Dosagem de misturas asfálticas

As misturas asfálticas devem apresentar algumas propriedades básicas como: estabilidade, durabilidade, flexibilidade, e resistência ao cisalhamento. Para atingir estes critérios satisfatoriamente é necessário, entre outros fatores como qualidade dos materiais e execução correta, ter uma boa dosagem. Normalmente são dosadas baseadas nos seguintes critérios:

- Escolha dos materiais: agregados, cal (caso houver) e ligante asfáltico;

- Determinação das percentagens de agregados na composição da mistura, atendendo as especificações impostas, de acordo com as camadas do pavimento; - Determinação do teor de ligante de projeto; e

- Comparação da mistura dosada com as exigências das especificações de parâmetros como: volume de vazios, vazios do agregado mineral, relação betume vazios e estabilidade.

Dentre os métodos de dosagem de misturas betuminosas, destacam-se os métodos Marshall - utilizado nos projetos de rodovias brasileiras desde a década de 60 e Superpave pelo Strategic Highway Research Program (SHRP), que apesar de ser utilizado e aprimorado em obras nos Estados Unidos há duas décadas (norma AASHTO M 323 -2013 – Superpave volumetric mix design), seu uso no Brasil ainda é restrito a pesquisas.

Ainda é importante ressaltar que além dos parâmetros de dosagem, os métodos de escolha da granulometria da estrutura de agregados devem ser considerados para obtenção de um pavimento de boa performance. Os métodos mais relevantes para este trabalho são o método Bailey e Metodologia Faixa de Agregado Dominante (FAD).

2.2.1.1 Dosagem Superpave

Conforme Motta et al. (1996), a metodologia de dosagem Superpave foi desenvolvida em 1987 pelo Programa Estratégico de Pesquisa Rodoviária (SHRP) americano. Os pesquisadores do SHRP desejavam um equipamento que compactasse a mistura betuminosa realisticamente, em que as densidades finais fossem aquelas obtidas no pavimento através de condições reais de clima e carregamento, além disso, o equipamento deveria fornecer uma medida de compatibilidade, de modo a identificar problemas de compactação e prever comportamento de misturas potencialmente frágeis. Este método de dosagem visa produzir misturas com a mesma densidade e índice de vazios obtidas no pavimento acabado e ainda aproximar-se das condições de degradação do pavimento durante sua vida útil.

O princípio de funcionamento compactador giratório Superpave utilizado no método se compara a um rolo compactador giratório. Os parâmetros utilizados na moldagem dos corpos de prova durante a dosagem são: ângulo externo de rotação igual a 1,25º±0,02º, ângulo interno de rotação de 1,16º, taxa de 30RPM, tensão de compressão aplicada no corpo de prova regulada para 600kPa.

Tanto os ligantes quanto os agregados devem respeitar os parâmetros da metodologia Superpave para ser possível realizar a dosagem adequadamente. Logo, a mistura deve se enquadrar na faixa da metodologia Superpave. Os ligantes asfálticos devem ser ensaiados conforme os ensaios do grau de performance (PG) revisados no item “2.1.5.2”. A especificação dos agregados utiliza um gráfico que possui uma abscissa com aberturas de peneiras em milímetros elevadas a potência 0,45 e no eixo das ordenadas, a passante do agregado. Este gráfico apresenta três parâmetros que balizam a seleção granulométrica:

- Linha de densidade máxima: representa teoricamente o máximo empacotamento ou densidade de agregados.

- Pontos de controle: Funcionam como limites dentro dos quais a curva granulométrica deve passar para satisfazer os requisitos de dosagem de mistura asfáltica pela metodologia;

- Zona de restrição (ZR): fica sobre a linha de densidade máxima e serve para evitar misturas com alta proporção de areia fina natural em relação ao total de

agregados finos, o que reduz o VAM. A norma AASHTO M 323 -13 – Superpave volumetric mix design não faz mais referência à zona de restrição que constava na norma AASHTO MP 2 - 01 – Standard Specifications for Superpave volumetric mix design. Ainda assim, é considerada relevante quando se quer limitar o uso da areia nas misturas asfálticas.

A dosagem baseia-se em moldar CPs com teor pré-determinado de ligante (teor estimado, teor estimado +0,5% e +1%, teor estimado -0,5%) no CGS até um número de giros de projeto (Nprojeto). O Nprojeto é determinado de acordo com o tráfego (N) e

pode ser definido pela Tabela 6. O critério de projeto é atingir o teor de ligante para o volume de vazios de 4%.

Tabela 6 - Determinação do Nprojeto

Número de giros Tráfego 50 Muito leve (local)

75 Médio (vias principais e rodovias rurais) 100 Médio a alto (vias principais e rodovias rurais) 125 Alto volume de tráfego (interestaduais, muito pesados)

Fonte: (Adaptado de Bernucci et al., 2010).

