dosagem de misturas asfÁlticas

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FACULDADE DE ENGENHARIAS ENGENHARIA CIVIL AULA DE LABORATÓRIO: DOSAGEM DE MISTURAS ASFÁLTICAS ENSAIOS DE MARSHAL AMARÍLIA DIAS ALVES ANDERSON SILVA MORAES FERNANDO FLORIANO CARDOSO JOCIMAR L. DA SILVA LUÍS ANTÔNIO RIBEIRO THIAGO CASTELLAN RIBEIRO 0

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AULA LABORATÓRIO

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Page 1: DOSAGEM DE MISTURAS ASFÁLTICAS

FACULDADE DE ENGENHARIAS

ENGENHARIA CIVIL

AULA DE LABORATÓRIO:

DOSAGEM DE MISTURAS ASFÁLTICAS

ENSAIOS DE MARSHAL

AMARÍLIA DIAS ALVES

ANDERSON SILVA MORAES

FERNANDO FLORIANO CARDOSO

JOCIMAR L. DA SILVA

LUÍS ANTÔNIO RIBEIRO

THIAGO CASTELLAN RIBEIRO

Cuiabá/MT

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Page 2: DOSAGEM DE MISTURAS ASFÁLTICAS

Julho/2014

UNIVERSIDADE DE CUIABÁ – UNIC

CURSO DE ENGENHARIA CIVIL

AULA DE LABORATÓRIO:

DOSAGEM DE MISTURAS ASFÁLTICAS

ENSAIOS DE MARSHAL

AMARÍLIA DIAS ALVES

ANDERSON SILVA MORAES

FERNANDO FLORIANO CARDOSO

JOCIMAR L. DA SILVA

LUÍS ANTÔNIO RIBEIRO

THIAGO CASTELLAN RIBEIRO

Relatório da Aula de Laboratório, da disciplinada

de Pavimentação, apresentado a professora

Camila Padilha, como requisito da nota parcial do

segundo bimestre.

Orientadora: Professor Msc. Camila Padilha

CUIABÁ/MT

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Page 3: DOSAGEM DE MISTURAS ASFÁLTICAS

11/07/2014

SUMÁRIO

1. INTRODUÇÃO...................................................................................................................03

1.1 OBJETIVO........................................................................................................................03

2. REFERENCIAL TEÓRICO..............................................................................................03

3. MATERIAIS E MÉTODOS...............................................................................................04

3.1 APARELHAGEM.........................................................................................................04

3.2 PREPARAÇÃO DE CORPOS-DE-PROVA...............................................................05

3.2.1 Temperatura de Mistura e de Compactação......................................................05

3.2.2 Preparação das Misturas......................................................................................06

3.3 COMPACTAÇÃO DOS CORPOS DE PROVA........................................................07

3.4 DETERMINAÇÃO DA ESTABILIDADE E DA FLUÊNCIA.................................08

4. RESULTADOS....................................................................................................................10

5. CONCLUSÃO.....................................................................................................................12

REFERÊNCIA BIBLIOGRÁFICA.......................................................................................13

ANEXO....................................................................................................................................14

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Page 4: DOSAGEM DE MISTURAS ASFÁLTICAS

1. INTRODUÇÃO

No dimensionamento de um pavimento, a busca para se obter materiais e modelos de

execuções para diminuir o custo são fatores determinantes para orientar o engenheiro para

melhor escolha. Desta forma, conhecer os materiais empregados na execução de um

revestimento é tão importante quanto, conhecer os materiais empregados na execução do

pavimento todo.

Para que conhecêssemos esses matérias e modo como empregá-los, houve uma aula no

laboratório da UNIC – Barão, no dia seis de Junho de dois mil e quatorze, das dezenove as

vinte e duas horas. Com a supervisão da professora Camila Padilha, foi procedido o passo a

passo do ensaio.

Para o relato dessa aula, segue os materiais teóricos, materiais e métodos, analise de

resultado e a conclusão a que se chegou o trabalho.

1.1 OBJETIVO

Este relatório tem por objetivo compreender a execução do ensaio do método Marshall

no qual se determina a fluência e a estabilidade do revestimento.

