UNIVERSIDADE FEDERAL DE MATO GROSSO

Faculdade de Arquitetura, Engenharia e Tecnologia

Departamento de Engenharia Civil

PAULO SERGIO DE OLIVEIRA

ENSAIO MARSHALL

Cuiabá – MT

2013

PAULO SERGIO DE OLIVEIRA

ENSAIO MARSHALL

Trabalho apresentado ao professor Luiz

Miguel de Miranda, da Universidade

Federal de Mato Grosso, como parte dos

requisitos para aprovação da disciplina

de Pavimentação.

Cuiabá – MT

2013

Sumário1. INTRODUÇÃO............................................................................................................................4

2. PROCEDIMENTOS DO ENSAIO.............................................................................................5

2.1 APARELHAGEM................................................................................................................5

2.2 TEMPERATURAS DE MISTURA E DE COMPACTAÇÃO..........................................6

2.3 PREPARAÇÃO DA MISTURA..........................................................................................6

2.4 COMPACTAÇÃO DA MISTURA.....................................................................................7

2.5 DETERMINAÇÃO DA ESTABILIDADE E DA FLUÊNCIA.........................................9

2.6 RESULTADOS...................................................................................................................10

3. CONSIDERAÇÕES FINAIS.....................................................................................................12

1. INTRODUÇÃO

A aplicação de revestimentos asfálticos deve ser precedida por ensaios que permitam a

obtenção do teor de ligante a ser utilizado na mistura, para que a mesma se enquadre dentro

das especificações que são definidas com a finalidade de evitar desagregação da mistura ou

superfícies escorregadias, provocados por dosagem incorreta do ligante.

O método de dosagem mais usado mundialmente faz uso da compactação por impacto

e é denominado método Marshall em referência ao engenheiro Bruce Marshall, do

Departamento de Estradas do Estado do Mississipi EUA, que o desenvolveu na década de

1940 (Roberts et al., 1996). 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

roda e pressão de pneus das aeronaves militares.

Através desse ensaio determina-se a quantidade ótima de ligante a ser utilizada em

misturas asfálticas usinadas a quente, destinadas a pavimentação de vias, sendo possível

também determinar a estabilidade, que é a resistência máxima à compressão radial,

apresentada pelo corpo de prova expressa em N (Kgf), e a fluência, que corresponde á

deformação total apresentada pelo corpo de prova, desde a aplicação da carga inicial nula até

a aplicação da carga máxima, expressa em décimas de milímetro, de misturas betuminosas

usinadas a quente.

Figura 1 - Exemplo de prensa Marshall . Fonte: Pavimentação asfáltica: formação

básica para engenheiros)

Figura 2 - Pesagem Hidrostática Fonte: Pavimentação asfáltica: formação básica para engenheiros)

2. PROCEDIMENTOS DO ENSAIO

2.1 APARELHAGEM

Para a realização do Ensaio Marshall são necessárias as seguintes aparelhagens:

a) Prensa capaz de aplicar até 39,2 KN (4000 Kgf), equipada com um anel

dinamométrico com capacidade de 22,2 KN (2265 Kgf);

b) Molde de compactação de aço, consistindo de anéis superior e inferior e de uma

placa base;

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

d) Balança com capacidade de 5 Kg, com resolução de 1 g, capaz de permitir

pesagem hidrostática;

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

f) Peneiras de 25 – 19 – 9,5 – 4,8 e de 2 mm de abertura;

g) Termômetro de vidro com proteção ou termômetro de haste metálica com

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

agregado, betume e misturas betuminosas;

h) Espátula de aço com ponto arredondada;

i) Base de compactação. Instalada em nível, perfeitamente estável, livre de

vibração ou trepidação;

j) 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;

k) medidor de fluência, com graduações de 0,25mm;

l) paquímetro com exatidão de 0,1mm;

m) molde de compressão de aço.

2.2 TEMPERATURAS DE MISTURA E DE COMPACTAÇÃO

Para ser misturado aos agregados, o ligante deve ser aquecido até uma temperatura em

que apresente uma viscosidade de (170 ±20) cSt ou (85 ±10) cSF para o cimento asfáltico ou

a viscosidade específica Engler de 25 ± 3 para alcatrão.

A temperatura de compactação da mistura é aquela na qual o ligante apresente uma

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

específica Engler de 40 ± 5 para alcatrão.