2.2.1.2 Método Bailey

Conforme Mendes (2011) o método Bailey foi criado na década de 1980 nos EUA a fim de proporcionar um revestimento com resistência às deformações permanentes, às trincas por fadiga e ao desgaste, através da seleção sistemática da granulometria de misturas asfálticas. Para tal o método propõe o intertravamento das partículas através de uma graduação contínua e balanceada. Este método faz correlações com as características de compactação de cada fração de agredado, considerando os Vazios no Agregado Mineral (VAM) e também com os vazios de ar (Vv) e conforme Nascimento (2008) possibilita selecionar uma estrutura de agregados da mistura buscando maior intertravamento dos agregados graúdos e pode ser usado com qualquer metodologia de dosagem de misturas asfálticas (Superpave, Marshall, entre outros).

Após a determinação da distribuição granulométrica, avalia-se a mistura dividindo-a em três porções distintas: porção de agregados graúdos (AG), porção graúda do agregado fino (GAF) e porção miúda do agregado miúdo (FAF).

Os três parâmetros (Proporção AG, GAF e FAF) são calculados por equações que correlacionam as porcentagens passantes em peneiras (PM – peneira média, PCP - peneira de controle primário, PCS - peneira de controle secundário e PCT - peneira de controle terciário) que determinam o tamanho máximo nominal dos agregados (TMN).

2.2.1.3 Metodologia Faixa de Agregado Dominante (FAD)

A metodologia Faixa de Agregados Dominantes (FAD) foi proposta por Kim (2006) e baseia-se nos conceitos da mecânica dos solos. A metodologia FAD considera para todas as misturas asfálticas que a faixa de agregados dominantes (FAD) é a parcela interativa de tamanhos de partículas que forma uma rede estrutural primária de agregados. O autor formulou a hipótese de que o FAD deve ser composta de partículas maiores que 1,18 mm (consideradas grossas) e a sua porosidade não deve ser superior a 50% para que uma mistura resista à deformação permanente. Tamanhos de partícula menores do que o FAD, servem para preencher os espaços vazios entre as partículas, denominado Volume Intersticial (VI), juntamente com ligantes e finos. Os Agregados flutuantes são as partículas maiores que o FAD e simplesmente flutuam na matriz e não desempenham um papel importante na estrutura.

A teoria do empacotamento de partículas esféricas de vários tamanhos é uma das bases metodológicas da teoria, não considerando as características de formas, textura e angularidade dos agregados. O padrão de distribuição das partículas adotado no modelo é o hexagonal.

2.2.1.4 Influência do teor de ligante asfáltico

O ligante asfáltico é um componente do revestimento asfáltico que exerce grande influência no comportamento das misturas, principalmente no que diz respeito à rigidez a aos danos de fadiga e deformação permanente. Diversos estudos apontam o teor de ligante como um dos fatores cruciais para deformação permanente. O emprego de quantidades excessivas de ligante asfáltico é um dos grandes causadores do ATR (afundamento de trilha de rodas). Quando em excesso, o ligante age como

lubrificante reduzindo o atrito interno e o intertravamento da estrutura pétrea da mistura. Quando o teor de ligante é menor que o necessário, é constatado que nesta redução se expõe a mistura a uma menor resistência à tração, diminuindo assim a vida de fadiga do concreto asfáltico. Logo, para proteger o pavimento dos danos de deformação permanente e fadiga deve-se além de definir corretamente o tipo de ligante, projetar a mistura com teor equilibrado. A Figura 8 ilustra a influência dos agregados e do ligante nos defeitos de misturas asfálticas. Se observa que embora o desempenho do ligante seja considerado fator discreto quando comparado com a influência do agregado no ATR, é apontado como elemento preponderante com relação à fadiga e ao trincamento térmico. Almeida Jr. (2016) concluiu que a influência do ligante pode ser maior do que a do esqueleto pétreo quando se trata de deformação permanente quando em condições de intertravamento ideal dos agregados, pois uma pequena variação na quantidade de ligante pode ser significativa.

Kamel & Miller (1994) indicaram que misturas contendo ligante acima do teor ótimo de projeto podem apresentar problemas como escorregamento da massa asfáltica e volume de vazios insuficiente, levando a redução da estabilidade.

Por outro lado, Nascimento (2008) afirma que baixos teores de asfalto comprometem a durabilidade do material em termos de fadiga e envelhecimento precoce, além de tornar a mistura segregável e de difícil aplicação, conferindo baixa trabalhabilidade e um volume de vazios mais elevado.

É possível observar na Figura 9 o efeito do teor de ligante asfáltico sobre o comportamento da mistura.

Figura 8 - Influência dos agregados e do ligante nos principais defeitos de misturas asfálticas

Figura 9 - Efeito do percentual de ligante asfáltico sobre o comportamento da mistura

Fonte: (Erkens, 2002).