Materiais Empregados em Pavimentação: Ligantes e Misturas Asfálticas

Aula 4 Materiais Empregados em Pavimentação Ligantes e Misturas Asfálticas CURSO DE GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA CIVIL DISCIPLINA TOPOGRAFIA E GEOTECNIA PROFESSOR MSC JOÃO PAULO BARBOSA CARVALHO SEMESTRE 20231 Conceitos Iniciais Fonte Bernucci et al 2010 Comumente é definido como uma mistura de hidrocarbonetos solúvel no bissulfeto de carbono Betume Asfalto Mistura de hidrocarbonetos derivados do petróleo de forma natural ou por destilação cujo principal componente é o betume podendo conter ainda outros materiais como oxigênio nitrogênio e enxofre em pequena proporção É uma designação genérica de um produto que contém hidrocarbonetos que se obtém da queima ou destilação destrutiva do carvão madeira etc Alcatrão Conceitos Iniciais Fonte ABEDA 2020 Conceitos Iniciais Conceitos Iniciais Proporciona a união entre os agregados Age como ligante proporcionando flexibilidade controlável Impermeabilizante Durável e resistente Pode ser usado aquecido ou emulsionado Asfalto Convencional Asfalto Modificados Emulsão Asfáltica Asfalto Diluído Espuma de Asfalto Agentes Rejuvenescedores Conceitos Iniciais Fonte Vasconcelos 2020 Material Viscoelástico Fonte ABEDA 2009 Asfaltos Diluídos de Petróleo ADP CR asfaltos diluídos de cura rápida diluente a nafta gasolina oCR70 CR250 CR800 e CR3000 oPintura de ligação tratamento superficiais e misturas a frio CM asfaltos diluídos de cura média diluente o querosene oCM30 CM70 CM250 CM800 E CM3000 oImprimação e areiaasfalto a frio CL asfaltos diluídos de cura lenta diluente o óleo leve oCL70 CL250 CL800 e CL3000 Quanto ao tempo de evaporação do solvente utilizado Classificação dos ADPs Emulsões Asfálticas EAs As EAs são normalmente obtidas pela emulsificação de CAPs em uma fase aquosa Óleo e água podem formar emulsão porém se separam rapidamente quando cessa a agitação As emulsões estáveis têm o emulsificante que previne ou retarda a separação das fases Produto estável empregado em serviços de pavimentação à temperatura ambiente Nunca deve ser aquecidas acima de 70C Emulsões Asfálticas EAs As emulsões catiônicas se classificam quanto à velocidade de ruptura em Ruptura Rápida RR1C e RR2C Ruptura Média RM1C e RM2C Ruptura Lenta RL1C Quanto a natureza eletrolítica do emulsificante Emulsões asfálticas catiônicas emulsificante catiônico Emulsões asfálticas aniônicas emulsificante aniônico Classificação dos EAs No Brasil só são especificadas e usadas as emulsões catiônicas Aplicações pintura de ligação imprimação tratamentos superficiais e macadame betuminoso RRC pré misturados à frio RMC estabilização de solos e preparo de lama asfáltica RLC Imprimação com Ligante Asfáltico Fonte Cross e Shrestha 2004 O ligante asfáltico empregado na imprimação pode ser o asfalto diluído CM30 em conformidade com a norma DNER EM 36397 ou a emulsão asfáltica do tipo EAI em conformidade com a norma DNIT 1652013 EM Taxa de Imprimação para ADPs de 08 a 16 Lm² e EAIs de 09 a 17 Lm² Pode ser feita um umedecimento da base antes da aplicação da Imprimação Devese aguardar a cura de 24 horas Aquecimento o ADP deve ser até uma temperatura onde a viscosidade se situe na faixa de 20 a 60 SSF e a EAI na faixa de 20 a 100 SSF Imprimação com Ligante Asfáltico Fonte Barroso 2020 Imprimação com Ligante Asfáltico Fonte Barroso 2020 Imprimação com Ligante Asfáltico Fonte Barroso 2020 Exsudação Imprimação com Ligante Asfáltico Fonte Barroso 2020 Falha de Bico Imprimação com Ligante Asfáltico Fonte Barroso 2020 Má aderência Asfaltos