O fíler, é neste estudo considerado o material que passa na peneira Nº 200, ou seja, com diâmetro inferior a 0,075mm. Este tem a finalidade de preencher os vazios existentes entre o esqueleto de material graúdo e miúdo na mistura asfáltica. A diminuição dos vazios reduz a permeabilidade do revestimento asfáltico, contribuindo para um aumento de vida útil do mesmo.
Por ser de uso comum em misturas asfálticas no estado do Amazonas, o cimento Portland foi selecionado para cumprir o papel de material de enchimento. Por suas características granulométricas o uso desse material vem a diminuir o volume de vazios da mistura compactada. As principais características do cimento Portland utilizado estão na Tabela 3.15 e Figura 3.21.
Tabela 3. 15: Características cimento Portland. Material
Características Método
Cimento Massa Específica Real (g/cm³) NBR 9776 3,150
Composição Granulométrica - NBR 7217
Peneira Abertura (mm) % em massa
passando Nº 40 0,420 100 Nº 50 0,300 100 Nº 80 0,170 100 Nº 100 0,150 99 Nº 200 0,075 96
95 96 97 98 99 100 101 0,01 0,10 1,00
Abertura das peneiras (mm)
% M at er ia l P as sa nd o
Figura 3. 21: Curva granulométrica - Cimento Portland.
Conforme normalização brasileira DNER ME 367/97, o material a ser utilizado como enchimento deve ser finamente dividido e obedecer à graduação mínima constante na Tabela 3.16. Observa-se que o cimento Portland utilizado está dentro dos limites especificados por norma, podendo ser enquadrado como material de enchimento.
Tabela 3. 16: Especificação do DNER para composição granulométrica de material de enchimento em misturas asfálticas.
% em massa passando Peneira Abertura (mm) Especificação Resultado Nº 40 0,420 100 100 Nº 80 0,170 95 100 Nº 200 0,075 65 96
CAPÍTULO 4
DOSAGENS DAS MISTURAS ASFÁLTICAS
As misturas asfálticas do tipo Concreto Asfáltico (CA) são compostas por um esqueleto estrutural formado por agregado graúdo, além de frações de areia, e material de enchimento (ou fíler mineral), que se destina a completar os vazios formados no espaço entre os agregados graúdos e miúdos.
Produziu-se um total de quatro misturas do tipo CA, variando-se a porcentagem e tipo de agregado sintético de argila calcinada e areia, e porcentagens de fíler mineral e ligante. As faixas granulométricas foram balizadas conforme as determinações do SHRP, em suas especificações constantes na Superpave. Os corpos de prova foram moldados conforme normalização do DNER.
Buscando-se, ainda, confrontar os dados para os novos materiais com os usualmente empregados, foi estudada a mistura típica do município de Manaus, tratando- se esta de um Concreto Asfáltico confeccionado com seixo como agregado graúdo.
Cada uma das amostras selecionadas na análise de potencial de calcinação de agregado sintético produzido com solo argiloso das proximidades da BR 319, solo argiloso de Manaus e solo argiloso da província petrolífera de Urucu resultou em uma mistura. Cada mistura teve como agregado miúdo areia residual típica do município de Manaus e o cimento Portland cumprindo o papel de material de enchimento, excetuando- se a mistura utilizando o ASAC produzido com argila encontrada na província petrolífera de Urucu, que utilizou dois tipos de areia encontradas na própria região.
A escolha da composição percentual (mistura de agregados) levou em consideração o que estabelecem as especificações Superpave. Conforme essas especificações, devem-se levar em consideração o diâmetro máximo de agregado, dado pela abertura nominal da peneira em que mais de 10% do agregado mineral for retido.
Para cada valor de diâmetro máximo têm-se um conjunto composto pela linha de densidade máxima da mistura, pontos de controle e uma zona de restrição.
A linha de densidade máxima representa a composição granulométrica onde se obtém o melhor empacotamento de agregados na mistura, obtendo-se, dessa forma, a maior densidade possível. Quanto mais próxima desta reta, mais rija a mistura se torna. Todavia, o acréscimo de rigidez no esqueleto estrutural torna o conjunto mais quebradiço, propenso à formação de trincas.
Desse modo, foram plotados os pontos de controle superiores e inferiores, objetivando que a curva de projeto passe próxima a eles, de modo a se obter um bom empacotamento granular, sem, contudo fornecer fragilidade à mistura.
Por fim, têm-se a zona de restrição, dentro da qual se deve evitar que a curva granulométrica da mistura passe. Essa zona representa uma composição de finos que levariam à misturas com baixo desempenho quanto às deformações permanentes. Contudo, estudos vêm demonstrando uma ineficiência desta zona para previsão deste parâmetro, tendo trazido a valores não condizentes para agregados britados, levando alguns autores a sugerir a eliminação desta como critério de desempenho (COOLEY, 2002).
Por opção, todas as amostras de agregado sintético foram produzidas nas mesmas faixas granulométricas, diferenciando-se apenas pelo nível de retração de cada amostra. Conforme visto no capítulo anterior, o diâmetro máximo de agregado foi de 9,50mm, obtendo-se as faixas de pontos de controle e zona de restrição conforme a Tabela 4.1.