2. REFERENCIAL TEÓRICO

De acordo com os autores BERNUCCI et al., (2008):

É denominado método Marshall em referência ao engenheiro Bruce Marshall. Foi

criado na década de 1940 pelo Corpo de Engenheiros dos Estados Unidos (United States

Corps of Engineers – Usace), a partir de conceitos desenvolvidos pelo engenheiro Bruce

Marshall do Departamento de Estradas do Estado do Mississipi (Roberts et al., 1996). O

ensaio compõe um procedimento de dosagem para misturas asfálticas, que faz uso ainda de

parâmetros volumétricos da mistura.

O método de dosagem Marshall de misturas asfálticas (DNER-ME 043/95) ainda é o

mais utilizado no país. Foi concebido no decorrer da 2ª Guerra Mundial como um

procedimento para definir a proporção de agregado e ligante capaz de resistir às cargas de

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Page 5: DOSAGEM DE MISTURAS ASFÁLTICAS

roda e pressão de pneus das aeronaves militares. Originalmente a compactação Marshall

utilizava um esforço de 25 golpes com o soquete Proctor, seguido de aplicação de uma carga

estática de 5.000 libras (2.268kgf) durante dois minutos. A aplicação dessa carga tinha a

finalidade de nivelar a superfície do corpo-de-prova, visto que, como o soquete utilizado tinha

diâmetro menor que o corpo-de-prova, a superfície final não era totalmente plana.

A norma DNER-ME 43/95, que trata do método de dosagem Marshall, recomenda o

esforço de compactação de 50 golpes para pressão de pneu até 7kgf/cm2 e de 75 golpes para a

pressão de 7kgf/cm² a 14kgf/cm². Não há, na norma, nenhuma recomendação com relação à

frequência de aplicação dos golpes.

De acordo com a norma DNER-ME 043/95 define:

Estabilidade Marshall: resistência máxima à compressão radial, apresentada pelo

corpo-de-prova, quando moldado e ensaiado de acordo com o processo estabelecido neste

método, expressa em N (kgf).

Fluência Marshall: deformação total apresentada pelo corpo-de-prova, desde a

aplicação da carga inicial nula até a aplicação da carga máxima, expressa em décimos de

milímetro (centésimos de polegada).

3. MATERIAIS E MÉTODOS

Segue uma explicação passo-a-passo do método de determinação do teor ótimo de

ligante convencionalmente usado DNER-ME 043/95.

Para o ensaio realizado em laboratório no dia 06/06/2014, na UNIC Barão, foi

utilizada a Faixa C, para os dois traços definidos pela Professora, um corresponde a 4% de

Ligante e o outro 6% de Ligante.

3.1 APARELHAGEM

A aparelhagem necessária para a realização do Ensaio é a seguinte:

Prensa capaz de aplicar até 39,2kN (4000 kgf), equipada com um anel dinamométrico

com a capacidade de 22,2kN (2265 kgf);

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Page 6: DOSAGEM DE MISTURAS ASFÁLTICAS

Molde de compactação de aço, consistindo de anéis superior e inferior e de uma placa

base, a placa base e o anel superior devem encaixar-se perfeitamente nas extremidades

do anel;

Repartidores de amostra de 2,3 cm e de 2,5 cm de abertura;

Estufa capaz de manter temperaturas até 200 ºC, com variação de ± 2 ºC;

Balança com capacidade de 5 kg, com resolução de 1gr, capaz de permitir pesagem

hidrostática;

Extrator de corpo de prova, de aço em forma de disco;

Termômetro de vidro com proteção ou termômetro de haste metálica com mostrador

circular, graduado em 2 ºC, de (10 a 200) ºC, para medir temperaturas de agregado,

betume e mistura betuminosa;

Espátula de aço, com ponta arredondada;

Base de compactação. Instalada em nível, perfeitamente estável, livre de vibração ou

trepidação;

Soquete de compactação de aço, com 4540 g de massa e uma altura de queda livre de

45,72 cm. A face de compactação no pé do soquete é plana e circular;

Medidor de fluência, com graduações de 0,25 mm;

Paquímetro com exatidão de 0,1 mm;

Molde de compressão de aço.

