Determinação do teor de projeto – Método Marshall

A determinação do teor de projeto foi realizada para duas condições:

• sem envelhecimento: segundo a norma DNER-ME 043/95 (Misturas betuminosas a quente – ensaio Marshall), foram moldadas séries de 10 corpos de prova, para cada tipo de ligante asfáltico utilizado na pesquisa, obtendo-se o teor de projeto sem envelhecimento para cada tipo de ligante asfáltico para um volume de vazios de 4%. • com envelhecimento em curto prazo: segundo a norma ASTM D 6926-04 (Standard

practice for preparation of bituminous specimens using Marshall apparatus), para

misturas com envelhecimento em curto prazo (2 h na estufa à temperatura de compactação), foram moldadas séries de 15 corpos de prova, para cada tipo de ligante asfáltico utilizado na pesquisa, obtendo-se o teor de projeto com envelhecimento em curto prazo para cada tipo de ligante asfáltico para um volume de vazios de 4%.

Os procedimentos para determinar os teores de projeto sem e com envelhecimento em curto prazo consiste basicamente em:

• secagem, análise granulométrica, composição granulométrica da mistura e composição dos corpos de prova;

• estimativa da porcentagem ótima do ligante para o agregado, obtida com base na superfície especifica do agregado (DER SP-M 148-60). O tempo de mistura necessário para o ligante envolver completamente toda a superfície dos agregados, nesta pesquisa, foi de aproximadamente 90 segundos;

• após a produção das misturas asfálticas, no caso da dosagem sem envelhecimento, essas

foram imediatamente compactadas. Porém, para a dosagem com envelhecimento em curto prazo, essas foram armazenadas em estufa à temperatura de compactação por um período de 2 horas, com o objetivo de acondicionar a mistura e simular o envelhecimento e absorção do ligante que acontecem durante o transporte e colocação da mistura em obra;

• moldagem dos corpos de prova por impacto de um soquete padronizado com 4540 gramas de massa e 45 cm de altura de queda, com 75 golpes para cada face. Na dosagem sem envelhecimento foram moldados 2 corpos de prova para cada teor de ligante (em média 10 corpos de prova para cada tipo de ligante asfáltico, sendo um total de 30 corpos de prova), mas no caso da dosagem com envelhecimento (2 h na estufa à temperatura de compactação) foram moldados 3 corpos de prova para cada teor de ligante (em média 15 corpos de prova para cada tipo de AMP e 10 corpos de prova para o CAP virgem, sendo um total de 40 corpos de prova);

• colocação de corpos de prova recém moldados por no mínimo 12 horas à temperatura ambiente, em superfície lisa e plana, com posterior extração dos mesmos de seus respectivos moldes;

• pesagem dos corpos de prova ao ar e imersos em água, para determinação das características físicas;

• determinação das características mecânicas de estabilidade e fluência;

• a escolha de teor de projeto para o presente trabalho foi feita levando em conta o volume de vazios de 4% conforme preconizado pelo método Superpave, mas atendendo concomitantemente aos demais requisitos da especificação constantes das Tabelas 2.6 e 2.7 (estabilidade, fluência, relação betume-vazios e densidade aparente).

Os parâmetros necessários à aplicação do método Marshall foram calculados da seguinte forma:

a) Volume de vazios através da equação 4.13:

⎟⎟ ⎠ ⎞ ⎜⎜ ⎝ ⎛ − × = mm mb mm G G G Vv 100 (4.13) onde: Vv = Volume de vazios;

Gmm = Densidade teórica máxima medida;

Gmb = Densidade aparente da mistura.

b) Volume de vazios preenchidos pelo asfalto através da aquação 4.14:

⎟⎟ ⎠ ⎞ ⎜⎜ ⎝ ⎛ × = b mb G b G Vb % (4.14) onde:

Vb = Volume de vazios preenchido pelo betume, (%); Gmb = Densidade aparente da mistura;

%b = Porcentagemde betume, (%);

c) Porcentagem de vazios do agregado mineral através da equação 4.15:

Vb Vv+ =

VAM (4.15)

onde:

VAM = Porcentagem de vazios do agregado mineral, (%); Vv = Volume de vazios, (%);

Vb = Volume de vazios preenchidos pelo betume, (%).

d) Relação betume vazios através da equação 4.16:

VAM Vb 100× = RBV (4.16) onde:

RBV = Relação betume vazios, (%);

Vb = Volume de vazios preenchido pelo asfalto, (%); VAM = Porcentagem de vazios do agregado mineral,(%).

