Aprenda como realizar a Dosagem de misturas asfálticas pelo método Superpave!

Fonte da Figura: MPI Asfaltos

O método de dosagem Marshall apresenta diversos problemas para a dosagem de misturas asfálticas, principalmente por que o corpo de prova é compactado por impacto, não sendo representativo para o que ocorre em campo.

Desde 1993 as universidades e departamentos de transportes norte americanos vem utilizando uma outra metodologia chamada de Superpave, a qual ainda está em fase de testes no Brasil. A maior diferença entre esses dois métodos de dosagem é o método de compactação, o qual no superpave ocorre por amassamento em um equipamento chamado de compactador giratório superpave.

Ao dosar uma mistura no Superpave, a utilização de uma faixa granulométrica com maior densidade resulta em uma estabilidade superior devido o contato entre as partículas e reduzido vazios do agregado. Entretanto, para uma mistura asfáltica os vazios são importantes para permitir um volume suficiente de ligante, garantindo durabilidade e evitar exsudação. Vários pesquisadores estudaram propostas de faixas granulométricas para a densidade máxima, sendo a mais conhecida a curva de Fuller (1907). A Equação 1 apresenta o cálculo do P correspondente a porcentagem de determinado material que passa em uma peneira de diâmetro d analisada, em relação a uma peneira de diâmetro nominal D.

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Equação 1 – Equação para análise da peneira d

Uma peneira nominal é a peneira logo acima da peneira que retém mais que 10% de uma amostra. Fuller mostrou que as densidades máximas ocorrem quando o “n” é próximo a 0,5, sendo que alguns utilizam 0,45 para os cálculos. Com isso observa-se um gráfico onde a ordenada é a porcentagem passante de material e a abscissa é uma razão entre o tamanho da peneira pelo tamanho máximo do agregado elevado a 0,45. Ou em alguns casos a abscissa é o tamanho da peneira elevado a 0,45.

Esse gráfico mostra a densidade máxima através de uma reta que parte da origem e vai até o tamanho máximo do agregado. Adotar uma faixa granulométrica, esqueleto estrutural, próximo a essa reta, resulta em uma mistura que não permite volume adequado de ligante. A Figura 1 apresenta o gráfico.

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Figura 1 – Densidade máxima. Fonte: BERNUCCI, MOTTA, CERATTI e SOARES (2008)

Segundo BERNUCCI et al (2008) na especificação superpave a granulometria dos agregados utiliza duas características, chamado de ponto de controle e zona de restrição. Contudo, a Zona de Restrição não é mais utilizada no método. A Figura 2 apresenta essas características.

  • Ponto de Controle: Funciona como “pontos mestres” onde a curva granulométrica deve passar. Estão presentes no tamanho máximo nominal, em u valor intermediário (2,36mm) e em finos (0,075mm).
  • Zona de Restrição (ZR): Está na linha de densidade máxima e nas peneiras intermediárias (4,75mm e 2,36mm) e no tamanho 0,3mm. A ZR é uma zona em que uma curva granulométrica não deve passar pois torna o esqueleto frágil, dependendo muito do ligante para ter resistências ao cisalhamento.
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Figura 2 – Gráfico com Zona de restrição e ponto de controle. Fonte: BERNUCCI, MOTTA, CERATTI e SOARES (2008)

A compactação do método superpave ocorre com o compactador giratório, que apresenta boa repetibilidade. A especificação superpave indica utilização de molde de 150 milímetros de diâmetro, mas o compactador permite utilização de moldes com 100 milímetros e o tamanho máximo do agregado é 25,4 milímetros. O equipamento utiliza:

  • Ângulo de rotação de 1,25 0,02°
  • 30 rotações por minuto
  • Tensão de compressão vertical = 600 kPa
  • Corpos de prova de 150mm e 100mm de diâmetro.

Determinação do Teor de Projeto

O primeiro passo para determinar um teor ótimo de ligante asfáltico consiste em escolher três composições granulométricas, respeitando as exigências e sugestões descritas acima e na seção de agregados. Nesse momento, deve ser conhecida a massa específica real (Gsa) e aparente (Gsb) dos agregados, o tipo de CAP e a densidade do ligante.

O teor de ligante inicial é estimado por relações empíricas que se baseiam nas propriedades dos agregados, como massa específica do agregado e do ligante, fator de absorção e volume de vazios da mistura.

O teor inicial é aquele em que os vazios não absorvem mais o ligante e pode ser estimado em 5 passos. O primeiro passo consiste em calcular a massa específica efetiva dos agregados considerando a absorção máxima, conforme Equação 2.

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Equação 2 – Calculo da massa especifica efetiva dos agregados. Fonte: BERNUCCI, MOTTA, CERATTI e SOARES (2008)

O segundo passo é calcular o volume de ligante absorvido (Vla), o qual ocorre assumindo um teor de ligante (Pl) e um teor de agregados (Pag) em massa.

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Equação 3 – Volume de ligante absorvido. Fonte: BERNUCCI, MOTTA, CERATTI e SOARES (2008)

O terceiro passo é calcular o volume de ligante efetivo (Vle), que ocorre utilizando o tamanho máximo nominal da peneira (TMN) em polegadas, conforme Equação 4.

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Equação 4 – Volume de ligante efetivo. Fonte: BERNUCCI, MOTTA, CERATTI e SOARES (2008)

O quarto passo consiste em calcular a massa de agregado (Mag), conforme Equação 5.