Recipiente em aço estampado, cilíndrico, munido de asa lateral de material isolante

térmico e bico vertedor. Capacidade de ½ litro;

Luva de amianto, mão esquerda, com cinco dedos, com proteção de couro na face

externa da palma e dos dedos,

Parafina, pincel e papel de filtro de diâmetro de 101,6 mm;

Tacho de alumínio;

Fogão de mesa de duas bocas;

3.2 PREPARAÇÃO DE CORPOS-DE-PROVA

3.2.1 Temperatura de Mistura e de Compactação

a) A temperatura que o ligante deve ser aquecido, para ser misturado aos agregados, é aquela

na qual apresenta uma viscosidade de (170 ± 20) cSt ou (85 ± 10) sSF para cimento asfáltico

ou a viscosidade específica Engler de 25 ± 3 para alcatrão.

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Page 7: DOSAGEM DE MISTURAS ASFÁLTICAS

b) A temperatura de compactação da mistura é aquela na qual o ligante apresenta uma

viscosidade de (280 ± 30) cSt ou (140 ± 15) sSF para o cimento asfáltico, ou a viscosidade

específica Engler de 40 ± 3 para alcatrão.

3.2.2 Preparação das Misturas

A Metodologia para a Determinação do Teor Ótimo é a seguinte:

a) Foram preparados 2 (dois) corpos de prova de dosagem de mistura betuminosa, com 4% de

Ligante e o outro 6% de Ligante. Depois de conhecidas às porcentagens, em massa, em que os

agregados e o ligante betuminoso serão misturados, calcula-se a quantidade de cada um deles

para produzir um corpo de prova.

Adoção de teores de asfalto para os diferentes grupos de CPs (Corpo de Prova) a

serem moldados. Cada grupo deve ter no mínimo 3 CPs. Conforme a experiência do

projetista, para a granulometria selecionada, é sugerido um teor de asfalto (T, em %)

para o primeiro grupo de CPs. Os outros grupos terão teores de asfalto acima (T+0,5%

e T+1,0%) e abaixo (T-0,5% e T-1,0%).

b) Os agregados deveram ser secados até massa constante em estufa entre 105 a 110ºC e

separados nas seguintes frações:

I – 25 a 19 mm;

II – 19 a 9,5 mm;

III – 9,5 a 4,8 mm;

IV – 4,8 a 2,0 mm;

V – Passando na peneira de 2,0 mm.

c) Pesaram-se os agregados para um corpo de prova, de cada vez, em recipientes separados,

nas quantidades de cada fração obtida no item 3.2.2 (b), para que após a mistura com o ligante

produza corpo-de-prova com cerca de 1200gr e (63,5 ± 1,3) mm de altura. O mesmo

procedimento foi feito para os demais corpos de prova.

d) A seguir, devem ser colocados os recipientes em estufa para aquecê-los à temperatura de

aproximadamente 10ºC a 15ºC acima da temperatura de aquecimento do ligante estabelecida

pela curva viscosidade x temperatura, cuidando para não ultrapassar a temperatura de 177 ºC.

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Page 8: DOSAGEM DE MISTURAS ASFÁLTICAS

e) Misturaram-se os agregados de cada recipiente, e em cada um deles foi feito uma “cratera”

para receber o ligante que foi aí pesado. Devem ser atendidos os limites de temperatura de

mistura para o ligante e os agregados, descrito no item 3.2.1 (a) e 3.2.2 (d).

f) Efetuou-se a mistura rapidamente, de 2 a 3 minutos, até completa cobertura dos agregados,

para ser colocada no molde de compactação.

1. Adição de asfalto aos agregados

2. Homogeneização da mistura

3.3 COMPACTAÇÃO DOS CORPOS DE PROVA

A compactação dos corpos de prova seguiu os seguintes procedimentos:

a) O molde de compactação e a base do soquete foram limpos e devem ser aquecidos em

estufa a (90 a 150) ºC. Colocar o molde em posição no suporte de compactação e introduzir

nele uma folha de papel-filtro, cortado conforme a seção do molde. Colocar no molde a

mistura, de uma só vez em até 2 minutos. A mistura quente deve ser acomodada com 15

(quinze) golpes de espátula no interior e ao redor do molde e 10 (dez) no centro da massa; o

anel superior devorar ser retirado e com uma colher ligeiramente aquecida alisava-se

superficialmente a mistura.