Consistência penetração viscosidade ductilidade ponto de amolecimento Durabilidade TFOT RTFOT e PAV Pureza Solubilidade Segurança Ponto de Fulgor Outros ensaios Densidade ponto de ruptura etc Propriedades reológicas tradicionais Asfaltos A penetração é a profundidade em décimos de milímetro em que uma agulha de massa padronizada 100 g penetra numa amostra de volume padronizado de cimento asfáltico por 5 s à temperatura de 25C A consistência do CAP é tanto maior quanto menor for a penetração da agulha A norma brasileira para este ensaio é a ABNT NBR 6576 Ensaio de Penetração Fonte Bernucci et al 2010 Asfaltos A viscosidade é uma medida da consistência do cimento asfáltico por resistência ao escoamento Viscosidade Saybolt é o tempo necessário para escoamento de 60 ml de material no viscosímetro de Saybolt sob determinadas condições de temperatura Geralmente temperaturas de 135C a 175C A norma brasileira para este ensaio é a ABNT NBR 58472001 Ensaio de Viscosidade Fonte Bernucci et al 2010 Asfaltos Viscosidade Brookfield que permite obter a curva viscosidadetemperatura em ampla faixa de determinação com a mesma amostra Chamado de viscosidade rotacional O viscosímetro rotacional permite medir as propriedades de consistência relacionadas ao bombeamento e à estocagem A norma brasileira para este ensaio é a ABNT ME 15184 Ensaio de Viscosidade Fonte Bernucci et al 2010 Asfaltos Ensaio de Viscosidade Fonte Barroso 2020 Asfaltos O ponto de amolecimento é uma medida empírica que correlaciona a temperatura na qual o asfalto amolece quando aquecido sob certas condições particulares e atinge uma determinada condição de escoamento A norma brasileira para este ensaio é a ABNT NBR 6560 Ensaio de Ponto de Amolecimento Fonte Bernucci et al 2010 Asfaltos A coesão dos asfaltos é avaliada indiretamente pela medida empírica da ductilidade que é a capacidade do material de se alongar na forma de um filamento Nesse ensaio corpos de prova de ligantes colocados em moldes especiais em forma de osso de cachorro ou gravataborboleta separados ao meio na seção diminuída do molde são imersos em água dentro de um banho que compõe o equipamento A ductilidade é dada pelo alongamento em centímetros obtido antes da ruptura de uma amostra de CAP na seção diminuída do molde com largura inicial de 10 mm em banho de água a 25C submetida pelos dois extremos à velocidade de deformação de 5 cmminuto A norma brasileira para este ensaio é a ABNT NBR 6293 Ensaio de Ductilidade Fonte Bernucci et al 2010 Asfaltos Representa a menor temperatura na qual os vapores emanados durante o aquecimento do material asfáltico se inflamam por contato com uma chama padronizada Valores de pontos de fulgor de CAP são normalmente superiores a 230C A norma brasileira para este ensaio é a ABNT NBR 11341 Ensaio de Ponto de Fulgor Fonte Bernucci et al 2010 Asfaltos O conceito de durabilidade descreve a resistência de um material às mudanças causadas pela exposição ambiental também associado ao conceito de envelhecimento do ligante Envelhecimento acelerado altas temperaturas elevada relação área superficial de agregados e volume de ligante baixa espessura de película e exposição ao ar na mistura solta Envelhecimento dos Ligantes Asfálticos Fonte Bernucci et al 2010 Asfaltos Envelhecimento dos Ligantes Asfálticos Fonte Barroso 2020 Asfaltos Consiste em submeter amostras do ligante colocadas em película de pequena espessura dentro de um recipiente padronizado a um certo tempo de solicitação de temperatura elevada e jatos de ar por exposição dentro de uma estufa especial Provoca