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.
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.
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.
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.
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.
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.
O quarto passo consiste em calcular a massa de agregado (Mag), conforme Equação 5.
O último passo para determinar o teor de ligante inicial (Pli) consiste em estimar esse valor através da Equação 6.
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).
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.
Utilizando a massa específica efetiva (Gse), calcula-se a massa específica máxima (Gmm) através da Equação 7.
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.
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.
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.
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.
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).
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.
Figura 5 – Procedimento para Dosagem Superpave. Fonte: Bernucci et al. (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.
No caso de determinar o cap absorvido em %, bem como a determinação do cap efetivo % em peso, os parâmetros não são os mesmo, nem as formulas de cálculos são iguais. É possível transformar, mesmo assim os valores em volumes, para % em pesos? sou encarregado de laboratório de solos concreto e asfalto.