dosagem de misturas asfÁlticas
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AULA LABORATÓRIOTRANSCRIPT
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
0
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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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ANEXO
14