o envelhecimento do ligante asfáltico por oxidação e evaporação permitindo avaliar a presença de frações de óleos mais leves e a oxidação que ocorre durante o aquecimento a 163C durante 5 horas A norma brasileira para este ensaio é a ABNT NBR 14736 Ensaio de efeito do calor e do ar ECA Fonte Lintrchch Asfaltos Esse ensaio também mede o envelhecimento por oxidação e evaporação porém de forma mais severa por estar continuamente expondo nova porção do ligante ao efeito do ar Nesse ensaio uma fina película de asfalto de 35 g é continuamente girada dentro de um recipiente de vidro a 163C por 85 minutos com uma injeção de ar a cada 3 a 4 segundos A norma brasileira para este ensaio é a ABNT NBR 15235 Ensaio de Película Delgada Rotativa Fonte Bernucci et al 2010 Asfaltos É um instrumento utilizado para simular o envelhecimento de ligantes asfálticos convencionais e modificados por cerca de 10 anos As amostras de asfalto envelhecidas no forno RTFOT Rolling Thin End Oven Test são colocadas em recipientes rasos de aço inoxidável no vaso de pressão por 20 horas aquecidos e pressurizados a 210 MPa Quanto à temperatura de envelhecimento que será utilizada durante o ensaio ela é selecionada de acordo com o tipo de ligante asfáltico Ensaio Pressure Aging Vessel PAV Fonte Bernucci et al 2010 Asfaltos Modificados Fonte Carvalho 2016 e Negrão 2006 Polímeros Fonte ANP 2010 Asfaltos Modificados Polímeros Ensaio de Recuperação Elástica Norma ABNT 14756 Asfaltos Modificados Borracha Fonte Bernucci et al 2010 Asfaltos Modificados Borracha Fonte ANP 2008 Asfaltos Espuma Fonte Bernucci et al 2010 Fonte Asphalt Academy 2020 Classificação de Ligantes Superpave Performance Grade Média dos 7 dias de máxima temperatura do pavimento Mínima temperatura do pavimento PG 6422 Classificação de Ligantes Superpave Fonte Barroso 2020 Misturas Asfálticas Flexibilidade Estabilidade Resistência à Derrapagem Impermeabilidade Durabilidade Misturas Asfálticas Fonte Bernucci et al 2008 Bem graduada densa Aberta Descontínua Misturas Asfálticas Fonte Bernucci et al 2008 Misturas Asfálticas Fonte Bernucci et al 2008 Misturas Asfálticas Fonte DNIT 031 ES 2006 Concreto Asfáltico Denso Misturas Asfálticas Concreto Asfáltico Denso Fonte ANAC 2021 São muito sensíveis à variação do teor de ligante asfáltico Dosagem da mistura Misturas Asfálticas Concreto Asfáltico Denso Fonte NAPA 2001 CA densa fina empregadas para nivelamento porém geram superfícies mais fechadas ou lisas CA densa grossa empregadas para rolamento geram superfícies mais abertas ou grosseiras Misturas Asfálticas Fonte DNER 386 ES 1999 Camada Porosa de Atrito A finalidade funcional de aumento de aderência pneupavimento em dias de chuva e para a redução de ruído ao rolamento Reduz a espessura da lâmina dágua na superfície de rolamento e consequentemente as distâncias de frenagem reduz o spray proveniente do borrifo de água pelos pneus dos veículos aumentando assim a distância de visibilidade e reduz a reflexão da luz dos faróis noturnos Misturas Asfálticas Fonte Bernucci et al 2022 Camada Porosa de Atrito Misturas Asfálticas Camada Porosa de Atrito Média de 35 a 45 de teor de ligante Média de 45 a 50 de teor de ligante Misturas Asfálticas Stone Matrix Asphalt A finalidade de aumentar a resistência a deformação permanente Teor de ligante entre 60 a 70 Macrotextura média a aberta rugosa proporcionando aumento de aderência pneupavimento Misturas Asfálticas Stone Matrix Asphalt Misturas Asfálticas Stone Matrix Asphalt Misturas Asfálticas GapGraded Mistura descontínua densa que é uma faixa