215 3379
21 2972 3218 3280 -
22 2875 3252 3303 -
23 2882 3122 3290 -
24 2878 3164 3470 -
25 2835 3225 3203 -
26 3074 - - -
27 3194 - - -
28 3121 - - -
29 3064 - - -
30 3034 - - -
Direção Longitudinal
VL80 (m.s-1
)
102
Tabela A2.11 - Velocidade de propagação do pulso ultrassônico com transdutores de frequência
80 kHz na direção diametral de medição.
CP
No.
4,0% CAP 4,8% CAP 5,6% CAP 6,6% CAP
1 3168 3102 2808 3444
2 3204 3219 2936 3454
3 2813 3082 3141 3140
4 2814 3035 2866 3056
5 2915 3020 3079 2847
6 2849 3104 3273 2837
7 2906 3204 2917 2930
8 3110 2949 2745 3592
9 2986 3246 3047 3004
10 3093 3035 3019 3529
11 3121 3270 3249 3409
12 2752 3369 2827 3452
13 2970 3059 2959 3331
14 2956 2919 3436 2801
15 2914 3306 2703 3325
16 2851 3206 3303 3402
17 2908 3169 2948 3428
18 3010 3131 2732 3476
19 3000 3142 3048 3660
20 3067 3170 3118 3584
21 2859 3182 2954 -
22 3002 3027 3192 -
23 3036 2971 3104 -
24 3078 2873 3120 -
25 2899 3076 2992 -
26 3206 - - -
27 3158 - - -
28 3084 - - -
29 3034 - - -
30 3276 - - -
Direção Diametral (Transversal)
VD80 (m.s-1
)
103
Tabela A2.12 – Esclerometria (continua)
* Confecção do 2º corpo de prova devido a falha do equipamento no ensaio de compactação.
CAP (%) CP No. Q
4,0 1 28,3
2 31,5
3 25,9
4 29,5
5 27,0
6 27,5
7 32,9
8 27,3
9 28,7
10 30,2
11 27,5
12 26,2
13 31,6
14 26,7
15 28,6
16 26,6
17 29,1
18 28,8
19 26,0
20 29,7
21 25,4
22 26,2
23 28,8
23* 32,6
24 26,5
25 25,9
26 30,0
27 31,3
28 25,8
29 28,9
30 29,0
4,8 1 37,5
2 34,0
3 30,8
4 32,5
5 32,3
6 32,6
7 33,2
8 31,7
9 33,0
10 31,8
11 32,3
12 29,6
13 31,8
14 34,0
15 30,1
16 33,9
17 34,8
18 33,6
19 35,1
20 33,0
21 33,1
22 36,7
23 34,3
24 33,1
25 33,6
104
Tabela A2.12 – Esclerometria (conclusão)
* Confecção do 2º corpo de prova devido a falha do equipamento no ensaio de compactação.
CAP (%) CP No. Q
5,6 1 34,0
2 36,0
3 37,2
4 32,6
5 31,5
6 36,3
7 33,8
8 36,5
9 36,9
10 36,6
11 33,9
12 34,5
13 34,6
14 38,0
15 35,9
16 33,4
16* 29,3
17 36,5
18 35,4
19 36,1
20 33,8
21 33,7
22 35,4
23 35,0
24 33,8
25 32,5
6,6 1 27,8
1* 32,6
2 26,0
2* 33,2
3 27,2
4 23,1
5 27,0
6 24,4
7 23,6
8 27,8
9 23,1
10 29,9
11 27,3
12 22,7
13 23,0
13* 32,6
14 22,5
15 26,5
16 27,5
17 25,5
18 26,0
19 23,7
20 28,5
![[Apostila] Sensores e Transdutores](https://img.document.onl/doc/110x75/563db954550346aa9a9c440d/apostila-sensores-e-transdutores.jpg)
