Como realizar a dosagem de misturas asfálticas pelo Método Marshall

Dosar uma mistura asfáltica consiste em determinar um teor ótimo de ligante asfáltico para uma determinada faixa granulométrica, a qual é previamente definida. Segundo Bernucci, Motta, Ceratti e Soares (2008), durante a evolução dos procedimentos de dosagem, diversas formas de compactação de amostras vêm sendo desenvolvidas. Dependendo do sistema a compactação pode ser realizada através de impacto, amassamento, vibração ou rolagem.

O método de dosagem que será apresentado nas próximas linhas, o qual ocorre compactação por impacto, é denominado método Marshall em referência ao engenheiro Bruce Marshall que o desenvolveu na década de 1940. Segundo Bernucci et al. (2008), durante a década de 1980, várias rodovias norte-americanas de tráfego pesado passaram a evidenciar deformações permanentes prematuras, que foram atribuídas ao excesso de ligante nas misturas. Muitos engenheiros acreditavam que a compactação por impacto das misturas durante a dosagem produzia no corpo de prova uma densidade que não era reproduzida em campo. Isso foi abordado no estudo realizado nos Estados Unidos sobre materiais asfálticos, denominado Strategic Highway Research Program (SHRP), que resultou em um novo procedimento de dosagem por amassamento, denominado Superpave. Entretanto, o método Superpave não é muito utilizado no Brasil embora a universidade tenha realizado diversas pesquisas que comprovam sua eficácia, e esse mesmo seja utilizado a anos nos Estados Unidos da América e outros países desenvolvidos.

A dosagem do método Marshall é a mais utilizada no Brasil, e é especificada pela DNER-ME 043/95. Originalmente, para o método de dosagem Marshall era utilizado compactação com um esforço de 25 golpes com o soquete Proctor, seguido de aplicação de uma carga estática de 5.000 libras, cerca de 2.268kgf, durante dois minutos. A aplicação dessa carga tinha por objetivo nivelar a superfície do corpo-de-prova, pois o soquete utilizado tem diâmetro menor que o corpo-de-prova. Entretanto, foi observado em campo que misturas asfálticas dosadas dessa maneira resultavam em exsudação após a compactação realizada pelo tráfego. Ou seja, o esforço de compactação foi considerado leve e então variações de peso e diâmetro do soquete se seguiram, resultando na adoção de compactação com peso de 10 libras (4,54kgf), 50 golpes e diâmetro de 3 7/8”.

O primeiro passo para a dosagem de misturas asfálticas a quente pelo método Marshall consiste em determinar as massas específicas reais dos agregados e do cimento asfáltico de petróleo (CAP).

O segundo passo consiste em definir uma faixa granulométrica a ser adotada para a mistura. Lembrando que o DNIT, DNER e outros órgãos estaduais possuem suas indicações de faixas utilizadas. Na apresentação das misturas asfálticas foi apresentado as faixas granulométricas segundo DNIT.

Após definida a faixa granulométrica é escolhida as temperaturas de mistura e de compactação, a partir da curva viscosidade-temperatura do ligante adotado. A temperatura do ligante na hora de ser misturado ao agregado deve ser tal que a sua viscosidade esteja entre 75 e 150SSF (segundos Saybolt-Furol), de preferência entre 75 e 95SSF.

Conforme apresentado anteriormente, a temperatura do ligante não deve ser inferior a 107ºC nem superior a 177ºC. Os agregados devem apresentar temperatura entre 10 e 15ºC acima da temperatura definida para o ligante, sem ultrapassar 177ºC. A temperatura de compactação deve ser aquela em que o ligante apresente viscosidades entre de 125 a 155 SSF.

Definem-se teores de betume para os grupos de corpo de prova. Cada grupo deve ter no mínimo 3 CPs. Segundo Bernucci et al. (2008) 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%). A moldagem dos corpos de prova é ilustrada na Figura 1.

Com o CP pronto, pode-se obter as dimensões, diâmetro e altura. Para a realização dos cálculos é medida a massa seca (MS) do corpo de prova e submersa em água (MSsub). Com estes valores é possível obter a massa específica aparente dos corpos-de-prova (Gmb), que, por comparação com a massa específica máxima teórica (DMT).