A temperatura da mistura, imediatamente antes da compactação, deve estar nos limites

fixados no item 3.2.1 (b). A mistura deve ser recusada e a operação repetida se estiver

fora desses limites de temperatura. Não se admite reaquecimento da mistura.

b) Recolocar o anel superior e aplicar com o soquete determinado número de golpes sobre a

mistura, com altura de queda livre de 45,72 cm. Remover o anel superior e inverter o anel

inferior, aplicando uma leve força no soquete para a mistura atingir a placa-base e então

aplicado o mesmo número de golpes no corpo de prova invertido.

O número de golpes depende do volume de tráfego a qual o material ensaiado terá que

suportar. Para médios e baixos volumes de tráfego devem ser aplicados 50 (cinquenta) golpes

de cada lado do corpo de prova, e para um volume de tráfego pesado 75 (setenta e cinco)

golpes. Para o nosso ensaio foi aplicado 75 golpes.

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Page 9: DOSAGEM DE MISTURAS ASFÁLTICAS

c) Após a compactação, retirar o corpo de prova do anel inferior e cuidadosamente o colocava

numa superfície lisa e plana deixando-o em repouso durante, no mínimo 12 h, à temperatura

ambiente. Devem ser tomados cuidados no manuseio do corpo de prova para evitar fratura ou

deformação. Após resfriado o corpo de prova era extraído do molde com o auxílio de um

extrator. Então era feita a medida da altura do corpo de prova com o auxílio de um

paquímetro, a qual devia ser obtida em quatro posições diametralmente opostas, a altura do

corpo de prova deve ser de (63,5 ± 1,3) mm. Adota-se como altura o valor da média

aritmética das quatro leituras.

1. Colocação da mistura do molde

2. Compactação da mistura

3. Extração do corpo de prova do molde

4. Medidas das dimensões do corpo de prova

3.4 DETERMINAÇÃO DA ESTABILIDADE E DA FLUÊNCIA

Para obter os valores da estabilidade e fluência dos corpos de prova, segue os

seguintes passos:

a) Depois de extraídos do molde e feito a medida da altura, os corpos de prova devem ser

imersos em banho-maria a (60 ± 1) ºC por um período de 30 a 40 minutos. Como alternativa,

podiam ser colocados em estufa nas mesmas temperaturas pelo período de 2 (duas) horas.

b) Em seguida, cada corpo de prova deve ser colocado no molde de compressão, que deve

estar nas temperaturas de 21 a 38 ºC, convencionalmente limpo, e com os pinos-guias

lubrificados.

c) O molde de compressão, contendo o corpo de prova, é posicionado na prensa segundo a

geratriz e o medidor de fluência colocado e ajustado na posição de ensaio.

d) A prensa é operada de tal modo que seu êmbolo se eleve a uma velocidade de 5 cm por

minuto, até o rompimento do corpo de prova, o que é observado no defletômetro pela

indicação de um máximo. A leitura deste máximo será anotada e convertida em N (kgf), pelo

gráfico de calibração do anel dinamométrico.

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Page 10: DOSAGEM DE MISTURAS ASFÁLTICAS

e) A carga em N (kgf), necessária para produzir o rompimento do corpo de prova à

temperatura específica (item 3.4 (a)), é anotada como “estabilidade lida”. Este valor deverá

ser corrigido para a espessura do corpo de prova ensaiado, multiplicando-se o por um fator

que é função da espessura do corpo de prova, calculado através fórmula a seguir:

onde:

f – fator;

h – espessura do corpo de prova.

O resultado assim obtido é o valor da estabilidade Marshall.

Obs: O espaço de tempo entre a retirada do corpo de prova do banho e seu rompimento não

deve exceder 30 segundos.

f) O valor da fluência é obtido simultaneamente ao da estabilidade. Durante a aplicação da

carga, a luva-guia do medidor da fluência será firmada, com a mão, contra o topo do

segmento superior do molde de compressão, diretamente sobre um dos pinos-guia. A pressão

da mão sobre a luva do medidor de fluência deve ser relaxada, no momento em que se der o

rompimento do corpo de prova, ocasião em que será lido e anotado o valor da fluência.