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Equação 5 – Massa dos agregados. Fonte: BERNUCCI, MOTTA, CERATTI e SOARES (2008)

O último passo para determinar o teor de ligante inicial (Pli) consiste em estimar esse valor através da Equação 6.

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Equação 6 – Teor de ligante inicial. Fonte: BERNUCCI, MOTTA, CERATTI e SOARES (2008)

Os cálculos são realizados para cada uma das composições granulométricas. Ao final os cálculos permitem estimar um valor inicial para a mistura.  Os 2 corpos de prova para cada uma das 3 composições granulométricas são realizados utilizando o teor de ligante inicial, conforme Figura 3. Antes da compactação o material é aquecido em estufa para simular o envelhecimento da mistura, e após realizada a compactação do CP é feita a pesagem (a seco, submersa e superfície saturada seca), segundo a ASTM D 3203-94, para determinação do Volume de vazios da mistura compactada para três esforços de compactação (número de giros):

  • Ninicial – Esforço de compactação inicial;
  • Nprojeto – Esforço de compactação de projeto (Vv = 4%)
  • Nmáximo – Esforço de compactação máximo (representa a condição de compactação da mistura ao fim da sua vida de serviço).
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Figura 3 – Etapas do Superpave. Fonte: BERNUCCI, MOTTA, CERATTI e SOARES (2008)

Os valores de esforço de compactação variam com base no tipo de tráfego do projeto, podendo ser tráfego muito leve, médio, médio a alto ou alto volume de tráfego. A Tabela 1 apresenta os valores para esforço de compressão.

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Tabela 1 – Esforços de Compressão Superpave. Fonte: BERNUCCI, MOTTA, CERATTI e SOARES (2008)

Utilizando a massa específica efetiva (Gse), calcula-se a massa específica máxima (Gmm) através da Equação 7.

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Equação 7 – Massa específica máxima

É necessário o cálculo da massa específica estimada da mistura durante a compactação, a qual varia durante o procedimento de compactação. O volume da mistura (Vmx) é calculada durante a compactação considerando um cilindro perfeito e medindo a altura hx, em milímetros, que precisará de correção posteriormente.

vmx
Equação 8 – Volume do Corpo de prova.

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Equação 10 – Massa específica estimada.

Os valores de Gmb estimados durante o procedimento do ensaio deve ser comparado como uma porcentagem da densidade máxima (Gmm). Dessa forma, em um gráfico com ordenada de porcentagem da densidade máxima e abscissas de esforço de compactação, conforme Figura 4.

Ngiros
Figura 4 – Gráfico da % densidade máxima e compactação. Fonte: BERNUCCI, MOTTA, CERATTI e SOARES (2008)

A porcentagem equivalente ao Nprojeto deve ser de 96%, o que equivale aos 4% de vazios exigidos. As especificações exigem ainda uma porcentagem para Ninicial inferior a 89% e porcentagem para Nmáximo menor ou igual a 98%.

É necessário o cálculo ainda dos parâmetros volumétricos da mistura. O volume de vazios no agregado (VAM) é dado pela Equação 11 e a relação betume vazios pela Equação 12.

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Equação 11 – Volume de vazios no agregado.

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Equação 12 – Betume de vazios.

O VAM, segundo especificação superpave, varia conforme o diâmetro máximo nominal. Os valores mínimos exigidos para esse parâmetro são apresentados na Tabela 2. Já o RBV deve apresentar valores entre 65% e 75%, conforme superpave.

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Tabela 2 – Valores do VAM em função do diâmetro nominal.

O último passo a ser analisado é a proporção pó e asfalto na mistura, calculado pela razão entre o material passante na peneira #200 e o ligante efetivo (Ple).

pl2
Equação 13 – Teor de ligante efetivo.

pa
Equação 14 – Relação pó asfalto

O valor da relação de pó e asfalto deve estar entre 0,6 e 1,2. Com esses parâmetros analisados é possível identificar qual ou quais são as granulometrias a serem adotadas em projeto. Podendo ser analisado também outras faixas granulométricas. Após escolher o projeto estrutural do agregado (faixa granulométrica que melhor se adéqua a especificação), novos corpos de prova devem ser moldados variando o teor de ligante. Devem ser moldados dois corpos de prova para cada teor de ligante, sendo eles:

  • Teor de ligante inicial
  • Teor de ligante inicial + 0,5%
  • Teor de ligante inicial – 0,5%
  • Teor de ligante inicial + 1%

Com isso, todos os cálculos são refeitos para avaliar as propriedades das misturas. É realizada também uma analise da sensibilidade à umidade da mistura final, conforme AASHTO T 283.

Nesse ensaio, os CP são compactados a 7% de vazios com 3 corpos de prova para controle e 3 corpos de prova para avaliação. Os corpos de prova de avaliação são submetidos a saturação a vácuo, seguido de um ciclo de congelamento (opcional) e um ciclo de degelo de 24h a 60°C. Todos os corpos de prova são testados a resistência a tração estática indireta.

A sensibilidade a água é medida pela razão entre resistência dos corpos de prova de avaliação e os de controle. O mínimo que a razão deve apresentar é 70% a 80%. Ou seja, a sensibilidade a água é medida de forma a saber quanto que a água diminui a resistência a tração indireta da mistura. A Figura 5 ilustra um fluxograma da dosagem superpave.

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Figura 5 – Requisitos da mistura asfáltica no Superpave. Fonte: BERNUCCI, MOTTA, CERATTI e SOARES (2008)

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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.

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