A determinação da massa específica aparente de uma mistura compactada, em gramas por centímetro cúbico, e especificada no DNER-ME 117/94, é a relação entre a massa seca e a diferença entre massa seca e massa submersa do corpo de prova, multiplicado pela massa específica da água a 25°C.

A densidade máxima teórica consiste na ponderação entre as massas dos materiais constituintes da mistura asfáltica. Com a massas específicas reais de todos os materiais, e suas respectivas proporções em relação a massa total, é realizada uma ponderação para a determinação da DMT da mistura para os diferentes percentuais de ligante. A %Betume corresponde aos teores de betume para cada corpo de prova.

Após determinar as massas específicas são realizados os cálculos de dosagem para cada corpo de prova, conforme segue na Equação 3.

Mensurados os volumes, os corpos-de-prova são submersos em banho-maria a 60°C por 30 a 40 minutos. Após esse período o Corpo de prova é retirado e submetido a compressão, onde determina-se por meio da prensa Marshall os parâmetros mecânicos de Estabilidade e Fluência.

A Estabilidade, medida em Newtons, corresponde a carga máxima a qual o corpo-de-prova resiste antes da ruptura, definida como um deslocamento ou quebra de agregado de modo a causar diminuição na carga necessária para manter o prato da prensa se deslocando a uma taxa constante de 0,8 milímetros por segundo.

A Fluência, medida em milímetros, corresponde ao deslocamento na vertical apresentado pelo corpo-de-prova correspondente à aplicação da carga máxima. A Figura 2 ilustra a prensa de compressão Marshall

Com os valores mecânicos definidos, pode-se elaborar 5 gráficos com teores de betume no eixo das abcissas. O eixo das ordenadas corresponde, portanto, a massa específica aparente, fluência, estabilidade, relação betume vazios, porcentagem de vazios. A Figura 3 ilustra os gráficos plotados.

Vários são os métodos de definir o teor de projeto com base nos dados apresentados pelos gráficos. Segundo Napa (1982) alguns utilizam apenas o volume de vazios como parâmetro, adotando o teor que corresponde a um volume de vazios de 4%. O que se percebe é que cada um utiliza um parâmetro para definir o seu “teor ótimo”. Um dos métodos utilizados ocorre através da relação entre volume de vazios e relação betume vazios.

Com os corpos de prova, e esses respectivos parâmetros, cria-se um gráfico com teores de betume nas abcissas, e duas ordenadas correspondendo ao volume de vazios (y1) e relação betume vazios (y2). O gráfico deve apresentar ainda as linhas de valor máximo e mínimo para esses parâmetros, sendo que varia para cada órgão, conforme Tabela 1.

A partir da interseção das linhas do Vv e do RBV com os limites respectivos de cada um destes parâmetros, são determinados quatro teores de CAP (X1, X2, X3 e X4). O teor ótimo é selecionado tomando a média dos dois teores centrais, conforme Figura 4.

Segundo Balbo (2008) as agências viárias apresentam diferentes métodos de avaliar as misturas asfálticas a quente. A Tabela 2 apresenta os valores mínimos requeridos por algumas dessas agências viárias.

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Fontes:

BALBO, José Tadeu, “PAVIMENTAÇÃO ASFÁLTICA: Materiais, projeto e restauração”. São Paulo, 2007.

BERNUCCI, L.B; MOTTA, L.M.G; CERATTI, J.A.P; SOARES, J.B. “PAVIMENTAÇÃO ASFÁLTICA: Formação básica para Engenheiros”. Rio de Janeiro, 2008.

MEDINA, J; MOTTA, L.M.G. “Mecânica dos Pavimentos”. Rio de Janeiro, 2015.

PEIXOTO, Creso de Franco; “GENERALIDADES DE PAVIMENTAÇÃO RODOVIÁRIA”. Rio Claro, 2003.

PRIETO, Valter; “NOTAS DE AULA – SUPERESTRUTURA RODOVIÁRIA”. Centro Universitário da FEI. São Bernardo do Campo, 2016.