A fluência pode também ser obtida pela substituição do medidor de fluência por um

defletômetro.

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Page 11: DOSAGEM DE MISTURAS ASFÁLTICAS

4. RESULTADOS

Fizemos duas misturas de dosagem, com 4% de Ligante e o outro 6% de Ligante.

Entretanto não foi possível obter resultado por que não concluímos os ensaios.

1 o . Traço – 4% de Ligante – Faixa “C”

Material % Quantidade

Brita 1 30 345,60 g

Pedrisco 25 288,00 g

Pó-de-Brita 25 230,40 g

Areia 20 288,00 g

Ligante Betuminoso (4%) - 48,00 g

Total 100 1.200 g

2 o . Traço – 4% de Ligante – Faixa “C”

Material % Quantidade

Brita 1 30 338,40 g

Pedrisco 25 282,00 g

Pó-de-Brita 25 225,60 g

Areia 20 282,00 g

Ligante Betuminoso (6%) - 72,00 g

Total 100 1.200 g

O ensaio Marshall com o traço 1 e 2 foi ate a moldagem e compactação do corpo de

prova. Como não demos andamentos do ensaio não foi possível determinar a estabilidade e a

fluência da mistura betuminosa, para chegarmos ao teor ótimo de ligante.

Entretendo o processo para estabelecer o resultado deve ser da seguinte forma:

a) A estabilidade foi obtida pela carga média, em N (kgf), de pelo menos três corpos de prova.

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Page 12: DOSAGEM DE MISTURAS ASFÁLTICAS

b) A fluência é a média dos valores obtidos em pelo menos três corpo de prova, expressa em

0,25mm.

c) Os resultados dos ensaios são então plotados em gráficos em relação à porcentagem de

asfalto na mistura (Figura 4.1). Através destes gráficos podemos escolher a melhor alternativa

para a mistura asfáltica, em relação ao teor ótimo de ligante, que nos possibilitará obter um

concreto asfáltico com o melhor desempenho estrutural.

Figura 4.1 - Exemplos de gráficos dos parâmetros obtidos no Ensaio Marshall

A partir destes gráficos e da especificação relativa à mistura que se está projetando,

defini-se o teor de projeto para o ligante. De maneira geral, a relação betume vazios e volume

de vazios é que definem o teor de ligante (vide Bernucci et al, 2008 Pavimentação Asfáltica).

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Page 13: DOSAGEM DE MISTURAS ASFÁLTICAS

5. CONCLUSÃO

Este relatório descreveu a execução do ensaio Marshall que fora ministrado na aula

experimental de misturas asfálticas da disciplina de pavimentação, sob a orientação da Profª

M.Sc. Camila Padilha, os resultados descritos foram obtidos no laboratório do campus da

Universidade de Cuiabá – UNIC.

Para o desenvolvimento deste foram utilizados os seguintes materiais: asfalto

convencional, agregados miúdos e graúdos, todos em proporções pré-determinadas em um

traço de Concreto Asfáltico Usinado a Quente (C.A.U.Q.), esse fornecido exclusivamente

para o experimento.

Devido ao reduzido tempo de aula para um ensaio tão importante como o Marshall, foi

possível moldar apenas dois corpos-de-prova, entretanto, somente à segunda moldagem

apresentou as características físicas recomendadas, enquanto que o primeiro foi compactado

de forma inadequada devido a um erro no posicionamento do molde anteriormente ao

lançamento da mistura no recipiente.

Quanto à verificação das propriedades da mistura asfáltica que esse ensaio possibilita,

não foi possível determinar seus valores, pois a obtenção demanda um tempo superior ao

utilizado nessa aula prática de laboratório.

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Page 14: DOSAGEM DE MISTURAS ASFÁLTICAS

REFERÊNCIA BIBLIOGRÁFICA

DNER-ME-43/95 ME 043: misturas betuminosas a quente: ensaio Marshall para misturas betuminosas. Rio de Janeiro, 1995.

BERNUCCI et al. Pavimentação Asfáltica: Formação Básica para Engenheiros. Rio de Janeiro: Gráfica Imprinta, 2008.

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Page 15: DOSAGEM DE MISTURAS ASFÁLTICAS

ANEXO

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