granulométrica especial que resulta em macrotextura superficial aberta ou rugosa mas não em teor de vazios elevado Fonte Fritzen 2005 Fonte DNIT 112 ES 2009 Misturas Asfálticas Tratamento Superficiais Fonte Além da Inércia Fonte Asfalto e Qualidade Dosagem de Misturas Asfálticas Desempenho Método Marshall Método Superpave Dosagem de Misturas Asfálticas Fonte Bernucci et al 2022 Dosagem de Misturas Asfálticas Fonte Bernucci et al 2022 Dosagem de Misturas Asfálticas Fonte Asphalt Institute 2014 Dosagem de Misturas Asfálticas Massa Específica Aparente de Mistura Asfáltica Compactada Gmb Dosagem de Misturas Asfálticas Massa Específica Aparente de Mistura Asfáltica Compactada Gmb Dosagem de Misturas Asfálticas Massa Específica Aparente de Mistura Asfáltica Compactada Gmb Norma DNIT 4282020 Dosagem de Misturas Asfálticas Massa Específica Máxima Teórica DMT Norma ABNT 128912016 Dosagem de Misturas Asfálticas Massa Específica Máxima Medida GMM Norma DNIT 4272020 Fonte Bernucci et al 2022 Dosagem de Misturas Asfálticas Massa Específica Máxima Medida GMM Norma DNIT 4272020 Fonte Bernucci et al 2022 Dosagem de Misturas Asfálticas Massa Específica Máxima Medida GMM Norma DNIT 4272020 Fonte Bernucci et al 2022 Dosagem de Misturas Asfálticas Volumetria de Misturas Asfálticas Fonte Bernucci et al 2022 Dosagem de Misturas Asfálticas Volumetria de Misturas Asfálticas O DMT pode ser substituído pelo Gmm Dosagem de Misturas Asfálticas Método Marshall 1º Passo Determinação das massas específicas reais do CAP e dos agregados 2º Passo Seleção da faixa granulométrica a ser utilizada de acordo com a mistura asfáltica 3º Passo Escolha da composição dos agregados de forma a enquadrar a sua mistura nos limites da faixa granulométrica escolhida Ou seja é escolhido o percentual em massa de cada agregado para formar a mistura Fonte DNIT 031 ES 2016 Dosagem de Misturas Asfálticas Método Marshall 4º Passo Escolha das temperaturas de mistura e de compactação a partir da curva viscosidade temperatura do ligante escolhido o A temperatura do ligante na hora de ser misturado ao agregado deve ser tal que a sua viscosidade esteja situada entre 75 e 150 SSF segundos SayboltFurol de preferência entre 75 e 95 SSF ou 017 002 Pas se medida com o viscosímetro rotacional Brookfield oA temperatura de compactação deve ser tal que o ligante apresente viscosidades na faixa de 125 a 155 SSF ou 028 003 Pas oA temperatura do ligante não deve ser inferior a 107C nem superior a 177C A temperatura dos agregados deve ser de 10 a 15C acima da temperatura definida para o ligante sem ultrapassar 177C Dosagem de Misturas Asfálticas Método Marshall Dosagem de Misturas Asfálticas Método Marshall 5º Passo Adoção de teores de asfalto para os diferentes grupos de CPs corpos de prova a serem moldados oCada grupo deve ter no mínimo três CPs oConforme a experiência do projetista para a granulometria selecionada é sugerido um teor de asfalto T em para o primeiro grupo de CPs oOs outros grupos terão teores de asfalto acima T 05 e T 10 e abaixo T 05 e T 10 Dosagem de Misturas Asfálticas Método Marshall Fonte Bernucci et al 2022 Dosagem de Misturas Asfálticas Método Marshall Fonte Bernucci et al 2022 Dosagem de Misturas Asfálticas Método Marshall Fonte Bernucci et al 2022 Dosagem de Misturas Asfálticas Método Marshall 6º Passo Após o resfriamento e a desmoldagem dos corpos de prova obtêmse as dimensões de cada um deles diâmetro e altura 7º Passo Determinamse para cada corpo de prova suas massas seca MS e submersa em água Mssub Com esses valores é possível obter a massa específica