2.3 PREPARAÇÃO DA MISTURA

A preparação da mistura é feita levando em consideração os seguintes procedimentos:

a) Deve-se preparar no mínimo 3 corpos de prova para cada dosagem de mistura

betuminosa. Depois deconhecidas as 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.

b) Os agregados devem ser então secados até massa constante em estufa entre 105 a

110ºC e separados nas seguintes frações:

Figura 3 - Aplicação de asfalto nos agregados Fonte: Pavimentação asfáltica: formação básica

para engenheiros

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) Pesar os agregados para um corpo de prova, de cada vez, em recipientes

separados, para que após a mistura com o ligante produza-se um corpo de

prova com cerca de 1200g e (63,5 ± 1,3) mm de altura. O mesmo procedimento

deve ser feito para os demais corpos de prova.

d) A seguir, colocarar 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.

e) Misturar os agregados de cada recipiente fazendo uma espécie de “cratera” para

receber o ligante, pesando-o em seguida.

f) Efetua-se então a mistura rapidamente, de 2 a 3 minutos, até completa cobertura

dos agregados , para ser colocada no molde de compactação.

2.4 COMPACTAÇÃO DA MISTURA

O molde de compactação e a base do soquete devem estar limpos e aquecidos em água

fervente, em estufa ou placa 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.

Figura 4 - Compactação da mistura Fonte: Pavimentação asfáltica: formação básica para

engenheiros

Colocar no molde a mistura, de uma só vez. 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;

remover o anel superior e com uma colher ligeiramente aquecida alisar

superficialmente a mistura.

O anel é então recolocado e aplica-se om o soquete determinado número de

golpes sobre a mistura, com altura de queda livre de 45,72 cm. Remove-se o

anel superior e inverte-se o anel inferior, aplicando uma leve força no soquete para a

mistura atingir a placa-base e então era aplicar 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 (cinqüenta)

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

e cinco) golpes.

Após a compactação, retira-se o corpo de prova do anel inferior e o coloca

cuidadosamente numa superfície lisa e plana deixando-

o em repouso durante, no mínimo, 12

h, à temperatura ambiente. Deve ser tomados cuidados no manuseio do corpo de

prova para evitar  fratura ou deformação. Após  resfriado o corpo de prova,  extrai-se o

mesmo do molde com o auxílio de um extrator. Então é 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. O valor da altura será a média aritmética das

quatro leituras. Caso se deseje um resultado imediato pode ser utilizado o

resfriamento do corpo de prova, por água, desde que não haja contato direto com a água.

2.5 DETERMINAÇÃO DA ESTABILIDADE E DA FLUÊNCIA

Para se obter os valores da estabilidade e fluência dos corpos de prova, o ensaio deve

preceder os seguintes passos:

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

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 é colocado no molde de compressão, que deve

estar nas  temperaturas de 50 a 55  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 eleva-se a uma velocidade de

5 cm por minuto, até o rompimento do corpo de prova, o que deve

ser observado no defletômetro pela indicação de um máximo. A leitura deste

máximo foi então anotado e convertida em N (kgf), pelo gráfico

de calibração do anel dinamométrico.

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

anotada como “estabilidade lida”. Este valor é então 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 da equação:

f = 927,23 h-1,64

onde:

f = fator;

h = espessura do corpo de prova.

O resultado assim obtido é o valor da estabilidade Marshall;

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

aplicação da carga, a luva

guia do medidor da fluência era formada, 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 era então relaxada, no

momento em que se dava o rompimento do corpo de prova, ocasião em que era 

feito a leitura e anotado o valor da fluência.

2.6 RESULTADOS

Os resultados apresentados devem conter:

A estabilidade, obtida pela carga média, em N (Kgf), de pelo menos 3 corpos-de

prova;

A fluência, sendo a média dos valores obtidos em pelo menos 3 corpos-de-prova,

expressa em 0,25 mm;

O tipo de amostra ensaiada (amostra de laboratório ou corpo de prova extraído de

pavimento);

A temperatura do ensaio.

Os resultados dos ensaios são então plotados em gráficos em relação à 

porcentaguem de

asfalto na mistura. Através destes gráficos podemos escolher 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 5 - Exemplos de gráficos dos parâmetros obtidos no Ensaio Marshall Fonte: Pavimentação asfáltica: formação básica para engenheiros

3. CONSIDERAÇÕES FINAIS

A dosagem Marshall, realizada normalmente no país, segue as orientações da norma do DNER, porém

não foi atualizada de acordo com as mudanças ocorridas na norma ASTM, ainda que com os procedimentos

recomendados pelo Instituto de Asfalto, sendo necessário uma urgente adaptação ao padrão da norma

americana citada, que também é o padrão usado em muittos outros paises.

Motta (1998) relata algumas críticas relativas ao método Marshal. São elas: a pouca

representatividade do método de compactação em relação ao campo; e a grande influência na determinação

do teor de projeto derivada de fatores ligados à preparação dos corpos-de-prova (tipo de soquete, formas de

apoio etc.).

Ressalta-se também a importância de se obter uma fiscalização eficaz no campo, tanto nas usinas

quanto na pista, uma vez que todo o sucesso de qualquer projeto está diretamente ligado à fabricação e a

aplicação correta da mistura.