Tabela 4. 1: Pontos de controle e zona de restrição para diâmetro máximo de 9,50mm. % em massa passando
Pontos de Controle Zona de Restrição Peneira Abertura
(mm)
Inferior Superior Inferior Superior
½” 12,70 - 100 - - ” 9,53 90 100 - N° 8 2,36 32 67 47 N° 16 1,18 - - 32 38 N° 30 0,600 - - 24 28 N° 50 0,300 - - 19 N° 200 0,075 2 10 - -
A norma DNER ES 313/97 estabelece as diretrizes de dosagem de misturas asfálticas a serem obedecidas. A Tabela 4.2 esboça os valores básicos a serem utilizados como balizadores durante o processo de dosagem. Ressalta-se que estes valores são correspondentes para a faixa C do DNIT, antigo DNER.
Tabela 4. 2: Parâmetros de dosagem conforme norma DNER ES 313/97. Marshall – DNER ME 043
Parâmetro Especificação
Volume de Vazios 3 a 5%
Relações betume-vazios 75 a 82%
A moldagem dos corpos de prova foi balizada pelo Método Marshall, constante na norma DNER ME 043, com energia de compactação de 75 golpes em cada face dos mesmos, recomendada para pressões de enchimento de pneus de 0,7 a 1,4MPa (Figuras 4.1 a 4.4).
Figura 4. 1: Mistura sendo colocada no molde cilíndrico.
Figura 4. 3: Processo de compactação por impacto (75 golpes).
A faixa de temperatura de mistura do ligante foi determinda de acordo com a norma DNER ES 313/97, segundo a qual o cimento asfáltico deve estar a uma temperatura que lhe confira viscosidade Saybolt-Furol entre 75 e 150 segundos, recomendando-se a faixa de 85 a 95 segundos. Essa viscosidade foi obtida para o CAP-20 produzido pela REMAN na faixa de temperatura entre 160 e 165°C.
Ainda conforme a referida especificação, a temperatura de mistura dos agregados deve ser 10 a 15°C acima daquela estabelecida para o ligante, obtendo-se, assim, uma faixa desejável de mistura para os agregados entre 175° a 180°C. Para compactação, estabelece-se que a temperatura do ligante corresponda à viscosidade de 140 ± 15 segundos, que para o CAP-20 seria uma faixa entre 150 a 155°C.
Estabelecidas as condições de ensaio, foram moldados os corpos de prova correspondentes a cada um dos teores de ligante, preferindo-se dois pontos acima do teor ótimo estimado e dois abaixo, variando-se 1% para cada ponto. Ressalta-se que devido a experiências anteriores do autor com misturas asfálticas confeccionadas com ASAC (FROTA et al., 2003, 2004, 2005), foram moldados apenas um ponto acima e um abaixo do teor ótimo estimado. Ressalta-se ainda que o teor ótimo para as misturas confeccionadas com ASAC foi escolhido de modo que o volume de vazios das misturas com ASAC fosse matematicamente igual ao volume de vazios da mistura padrão confeccionada com seixo (4%).
Para determinação dos índices físicos é necessária a determinação da densidade máxima da mistura em cada ponto da dosagem. Uma das formas de se obter este valor seria de maneira teórica, utilizando as densidades de cada um dos agregados. Todavia, este procedimento não leva em consideração a absorção de ligante por parte do agregado, caso este possua elevada absorção (VASCONCELOS, 2004). No caso dos agregados sintéticos de argila calcinada pode-se observar um alto grau de porosidade em seus grãos, embasado pelo ensaio de absorção de água realizado durante a caracterização do mesmo.
Quando o agregado possui poros superficiais ocorre à absorção de uma fração da película de ligante, que impermeabiliza os poros mais internos do grão, conforme mostra Figura 4.5. O valor calculado teoricamente poderia ser feito considerando-se os valores de densidade real ou de densidade aparente, levando a dois valores distintos de densidade máxima teórica para a mistura.
Figura 4. 5: Potencial de absorção de ligante em agregados porosos.
Utilizando-se a densidade real dos agregados de argila calcinada, admitir-se-ia que todos os poros internos do mesmo absorveriam ligante, o que de fato não ocorre, tendo em vista que após compactação, a perda de temperatura por parte do corpo de prova levaria a aumento da viscosidade do asfalto, o que reduz o potencial de absorção do grão. Por outro lado, admitir a densidade aparente no cálculo implicaria em não admitir a influência da absorção do agregado para a determinação dos índices físicos.
Diante desta dificuldade optou-se por obter a densidade máxima por meio de ensaio laboratorial, conforme norma ASTM D2041, conhecida como Rice Test. Este ensaio foi realizado no Laboratório de Mecânica dos Solos da Universidade Federal do Amazonas. Segundo este método, procede-se à mistura dos agregados e ligante segundo as condições de temperatura estabelecidas, seguida do resfriamento da mistura sob processo de revolvimento contínuo até que seja atingida a temperatura ambiente (25°C). A seguir, a mistura solta é colocada em recipiente de dimensões apropriadas, sua massa
medida ao ar (Figura 4.6), e misturada com água destilada até que toda esteja totalmente imersa.
Em seguida a mesma é submetida a vácuo aplicado gradualmente, até que se obtenha uma pressão residual dentro do recipiente inferior a 30mmHg, e permanece sob agitação mecânica por pelo menos 15 minutos (Figura 4.7). Finalizado este processo, o vácuo é gradualmente eliminado e o recipiente contendo a mistura e água é pesado. Este processo foi realizado em todas as misturas, para cada ponto de dosagem.
Figura 4. 6: Mistura solta sendo pesada ao ar.
4.1 MISTURAS UTILIZANDO AGREGADOS SINTÉTICOS DE SOLOS