4.3.3.1 Densidade Aparente

A densidade aparente foi determinada com base na norma DNER-ME 117/94, pesando-se os corpos-de-prova primeiramente secos e depois submersos e empregando-se o peso específico da água por meio da equação 4.17:

agua ar ar mb M M M G − = (4.17)

onde:

Gmb = Densidade aparente da mistura;

Mar = Massa do corpo de prova ao ar, (g);

Magua = Massa do corpo de prova imerso em água, (g).

4.3.3.2 Densidade Máxima Teórica (Método Rice)

O Método Rice (ASTM D 2041/00) permite a determinação da massa específica máxima teórica medida e a densidade da mistura asfáltica não compactada a 25°C (Gmm). A massa específica máxima teórica é usada no cálculo dos vazios de ar na mistura asfáltica compactada, no cálculo da quantidade de ligante absorvido pelo agregado, além de fornecer valores de projeto para compactação das misturas asfálticas.

O ensaio consiste em colocar uma amostra de mistura asfáltica, em quantidade que depende do tamanho nominal máximo do agregado em condição fofa, em um recipiente com água à temperatura aproximada de 25°C, até submersão total da amostra. Em seguida, aplica-se gradualmente vácuo para reduzir a pressão residual dentro do recipiente para 30 mmHg ou menos, que será mantida por 15 ± 2 minutos sob agitação mecânica. Ao fim desse período de tempo, o vácuo é gradualmente eliminado. O volume da amostra da mistura é obtido complementando-se o nível do recipiente com água e pesando-se ao ar, sendo a massa e a temperatura anotadas. A partir das medidas de massa, calcula-se a massa específica ou densidade real da mistura, corrigindo-a para a temperatura de 25°C.

Foram realizados ensaios em misturas com os três tipos de ligante asfáltico, sendo um convencional PEN 60/70, um AMP Tipo I 60/60 e um AMP PG 76 -22. Para cada mistura, na

etapa da dosagem, foram feitos ensaios com cada teor de ligante e, posteriormente, foram calculadas as densidades máximas teóricas (Gmm) para o teor de projeto e condição de envelhecimento dos três asfaltos utilizados. Segundo a ASTM 2041/00, a precisão do ensaio mostra que, para ser aceita a média de dois resultados feitos em amostras conduzidas adequadamente, é necessário que a diferença entre as duas determinações não ultrapasse 0,023, precisão válida para um mesmo operador.

Figura 4.28 - Ensaio de Densidade Máxima Teórica (Método Rice).

4.3.3.3 Absorção de asfalto pelo agregado

Através da Gmm, do teor de asfalto (Pb) e da densidade aparente dos agregados (Gsb), calcula-se a densidade efetiva da mistura (ρef), cujo valor é usado no cálculo da absorção do

asfalto (Absasf ). A ρef pode ser obtida através da equação 4.18:

b Pb Gmm Pb ef ρ ρ − − = 1 1 (4.18)

onde:

ρef = Densidade efetiva da mistura;

Pb = Teor de asfalto;

Gmm = Densidade Teórica máxima medida; ρb = Densidade do asfalto.

A absorção de asfalto pode ser determinada pela equação 4.19:

100 × × × − = b Gsb ef Gsb ef Abs_asf ρ ρ ρ (4.19) onde:

Absasf= Absorção de asfalto;

ρef = Densidade efetiva da mistura;

Gsb = Densidade aparente do agregado; ρb = Densidade do asfalto.