aparente dos corpos de prova Gmb que por comparação com a massa específica máxima teórica DMT 8º Passo A partir do teor de asfalto do grupo de CPs em questão a ajustase o percentual em massa dos agregados ou seja n n 100 a onde n é o percentual em massa do agregado n na mistura asfáltica já contendo o asfalto Dosagem de Misturas Asfálticas Método Marshall Fonte Bernucci et al 2022 Dosagem de Misturas Asfálticas Método Marshall 9º Passo Com base em n a e nas massas específicas reais dos constituintes Gi calculase a DMT correspondente ao teor de asfalto considerado a Fonte Bernucci et al 2022 Dosagem de Misturas Asfálticas Método Marshall 10º Passo Cálculo dos parâmetros de dosagem para cada CP Fonte Bernucci et al 2022 Dosagem de Misturas Asfálticas Volumetria de Misturas Asfálticas O DMT pode ser substituído pelo Gmm Dosagem de Misturas Asfálticas Método Marshall 11º Passo Determinação da Estabilidade Marshall Fonte Bernucci et al 2022 Estabilidade N 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 08 mmsegundo Dosagem de Misturas Asfálticas Método Marshall Fonte Bernucci et al 2022 Dosagem de Misturas Asfálticas Método Marshall Fonte Bernucci et al 2022 Dosagem de Misturas Asfálticas Método Marshall Fonte Bernucci et al 2022 Dosagem de Misturas Asfálticas Método Marshall Fonte Bernucci et al 2022 12º Passo Determinação do teor de projeto de ligante asfáltico Dosagem de Misturas Asfálticas Método Marshall Fonte Bernucci et al 2022 12º Passo Determinação do teor de projeto de ligante asfáltico Dosagem de Misturas Asfálticas Método Marshall Fonte Bernucci et al 2022 12º Passo Determinação do teor de projeto de ligante asfáltico oAdicionamse então linhas de tendência para os valores encontrados dos dois parâmetros oA partir da interseção das linhas de tendência do Vv e do RBV com os limites respectivos de cada um desses parâmetros são determinados quatro teores de CAP X1 X2 X3 e X4 oO teor ótimo é selecionado tomando a média dos dois teores centrais ou seja teor ótimo X2 X32 Dosagem de Misturas Asfálticas Método Marshall Fonte Bernucci et al 2022 Para exemplificar o método a tabela 56 apresenta a escolha do teor de projeto de uma mistura de concreto asfáltico na faixa B do DNIT com o CAP 3045 Foi inicialmente escolhido um teor de asfalto de 50 Os demais grupos foram dosados com 40 45 55 e 60 Os valores dos parâmetros de dosagem apresentados são relativos às médias dos CPs de cada grupo Na última linha da tabela é indicado o teor ótimo determinado por um gráfico como o da figura 518 O teor de projeto é dado por X2 X32 onde X1 44 X2 46 X3 54 e X4 55 Dosagem de Misturas Asfálticas Método Superpave Fonte Bernucci et al 2022 Dosagem de Misturas Asfálticas Método Superpave Fonte Bernucci et al 2022 Dosagem de Misturas Asfálticas Método Superpave Fonte Bernucci et al 2022 Dosagem de Misturas Asfálticas Método Superpave Fonte Bernucci et al 2022 Dosagem de Misturas Asfálticas Método Superpave Fonte Bernucci et al 2022 Dosagem de Misturas Asfálticas Método Superpave Fonte Bernucci et al 2022 Organização Hierárquica do Método Superpave Inicial Dosagem de Misturas Asfálticas Método Superpave Fonte Bernucci et al 2022 Número de giros especificados na norma de dosagem Superpave Dosagem de Misturas Asfálticas Método Superpave Fonte Bernucci et al 2022 Dosagem de Misturas Asfálticas Fonte Vasconcelos 2022 Obrigado Dúvida pelo email joaopbarbosaanimaeducacaocombr CURSO DE GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA CIVIL DISCIPLINA TOPOGRAFIA E GEOTECNIA PROFESSOR MSC JOÃO PAULO BARBOSA CARVALHO SEMESTRE 20231